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하룡 위
4 years ago
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1 Lecture 4 반도체산업의역사와미래 원광대학교이이재철 jclee@wonkwang.ac.kr

2 반도체와전자문명 Communication CCC Market Convergence Consumer Calculators Computer Notebook PCs Cordless Phones PDAs Market Size Transistor radios Si discretes Personal PCs Transistor TVs ICS LSIS ULSIS Ge discretes 1950 VLSIS

3 전자기기시장성장의가속화 ( 이용자수 ) 4 억 Internet 5 천만명보급속도는 Radio 보급속도의약 7.5 배 5 년 2 억 6 년 1 억 13 년 7 년 0.5 억 0 38 년 Radio TV PC M-Phone Internet

4 반도체시장의성장 CAGR B$/Year 100 '70 '80 '80 '90 '90 '00 '98 '99 18% 14% 12% '94 126B$ 141B$ '90 100B$ B$ 162B$ '79 10B$ PDA Car- Navigation 10 PC Notebook PC Cordless Phone TV Calculator

5 반도체기술의발전 1G Density (Bit) 1M Geometry Density 64K 256K 1M 4M 16M 64M DICTIONARY 256M Dictionary 1G CD (70Min. HiFi recording) 10 Geometry (µ m) K 4K 1K 1K Newspaper 4pages 0.1 Letter(A4) 1page

6 반도체산업의역사 Transistor Era ('46~'79) '47 : Bell Lab 트랜지스터발명 '58 : TI 실리콘 IC 개발 '70 : Intel 1K DRAM 개발 '74 : Intel 8bit CPU 개발 '46 : U. Pen. ENIAC 발명 '57 : TR. 라디오개발 Consumer Electronics Age ('46~'79) '69 : VCR 보급시작 '76 : Apple 개인용컴퓨터 VLSI Era ('80~'00) SOC Era ('01~ ) '83 : Hitachi 1M DRAM 개발 '92 : 삼성 64M DRAM 개발 '94 : Intel Pentium 개발 '96 : 삼성 1G 개발 '01 : Intel Pentium4 출시 '80 : CD 개발 '81 : IBM 호환 PC '92 : Microsoft Win 3.1 발매 '95 : Win 95 Internet 보급 '97 : 이동통신보급확대 Computer/PC Age ('80~'95) Network/Mobile Age ('96~)

Invention of Transistor 1947 @ Bell Lab.

7 Invention of Transistor Bell Lab. Three Inventors William Shockley : Leader John Bardeen : Theorist Walter Brattain : Experimenter

8 Transistor as a Industry Point Contact: Fragile Replaced by Junction Transistor Grown Junction, Alloy, etc. AT&T opens the Transistor Patent in 1952 Anyone can purchase with $25,000 TI, Philco, RCA, GE Sony

9 Bipolar Transistor Point Contact Transistor: Bardeen & Brattain

10 Junction Transistor E 에미터 N P N B 베이스 C 컬렉터 npn 트랜지스터 Grown Junction Alloy

11 Diffusion Transistor 보호산화막 에미터베이스 컬렉터

12 From Ge to Si Germanium Hard to Grow Oxide Melt at Low Temp Replaced by Si Mass Production using Diffusion Technique But, New Interest in Ge now because of low leakage current

13 U.S. vs Japan U.S. Military and Computer Fairchild: Si Mesa Transistor($150) Japan Consumer: Radio, Calculator

14 Ex) Transistor Radio An American Company, Regency built the first Tr. Radio in 1954 TI Ge. Transistor Sony (or 東京通信工業 ) made Quality Product(TR- 63) in 1957 Using Their own Tr.

15 Tyranny of Numbers Transistor are smaller, faster, more power efficient than Vacuum Tubes Large Systems can be built with Transistors But, needs too many interconnections Expensive, time consuming Unreliable Transistors and Interconnections are built on an IC at the same time.

16 Invention of IC Jack Kilby of TI in 1958 Patent Application on Feb. 6, 1959

17 Invention of IC Bob Noyce of Fairchild in 1959 Patent Application on July 30, 1959

18 Kilby vs. Noyce Who s the Winner? Noyce s patent Approved Kilby s Rejected Long Legal Dispute Agreed to become Co-inventers Kilby received Nobel Prize in Physics, 2000 But, Noyce didn t. Why?

19 Silicon Valley Santa clara county

21 실리콘밸리 : The Startup Frederick Terman( 스탠포드공대학장 ) - 실리콘밸리의아버지 제자휴렛과팩커드지원 휴렛팩커드탄생에기여 Stanford Industrial Park 설립주도 산학협력전통구축 David Packard & William Hewlett - 벤처기업의성공모형만듬 HP 설립 (1939): Palo Alto 의 Adison St. 367 번지차고지 - 실리콘밸리의발상지 William Shockley - 반도체산업태동주체 트랜지스터발명 노벨물리학상수상 (1956) 쇼클리반도체연구소설립 (1955) - 반도체산업모태

22 Traitorous 8 로버트노이스, 고든무어, 셀든로버츠, 유진클라이너, 빅터그리니치, 줄리어스블랭크, 진호르니, 제이래스트. 쇼클리반도체연구소에반기 Fairchild 반도체설립 (1957) Fairchild 사가 27 개반도체회사모태 실리콘밸리명칭의뿌리

23 실리콘밸리 : Who s who? Arthur Rock - 실리콘밸리자금줄 페어차일드 인텔 애플컴퓨터에투자 반도체, PC 산업연주역 David and Rock 설립 (1962) - 실리콘밸리벤처캐피탈리더 Intel 3 인방 - Robert Noyce, Gordon Moore, Andy Grove Intel 사설립 (1968), DRAM 개발 CPU 개발

24 반도체기술혁신 1차기술혁신 (~50 년대 ) 방위산업기술혁신 2차대전 / 한국전 전자기술수요증대 방위비지출 실리콘밸리토대구축 2차기술혁신 (60,70 년대 ) IC회로기술혁신 IC회로발명 ( 59) 60,70년대반도체산업급성장 Intel 등다수반도체기업 60년대실리콘밸리시작 3차기술혁신 (80 년대 ) PC 기술혁신 Apple사등20여개컴퓨터회사탄생 4차기술혁신 (90 년대 ) Internet 기술혁신 93년 Internet 상업적개발 www 실리콘밸리가 Internet 혁명의리더

25 Semiconductor Industry Trend B$ 40B$ 150B$ Market Develop Grow Mega Competition Oligopoly Infra-Structure (Equipment) Scarce Develop Grow Mega Competition Application ASP($) Mainframe 10 6 ~10 5 PC 10 4 ~10 3 Communication Digital Consumer 10 4 ~10 3 Business Style IDM IDM IDM,Fabless,Foundry

26 Top Ten Companies Vacuum Tube Transistor IC Submicron nano 1. RCA 2. Sylvania 3. GE 4. Raytheon 5. Westinghouse 6. Amperex 7. National Video 8. Rawland 9. Eimac 10.Landsdale 1. Hughes 2. Transistron 3. Philco 4. Sylvania 5. TI 6. GE 7. RCA 8. Westinghouse 9. Motorola 10.Clevite 1. TI 2. Fairchild 3. National 4. Intel 5. Motorola 6. Rockwell 7. GI 8. RCA 9. Phillips 10.AMD 1. Intel 2. NEC 3. Toshiba 4. Hitachi 5. Motorola 6. Samsung 7. TI 8. Fujitsu 9. Mitsubishi 10.Phillips 1. Intel 2. Samsung 3. TI 4. Toshiba 5. ST 6. Renesas 7. Infineon 8. Philips 9. Hynix 10. NEC

27 Semiconductor Industry Change Comments wafer size* 2" 6" 3x Most new fabs will use 12' wafers. feature size 7 µ 1 µ 1/7x Minimum size reduces about 50% every 6 yrs. DRAM 1 Kbit 1 Mbit 1000x Dynamic Random Access Memory chip area 0.1 cm 2 1 cm 2 10x Constrained by yield wafer cost $50 $500 10x At end of fabrication number of x masks yield* 20% 80% 4x chip cost $2 $4 2x cost per bit /500x And going down fast equipment cost $160K $160M 100x For 1000 wafers per week

28 Wafer Size Now

29 Feature vs Chip Size in Intel CPU Silicon Process Technology Intel386 DX Processor Intel486 DX Processor 1.5µ 1.0µ 0.8µ 0.6µ 0.35µ 0.25µ Pentium Processor Pentium Pro & Pentium II Processors

30 Wafer Cost WAFER SIZE LINE- MASK LAYERS WIDTH (µm) 100mm 2.0 $145 $180 $ mm 2.0 $165 $200 $ $190 $230 $ mm $260 $300 $ $375 $420 $ $450 $500 $ $560 $615 $ mm $700 $760 $ $890 $980 $1,070 $1, $1,320 $1,440 $1, $1,815 $1,970 $2, mm $2,500 $2,690 $2, $2,860 $3,065

31 Yield (21-5)/21 = 76% (88-5)/88 = 94%

32 반도체의분류 MOS 메모리 마이크로컴포넌트 RAM ROM DRAM, SRAM 마이크로프로세서 (MPU) 마이크로콘트롤러 (MCU) 마이크로페리페랄 (MPR) Mask ROM, EPROM, EEPROM, FLASH Monolithic IC 논리 IC 표준로직 ASIC ASSP 집적회로 (IC) Bipolar 아날로그 민생용산업용 Audio, TV, VTR,. Op Amp,. 디지털 IC 메모리논리IC SRAM, ROM,. TTL, ECL,. Hybrid IC 후막 (Thick Film) 박막 (Thin Film) 개별소자 (Discrete) 광소자 (Optoelectronic) Diode, Transistor, SCR, IGBT,. LED, Laser Diode, Optocoupler, CCD,.

33 IC Number of Integrated Devices SSI : >100 MSI: 100 ~ 1,000 LSI: 1,000 ~ 100,000 VLSI: <100,000

34 Producer-Consumer Links? Standard Product Many Producer:Many Consumers ASSP:Application Specific Standard Product One/Several Producers:Many Consumers ASIC: Application Specific Integrated Circuit One Producer: One Consumer

35 Korean Semiconductor Industry Assembly (1965 ~1973) Package of Fabricated Wafer Fairchild, Signetics, etc. Wafer Processing(1974 ~ 1983) SSI, MSI wafer Processing DRAM Startup(1983 ~ 1987) DRAM Manufacturing using Foreign Technology DRAM World Leader (1987 ~) Samsung Leads world DRAM market

36 한국반도체산업의역사 주요활동 조립기술흡수 웨이퍼가공기술흡수 공정기술및설계기술흡수 자체개발 기술선도 제품개발 조립생산 손목시계칩 트랜지스터 부가가치창출위치 세계산업구조변화 생산 ( 조립 ) 미국주도 일본진출 색신호 IC 생산 ( 웨이퍼가공 ) 미국쇠퇴 일본성장 64K, 256K, 1M DRAM 개발 생산 ( 웨이퍼가공 ) 연구개발 일본주도 한국성장 4M 독자재발 64M 이후선행개발 연구개발 생산 ( 웨이퍼가공 ) 한국주도 일본약화

37 반도체산업의전환 보급포화 DRAM 업계구조조정 - Micron : Hynix, 도시바와제휴 - 일본업체 : DRAM 철수 대만업체성장 : DRAM, LCD 분야 1 위 3 위 주요업체의매출성장률 Intel 도시바삼성 최근업체현황과전략 SOC와중소형 LCD 강화 - 소니, 마쯔시타, NEC 도시바 10위 PC 향중심통신, 디지털가전향 STM 약진 : 10위 [`97] 3[`01] 위 7위 TI STM

38 DRAM 산업의 Power Shift 1970 s s : US (Innovation) 1980 s s : Japan (Production) 1990 s s : Korea (Efficiency)

39 반도체시장의국가별점유율 90 년대미국의부흥 : 반도체의부활 일본의잃어버린 10 년 : 반도체의퇴조

40 한국의 DRAM 시장점유율변화추세 50% DRAM Market Share 40% 30% 20% 10% 15% 19% 25% 24% 27% 31% 34% 35% 37% 40% 38% 42% 0% (Dataquest)

41 Semiconductor Companies IDM Integrated Device Manufacturer Design, Manufacture, Marketing in One Samsung, Hynix, etc. Fabless Semiconductor Design, Marketing Only Design House, IP Supplier Fab Foundry Manufacturing Only Assembly Test Company Equipment Maker Material Supplier

42 제조형태에따른분류4 반도체사업의구성요소 퀄컴, Altera Core Logic, MtekVison A1 B1 EMLSI 1 팹리스반도체회사 Fabless Semiconductor Company 설계전문회사 IP 와창의적인기술인력이관건 STS 반도체, 바른전자 ATK, ASE A2 B2 STS반도체, 바른전자 ATK, ASE 2 조립 / 가공회사 Wafer 조립, Package 축적된경험 고정거래선 삼성전자, 동부아남 TSMC, UMC 삼성전자, 인텔 Texas Instrument A3 B3 Powerchip, 하이닉스삼성전자, 하이닉스 NEC, Infinion 3 파운드리 (Foundry) 회사 Wafer 가공, IC 제조초기설비투자큼적정생산규모유지수율관리 Thosiba A4 B4 Microntechnology 종합반도체회사 (IDM) 제품성격에따른분류 설계, 가공, 조립, 마케팅일괄대행대규모 R&D 및설비투자필요 A 비메모리 B 메모리 중소기업형사업구조다품종소량생산 대기업형사업구조소품종대량생산 비표준품설계기술지향시스템부문의경쟁력제고핵심 표준품생산기술지향설비투자가관건

43 팹리스반도체산업의특징 팹리스의특징 팹리스의성장성 능률극대화 위탁생산으로반도체제품의설계, 개발및마케팅, 판매에전념 설비투자위험회피 막대한자금소요되는반도체 LINE 의미보유로생산설비의설치, 유지보수및업그레이드에따른위험회피 선진국형산업 고도의지식집약산업으로서핵심설계기술 (IP) 을기반으로제품경쟁력을갖춘미국, 유럽, 대만등지의회사가강점을지니고있음 200, , ,000 50,000 - Fabless Semiconductor Co. 성장성반도체 Fabless ( 단위 : 백만 $) ,000 15,000 10,000 5,000 반도체여타부문에비해높은성장성유지 자료 : Fabless Semiconductor Association

44 팹리스반도체산업의현황 미국 제조부문을아시아로이전시킨후반도체산업의 중추역할을하고있음 미국상위급회사수십억 $ 외형 대만 정부기관의창업유도 한국 대형파운드리회사와협력관계속에발전 대기업의설계전문인력이창업 독자적인산업으로형성 정부의육성정책한국업체세부현황 대만상위급회사수천만 $ ~ 수십억 $ 한국일부업체천만 $ 95년전후로구조조정및산업체제의변화에편성하여설계전문회사창업 02년말기준 110여개업체,90% 이상이자본금 5억이하영세규모매출규모연간 5억이내가 66%. 일부기업만이천만불대매출액중시스템제조및유통부문이높아엄밀한의미의 FSC업체로보기어려움고부가가치지식집약산업으로서, 정부의중점육성산업 (IT SoC지원센터설립등 ) 02년이후가시적인성과를보이는회사가등장

45 팹리스반도체회사의사업영역 팹리스의사업영역 ( 단위 : 억불 ) 팹리스회사의제품별구성비 순위 회사명 2002 년매출액 사업영역 1 퀄컴 ( 미국 ) 19.4 CDMA 휴대폰칩 2 엔비디아 ( 미국 ) 19.1 그래픽칩셋 Industrial / medical 3% Automotive / transportation 1% Defense / Aerospace / High reliability 3% 3 자일링스 ( 미국 ) 11.3 프로그래머블칩 4 브로드컴 ( 미국 ) 10.1 통신용칩셋 5 미디어텍 ( 대만 ) 8.5 광저장장치칩셋 6 비아테크놀러지 ( 대만 ) 7.3 PC, 주변기기칩셋 Consumer 15% 9% PC 10% PC Peripherals 7 알테라 ( 미국 ) 7.1 프로그래머블칩 8 ATI ( 캐나다 ) 6.5 그래픽칩셋 9 커넥선트 ( 미국 ) 6.3 통신용칩셋 10 샌디스크 ( 미국 ) 5.0 플래시메모리저장장치 세계10대업체 % Wired Communicati on 27% Wireless Communicati on 자료 : 디지털타임스

48 반도체산업의미래 IT 산업에서의반도체의비중 21% 25%

49 Digital Convergence 추세 Ubiquitous Network 음 데이터 성 Information 영 상 새로운제품등장 컴퓨터 Tools Digital Convergence 방 통신정보가전통신 송 Networks 인터넷 新사업기회창출 / 새로운경쟁구도형성

50 반도체의새로운응용시장

51 (Dataquest) 전체시장에서차지하는비중 새로운반도체시장의출현 수요처별반도체시장의평균성장률 ('01~'06) Mobile, Wireless 가미래반도체시장선도! > 20% DTV DVC Notebook 10~20% STB DVD Server Cellular < 10% DSC WS ODD Desktop? Around 1% 2 ~ 6 % > 10 %

52 한국반도체산업의특징 Number 1 DRAM Manufacturer Exports DRAM(90%) Imports Other Semiconductor(80%), Equipment(80%), Materials(44%)

53 국내( 산자부, 02.2 월 ) 국 내반도체수요( 억불 ) 자급수입자급률 비메모리사업분야의취약성률국내 25% 20% 15% % 50 5% 0% 국내반도체자급률

54 국산화 반도체장비의저조한국산화율 생산장비국산화현황 40% 35% 36% % % 23% 20% 율산화10% 0% Fab 조립검사전체국6% 7% % 11% ( 반도체산업협회 02.4 月 )

55 중국에대응할경쟁력차별화필요 강력한정부지원 각종정부혜택 일관된정부정책 공대출신의지도부 거대한자국내 IT 시장 해외투자의지속유입 강력한제조능력 국내외풍부한인력자원

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<BBEABEF7B5BFC7E22DA5B12E687770> 2 40) 1. 172 2. 174 2.1 174 2.2 175 2.3 D 178 3. 181 3.1 181 3.2 182 3.3 182 184 1.., D. DPC (main memory). D, CPU S, ROM,.,.. D *, (02) 570 4192, jerrypak@kisdi.re.kr 172 . D.. (Digital Signal Processor),