책정리

- 반도체는 디자인룰에 따라 다르지만 정상적 상태에서 과거에는 5볼트에서 동작했고, 요즘은 1볼트에서 동작하게 되어 있음. 어쨋든 반도체 칩을 사용하려면 어떤 식으로든 반도체 칩과 접촉을 해야만 한다. 이럴 때 생기는 정전기를 반도체 칩이 견뎌내는지 테스트하는 정전기 테스트, 또 순간적으로 정격 전류가 아닌 과전류가 흘렀을 때 버티어내는지 테스트하는 래치업 테스트, 그리고 이 반도체 칩이 과연 몇년 동안 동작할 수 있는지를 테스트하는 수명테스트 등이 있다.
- 세컨드 소스 사업은 팹의 사업의 일종으로 파운드리 사업, COT사업의 출현으로 요즘은 거의 사라졌지만, 80년대 후반까지만 해도 우리나라에선 흔했던 사업모델. 이는 A회사가 자신들의 설계와 공정기술을 B회사의 팹에 심어주어 B회사가 A회사의 제품과 똑같은 제품을 생산하게 하는 것. 이때 B회사가 하는 사업모델이 세컨드소스 사업. B회사는 A회사로부터 전수받은 설계와 생산기술로 A회사와 같은 제품을 만들어서 A회사와 무관하게 그 제품을 판매함. A회사는 B회사로부터 기술이전료와 로열티만 받고 동일한 제품으로 시장에서 경쟁하며 판매함
- ASIC사업은 90년대 중반까지만 해도 디자인 센터 또는 디자인 하우스의 주된 사업영역이었는데 요즘은 거의 사라진 사업모델. ASIC사업은 우리말로 주문형 반도체 사업이라 하는데, 이 사업으로 인해 만들어진 칩을 ASIC칩, 주문형 반도체라 함. 그런데 요즘은 시스템IC를 ASIC칩이라고 하는 사람들이 많다. ASIC사업은 시스템 회사에서 범용 반도체 칩이 아닌 자기들만이 필요한 반도체 칩의 설계 및 제조를 디자인 센터 또는 디자인 하우스에 의뢰하여 반도체 칩을 개발하는 사업. 따라서 시스템 회사에서 자신들이 필요로 하는 칩의 기능과 성능을 자세히 정리해서 디자인 하우스에 칩 설계를 의뢰. 디자인 하우스는 자신들과 계약을 맺고 있는 팹에 제조를 의뢰하여 칩을 개발하는 사업모델
- 시스템 업체 입장에서는 반도체에 대한 지식 유무를 떠나 그 고유툴을 제공받지 않고서는 원하는 반도체 칩을 개발할 수 없었음. 반도체 칩을 개발하기 위해서는 그 고유툴을 보유하고 있는 디자인 센터나 디자인 하우스에 개발을 의뢰해야 했었다. 그런데 90년대 중반에 들어서서, 기술적으로 0.5마이크로 테크놀러지가 일반화되면서 마스크 제작비가 높아짐. 반도체 칩 내부에 트랜지스터 집저도가 높아져서 제조공정이 복잡해짐에 따라 게이트 어레이 방식이나 SOG방식의 이점이 사라져 버림. 게다가 80년대 후반부터 파운드리 비즈니스와 COT비즈니스가 새로 출현하고 일반화된 반도체 설계 툴들이 쓸만하게 발전. 이로서 대부분의 팹들이 자신들 고유툴 대신 일반화된 상용설계 툴들을 채택. 무엇보다 합성 툴의 성능이 좋아져서 굳이 반도체에 대한 깊은 지식 없이도 시스템 업체에서 설계 툴들을 구입하면 자신들이 직접 반도체 칩을 설계할 수 있게 된 것. 이로 인해 ASIC사업 영역이 급격히 축소되고 지금은 거의 사라짐
- COT사업(customer owned toolijng business)이란 언뜻 보면 고객이 팹의 공정을 직접 관여하는 듯이 보임. 하지만 사실은 팹 회사가 자신들의 팹에서 제조되는 트랜지스터의 특성, 기생소자들의 특성, 그리고 디자인 룰 등 팹정보를 고객에게 공개하는 것이다. 이를 통해 고객이 마치 자신들이 팹인 양 자유롭게 사용하게 하는 사업모델로 80년대 후반부터 출현하기 시작했다. 그 이전에 팹회사들은 경쟁회사를 의식하여 팹 정보들을 비밀에 부치고 극히 일부만을 자신들의 디자인 센터와 디자인 하우스에 공개했다. 그러나 이 사업의 출현으로 그런 금기사항이 깨졌다. 대만의 TSMC회사는 세계최초로 이런 비즈니스 모델을 개발하여 지금은 파운드리 비즈니스로까지 발전한 사례
- 파운드리 사업이란 반도체 제도라인, 즉 팹을 소유하고 있으면서 자신을 설계를 하지 않고 남들이 설계한 반도체 제조만 해주는 사업. 우리말로는 위탁 제조업이라고 함. 반도체 제조만 담당하며 고객이 원하면 웨이퍼 수준 테스트도 해줌. 그럼 COT사업과 무엇이 다른가? COT사업에서는 트랜지스터의 전기적 특성이나 기생소자들의 특성, 그리고 디자인 룰과 같은 팹의 정보를 주는 대신 파운드리 사업에서는 셀 라이브러리와 IP등을 고객에게 제동해줌. 그럼 ASIC사업으로의 회귀란 말인가? 그렇다. 아까는 TSMC의 COT 비즈니스 모델이 결과적으로 성공했다고 하지 않았는가? TSMC가 COT 비즈니스 모델을 개발하여 세상에 내놓자 그때까지 ASIC 비즈니스에서 팹에 구속되었던 시스템 업체들이 대대적으로 활용했다. TSMC가 팹이라는 독재자에게서 자신들을 해방시켜 준 것이다. 그런데 모든 자유에는 책임이 뒤따르는 법. ASIC사업에서는 팹이 제공한 셀 라이브러리와 IP만 가지고 칩을 설계해야 했던 시스템 업체들이 그 구속에서 벗어나고 싶어했다. 그리고 자신들을 해방시켜 준 COT사업은 팹이 자신들의 팹 정보를 제공하고는 시스템 업체들에게 셀 라이브러리와 IP를 마음대로 만들어 쓰라고 자유를 주었다. 그러나 내게 자유를 이라고 외치던 시스템 업체들은 막상 직접 셀 라이브러리와 IP를 개발하려고 보니 반도체에 대한 깊은 지식이나 경험이 부족하다는 것을 깨달았다. 정작 자신들이 개발하려던 칩에 들이는 시간보다 더 많은 시간을 셀 라이브러리와 IP개발에 쏟게 되었고, 그나마도 제대로 되지 않았다. 그러자 구관이 명관이다 싶어서 이제는 다시 팹에게 그런 것들을 다시 제공해 줄 것을 간절히 요청하기에 이른다. 그래서 파운드리 회사들은 다시 이전의 ASIC 사업에서처럼 셀 라이브러리와 IP를 제공해주기로 한다.
- 반도체사업에서 IP람 사용된 스탠다드 셀들, 혹은 이런 셀들보다 좀더 큰 회로집단을 지칭. 엄밀한 의미로 스탠다드 셀들도 IP의 범주에 속함. 그런데 그 회로가 다른 IP들에 비해 너무 단순하니까 셀 라이브러리라고 따로 떼어내 구분하는 경우가 많음. IP는 예전에는 매크로블록이라 불리다가 후에 코어라는 말로 대치되었고, 요즘은 IP라는 용어를 그대로 사용. 예를 들어 메모리 블록, MCU, DSP와 같이 회로규모가 스탠다드 셀에 비해 훨씬 더 크고 복잡한 회로집단이다. 그리고 DAC, ADC와 같은 아날로그 블록이 될수도 있다. 어쨌든 스탠다드 셀보다 회로가 복잡한 큰 규모의 회로를 지칭함. MCU와 DSP가 탑재되는 경우가 많은 SoC 설계에서는 그 MCU나 DSP에 올려진 펌웨어까지 있어야 칩이 제대로 동작. 이런 점은 매크로 블록이나 코어라는 용어의 범위를 벗어나기 때문에 IP라 칭하게 된 것이다. IP란 한번 개발해 놓으면 두고두고 다른 칩에서도 반복적으로 사용될 만큼 회로를 누군가 미리 만들어놓은 것. 그 자체로는 완성품이 아니지만 코어라는 말처럼 칩에서 핵심에 되는 기능을 수행하는 회로집단. 실제 완성칩을 개발할 때는 이 코어 주위에 다른 주변회로들을 연결하여 개발한다.
- 국내 팹리스 회사들은 아날로그 설계를 하는 팹리스 회사들을 당연히 파운드리 비즈니스를 한다고 생각한다. 하지만 외국의 경우에는 디지털 반도체를 설계하는 회사들 중에서도 상위권에 속하는 회사들, 예를 들어 대만 미디어텍 같은 회사는 COT비즈니스를 위주로 함. COT비즈니스를 이용하는 이들 팹리스 회사들은 팹에서 제공하는 셀 라이브러리나 IP등을 사용하지 않고, 자체개발한 셀 라이브러리와 IP들을 사용하고 있음. 이들은 매우 현명하게 사업을 수행하고 있는 것처럼 보이는데, 예를 들어 MP3플레이어에 탑재될 디코더칩을 설계한 A라는 회사와 B라는 회사가 F라는 팹회사와 파운드리 비즈니스를 한다고 가정하자. 그러면 F라는 팹회사는 동일한 셀라이브러리를 A사와 B사에 제공할 것이다. 셀 라이브러리와 IP가 동일한 것이고 제조하는 팹도 동일한 F회사이므로 A회사와 B회사의 MP3디코더 칩의 품질은 동일함. 즉 기능적인 면에서는 설계시에 어떤 기능을 더 추가했는지에 따라 다르겠지만, 피차간에 품질면에서는 차이점이 없다는 것. 그러나 A,B 두회사가 F회사와 COT비즈니스를 한다면, 같은 F회사에서 제조한 MP3디코더일지라도 A회사와 B회사의 품질이 같을 수 없음. 왜냐하면 제조기술을 같지만, 설계시에 사용한 셀 라이브러리나 IP의 성능이 서로 같지 않기 때문. 입력이 다르니 출력이 다를 수 밖에 없는 것이다. 실제로 미디어텍과 경쟁관계에 있는 어느 한 회사는 미디어텍과 동일한 팹을 파운드리 비즈니스로 이용하고 있음. 초기 세계 시장 점유율은 그 회사가 높았으나, 현재는 COT비즈니스를 이용하는 미디어텍이 압도적으로 높다
- 디자인 하우스와 팹리스 회사의 차이는 전자가 자체 칩을 개발하지 않는다는 점. 그리고 설계한 반도체 칩에 대한 소유권도 없고 그 칩을 판매하지도 않음. 단지 고객에게 반도체 설계 서비스를 제공. 국내에서도 국내 팹을 이용하거나 해외 팹을 이용하는 디자인 하우스들이 많음. 국내의 반도체 설계 회사는 팹리스 회사 다음으로 디자인 하우스가 많음. 따라서 국내 반도체 설계 회사는 모두 팹리스 회사 아니면 디자인 하우스라고 해도 과언이 아니다. 이런 디자인 하우스는 팹리스 회사나 IP회사들보다 좀더 많은 자본이 요구됨. 이는 업무영역이 P&R와 레이아웃 검증을 필수적으로 수행하는데 여기 사용되는 소프트웨어들이 매우 고가이기 때문. 또한 이들 회사는 팹 회사들과 계약을 해야 하는데 팹 회사들이 어느정도의 재정상태를 요구하기 때문. 대신 팹리스 회사보다 매출을 빠른 시간내에 올릴 수 있음. 그것은 설계하는 칩이 자신들의 것이 아닌 팹리스 회사의 것이기 때문에 칩이 판매되기도 전에 설계 서비스에 대한 매출이 발생하기 때문. 게다가 팹리스 회사에서 이미 프론트엔드 디자인을 끝내고 들어온 것이기 때문에 그만큼 시간적으로도 칩의 판매시점과 가까움. 물론 설계 서비스를 수행해준 팹리스 회사의 칩들이 많이 팔릴수록 디자인 하우스의 매출도 덩달아 올라감
(1) 종합 반도체 회사의 업무흐름
- 필요한 반도체 칩의 성능과 사양을 결정하고 그 칩에 관한 설계, 제조, 조립, 테스트 등을 총괄하여 생산. 그리고 생산된 반도체 칩은 시스템 업체에 판매함. 시스템 업체란 PC, 냉장고, TV와 같은 완제품을 만드는 회사. 뿐만 아니라 반도체 회사의 수요자로는 보드업체를 들 수 있음. PC의 예를 들면 메인보드를 만드는 회사나 그래픽 카드를 만드는 회사 등이 이에 해당. 반도체 칩의 수요자는 이렇게 시스템 업체와 보드업체들로 시스템 회사로 통칭됨.
(2) ASIC사업형태에서의 업무흐름
- 시스템 회사가 자신이 필요로 하는 반도체 칩의 사양을 정해서 디자인 하우스에 반도체 칩 설계를 의뢰하면, 디자인 하우스는 팹으로부터 제공받은 셀 라이브러리와 IP들을 이용하여 주문받은 사양의 반도체 칩을 설계한다음 팹에 칩의 제조를 의뢰. 팹에서는 디자인 하우스로부터 받은 설계 DB를 가지고 반도체 칩을 제조하여 테스트 하우스에 웨이퍼 수준의 테스트를 의뢰함. 테스트 하우스가 테스트를 통하여 잘못 제조된 다이를 골라 잉킹을 한 후 조립회사에 보내면 조립회사는 잉킹된 다이들을 제외한 정상 다이들을 골라 조립하고 조립이 완성된 칩을 다시 테스트 하우스로 보냄
- 테스트 하우스가 최종 테스트를 통해 조립과정에서 잘못된 칩들을 골라 팹에 보내면 팹은 그 칩들을 디자인 하우스에 보내고, 디자인 하우스는 애초에 그 칩의 설계를 의뢰했던 시스템 회사에 보냄. 이런 사업형태를 통해 제조된 칩을 ASIC칩이라 함. 즉 ASIC칩은 수요자가 한 회사뿐이다. 이런 ASIC칩은 시중에서 구입할 수 없음. 많은 사람들이 시스템 IC 또는 ASSP(Application specific standard product)칩을 ASIC칩과 혼동함. 어쨌든 ASIC칩은 설계 의뢰자가 수요자이고 다른 사람이나 회사는 그 칩을 구입할수도 없고 필요하지도 않은, 단지 의뢰한 회사에만 적합한 반도체칩을 의미.
(3) COT사업형태에서의 업무흐름
- 팹을 보유하지 않은 팹리스 회사가 팹으로부터 팹 정보를 제공받아 제조가 가능하도록 설계 하여 팹에 제조를 의뢰하고, 제조된 칩을 받아 자기가 여러 시스템 회사에 판매를 한다. 이런 사업형태에서 나온 반도체 칩을 ASSP하고 함. 물론 파운드리 사업 형태에서 나온 칩도 역시 ASSP칩이다. 이런 반도체 칩은 모든 회사가 구매 가능. 다시 말해 ASSP칩은 ASIC칩과는 달리 한 회사에만 맞게 설계된 것이 아니라 여러 회사가 사용할 수 있도록 범융성을 가지는 반도체 칩
(4) 파운드리 사업에서의 업무흐름
- 팹리스 회사가 반도체 팹으로부터 셀 라이브러리와 IP를 제공받아 반도체 칩을 설계한 후에 설계 DB를 보내면 팹에서 반도체 칩을 제조하여 다시 팹리스 회사에 보내고, 팹리스 회사는 그 칩을 자신의 이름으로 시스템 회사들에게 판매. 따라서 팹리스 회사는 ASIC칩과는 달리 가급적 많은 회사들이 자신들의 고객이 될 수 있도록 여러 회사들이 사용할 수 있는 반도체칩을 설계하려고 노력함. 그리고 IP회사들과 팹간에는 COT사업으로 서로 IP나 셀 라이브러리를 제공하고 제공받음. 즉, 팹리스 회사는 팹에 등록된 셀 라이브러리나 IP들 중에서 자신이 선호하는 것을 골라 제공받음. 이 셀 라이브러리는 팹의 소유일수도 있으나 IP회사의 소유인 것들이 더 많음. 즉, 팹에 존재하는 셀 라이브러리와 IP들인 것이다. ASIC사업에서는 팹이 소유하고 있는 셀 라이브러리와 IP들을 제공받음.
- 그림 4.5는 팹리스 회사가 디자인 하우스를 통해서 ASSP칩을 개발하는 경우. 앞에서 설명했듯이 보통은 팹리스 회사에서 프론트앤드 디자인이라 부르는 진단 설계만 하고 디자인 하우스에 백앤드 디자인이라 부르는 후단설계를 의뢰함. 전단설계는 상위수준 기술부터 게이트 수준 시뮬레이션이고, 후단설계는 P&R과 레이아웃 검증단계. 레이아웃 검증 후의 포스트 시뮬레이션은 통상적으로 팹리스 회사에서 수행
- 파운드리 사업형태에서는 디자인 하우스와 공동으로 개발하는 경우가 대부분. 그 이유는 후단 설계에 사용하는 툴이 팹리스 회사로서는 사용하는 빈도수가 낮고 값도 비싼데다 배우는 데 시간도 많이 소요되기 때문. 이런 파운드리 사업형태로 ASIC칩도 개발하는데 그 과정은 4.6과 같다. ASIC칩이므로 별도의 판매행위가 없다.
- 비교적 자금능력이 있는 시스템 회사의 경우 후단 설계에 필요한 툴들과 그 툴에 익숙한 엔지니어를 보유하고, 디자인 하우스를 통하지 않고 직접 팹과 연계되어 개발하기도 함. 그래서 간혹 대기업에 다니는 사람 중 소속이 반도체 부문이 아닌데 반도체 설계를 하는 사람이 있는 경우도 있음.