삼성전자 시스템 LSI 제품 분석

<<시스템반도체>>

1. Why Sys IC?

- 전세계 반도체 IC 시장의 규모는 약 3000억 달러(약 350조원) 그 중 메모리가 차지하는 점유율은 820억으로 약 24퍼센트이고, 아날로그, 로직, 마이크로컴포넌트 등의 비메모리 반도체가 나머지 76퍼센트를 차지한다. 거의 4분의 3이 비메모리인 셈. 메모리 IC는 국내 기업(삼성전자, 하이닉스)가 약60퍼센트의 점유율을 가지고 있지만 시스템 반도체는 미국이 약 70퍼센트의 압도적인 점유율을 가지고 있으며 우리는 겨우 3퍼센트. 현재 반도체 시장에서 수요가 증가하는 항목은 메모리도 있긴 하지만 IoT, 빅데이터, AI, 자율주행차 등의 수요 확대로 데이터 프로세싱, 오토모티브, 서버 관련 IC 시장의 지속 성장이 전망되는 상황. 

2. Sys IC의 종류

- sys LSI란 : System Large-Scale Integrated Circuit. 디지털화된 전기적 정보(데이터)를 계산하거나 처리(제어, 변환, 가공)할 수 있는 기능이 있는 반도체.

- Image Sensor : Optoelectronics. 전자 소자들을 광소자들과 함께 단일 기판 위에 집적시켜 광신호를 전기신호로 변환시켜주는 IC. 피사체 정보를 전기적인 영상신호로 변환.

- 센서&actuator : 온도, 자기장, 압력 등을 감지하거나 이를 이용하여 기기를 구동하는 반도체.

- analog IC : 각종 아날로그 신호를 컴퓨터가 인식할 수 있는 디지털 신호로 바꿔주는 반도체 (DAC, ADC 등)

- logic IC -> AP : 논리회로로 구성된 반도체, 주로 메모리 반도체의 반대 개념으로 불림. 범용 logic과 특수용 logic으로 나뉘며 특수용에는 가전용, 컴퓨터용, 통신용, 자동차용 logic이 있음. 통신용 특히 모바일 기기의 연산, 제어기능을 하는 logic IC를 모바일 AP라고 함. 모바일 AP는 집적도와 저전력의 중요성이 다른 IC에 비해 크게 두드러짐. 

- Microcomponent : 주로 제어, 연산 기능을 하는 초소형 반도체를 의미. 

ㄴ MPU: 컴퓨터의 CPU를 LSI화 한 것. 컴퓨터의 연산, 제어 동작을 실행할 수 있음. 라즈베리파이, 아두이노 등.

ㄴ MCU : 특정 시스템을 제어하기 위한 전용 프로세서, 대부분의 전자제품에 채용되어 전자제품의 두뇌역할을 .

ㄴ DSP : 디지털 신호를 기계장치가 빠르게 처리할 수 있도록 하는 반도체. 아날로그 신호인 음성을 디지털화 하는 음성 코딩에 주로 사용. 

ㄴ 추가적인 내용은 아래 링크 참조. (http://jae-walker.tistory.com/5)

<<제품>>

1. Exynos 9 시리즈

ㄴ 10nm FinFET 공정 (9 시리즈 유일)

ㄴ 통신 모뎀 솔루션을 모바일 AP에 내장한 원칩AP 형태를 가진다는 것이 가장 큰 특징. (ModAP라고 함. 7 시리즈도 마찬가지)

ㄴ 최초의 커스텀 CPU 아키텍쳐인 엑시노스 M1에 이은 2세대 커스텀 CPU 아키텍쳐를 빅 클러스터로 이용.

ㄴ CPU : 엑시노스M3 + ARM Cortex A55

ㄴ GPU : ARM Mali-G71

ㄴ 모바일 AP로는 최초로 HSA(Heterogeneouse system architecture, 이기종시스템아키텍쳐)인 big,LITTLE 구조 지원 (7시리즈빼고 5시리즈는 지원시작. 단 자체 커스텀 CPU는 5시리즈에는 사용되지 않는다.)

ㄴ big.LITTLE구조 : ARM에서 개발된 이기종 컴퓨티 아키텍쳐(엑시노스M1과 ARMCortex 두가지를 사용하기 위해 필요함). 전력소모가 적은 저성능코어(LITTLE)와 전력소모가 많지만 고성능인 프로세서코어(big)를 함께 탑재함. 멀티코어 환경에서 그때그때 필요한 계산량에 따라 동적으로 코어를 할당함으로써 단순히 클럭을 조절하는 것보다 더 높은 수준의 전력소모 절감을 달성할 수 있다. 엑시노스5(갤럭시S4, 노트3)부터 적용되었고 엑시노스8부터 엑시노스M1 CPU를 big core로 사용)

ㄴ 일부는 퀄컴 스냅드래곤 CPU 사용. (중국, 미국) : 중국의 통신 모뎀 인증 문제/미국에서의 퀄컴의 입김./CDMA 통신 규격 문제/퀄컴의 최신 AP&최신 모뎀 동시 판매 정책

ㄴ CDMA(코드분할다중접속) 지원하지 않아 일부지역에 공급 제한 -> 2017년 엑시노스5(7872)에서 6개의 통신규격을 모두 지원하는 AP 출시

ㄴ 1.2Gbps 다운로드 속도의 LTE 모뎀 탑재 (MODEM: MOdulator&DEModulator)

ㄴ 6CA(Carrier Aggregation, 주파수 집성기술) : 6개 주파수 대역을 묶어서 하나의 주파수처럼 사용하는 기술

ㄴ 5G 이동통신 시대에 한층 빠르고 정확한 데이터 전송 가능. 

ㄴ 자체 커스텀 CPU 개발의 의의 : 근본적으로는 엑시노스의 명령어 셋과 그 명령어 셋을 하드웨어로서 구현하는 기술은 ARM Holdings에서 사온 것이다. 즉, 엑시노스 칩의 원천 기술은 여전히 삼성전자의 손 안에 있는 것이 아닌 셈이다. 하지만 단순히 아키텍쳐만 가지고 AP를 만드는 것이 아니다. 제조사 고유의 커스텀이 들어가게 되며 이 과정에서 고유한 기술력이 드러나게 된다. 이것이 직접적으로 드러났던 사례가 바로 Cortex-A57인데 이 아키텍쳐로 만들어진 대표적인 AP가 바로 엑시노스 7420과 스냅드래곤 810이다. 같은 아키텍쳐임에도 불구하고 저 두 AP의 평가는 세대 최고와 화룡이라는 극과 극의 평가로 갈린다. 커스텀의 차이가 AP의 차이를 만들어낸 것이다. 여기서 그치지 않고 삼성은 자체 커스텀코어를 몽구스 프로젝트라는 이름으로 진행중인데, Cortex-A72 보다 더 우위의 성능을 보일 것으로 기대되고 있다.

2. ISOCELL Bright / Fast 2L3 / Slim

ㄴ Bright : 저조도에서 밝고 선명한 촬영 가능. 모바일기기 전면 카메라에 적용됨.

ㄴ fast : LPDDR4메모리(UHD비디오 촬영, 고속 멀티태스킹을 가능하게 하는 DRAM) 내장, 초당 960프레임까지 초고속 촬영 가능

ㄴ 

3. 홍채인식센서

4. OLED 구동칩 (DDI)

5. 일체형 플래시 LED : 렌즈 일체형 플래시 LED

6. 터치 컨트롤러 IC

7. NFC IC : Near Field Communication. 

ㄴ RFID와 NFC의 차이점 : 수신 범위가 RFIC가 더 길다. NFC는 10cm 남짓. RFIC는 단방향통신이고 NFC는 양방향통신이기 때문에 RFIC는 태그(ex.교통카드, 출력기능만)와 리더(버스카드리더기, 입력기능만) 역할이 고정되어 있지만 NFC는 상황에 따라 바꿀 수 있음. 폰보면 카드모드, R/W모드, P2P모드 있는데 카드모드는 태그 역할만 수행하는 것이고 P2P로 전환하면 리더 역할 수행.

ㄴ NFC의 장점 : 빠른 설정 속도, 태그에 전원이 필요하지 않음, 비용 저렴, 페어링 불필요, 전력 소모 적음, 초근거리 통신이기 때문에 무선 신호가 복잡한 곳에서도 안정적으로 사용 가능. 기존 패시브 RFID 인프로와 호환

ㄴ NFC의 단점 : 보안 취약(but 최대작동거리가 20cm 미만이기 때문에 통신을 가로챌 가능성은 높지 않음), 저속.

8. Envelope Tracker (모뎀 전력효율 개선칩)

9. PMIC(전력관리IC)

10. ARTIK (IoT 플랫폼)

11. WIFI Module

12. MCU

13. 독자 GPU 개발중.

14. 삼성전자 투모로우 솔루션 -> 소방관 열화상 카메라 (열화상카메라 90퍼센트 이상 FLIR 제품)