‘어렵고 딱딱한’ 반도체는 이제 그만, ‘흥미진진하고 말랑한’ 반도체가 온다!
-십 대를 위한 최초의 반도체 교양서

이 책은 반도체 산업의 전반적인 흐름은 물론이고 공정, 부품, 설계, 생산에 이르는 다양한 분야에 대해 청소년 독자에게 잘 전달해줍니다. 또한 반도체 산업에 진입하고자 하는 학생들에게 필요한 공부와 진로 탐색, 직업 탐험에 대한 안내도 갖춰져 있어요. 기존 반도체 교양서가 틀에 박힌 기술 설명으로 일관하는 데 비해 이 책은 기술은 물론, 산업 지형을 둘러싼 각국의 경쟁, 전략적 의미도 함께 설명하고 있어서 반도체 산업을 조금 더 입체적으로 알고자 하는 일반 독자에게도 효과적인 입문서가 될 수 있습니다.
- 권석준 교수(성균관대학교 반도체융합공학부?화학공학부, 《반도체 삼국지》 저자)

반도체는 국가 기간산업이라 할 만큼 매우 중요해요. 우리나라는 세계적인 반도체 강국이란 명성을 얻고 있지만, 관련 인재 양성에서는 제대로 된 동력을 찾지 못하고 있습니다. 반도체 관련 도서 또한 성인을 대상으로 한 딱딱한 전문서가 대부분이고, 그나마 어린이용 도서가 있을 뿐입니다.
《반도체가 그렇게 중요한가요?》는 청소년을 위한 최초의 반도체 안내서입니다. 반도체의 과학적 원리와 제조 공정, 재료, 종류 같은 전문적 내용에 머물지 않고, 반도체를 둘러싼 세계 패권 경쟁과 반도체의 역사와 미래, 한국 반도체 산업의 역사, 반도체 관련 직업을 위한 진로 안내까지 모두 담았습니다. 귀엽고 재치 있는 본문 속 일러스트도 다소 어려울 수 있는 반도체의 과학적 원리나 반도체를 둘러싼 국제 경쟁 이야기에 한 발 더 가깝게 해줍니다.
뉴스 경제 섹션의 단골 주제인 반도체를 쉽고 흥미롭게 풀어내어 10대뿐 아니라 일반인도 읽기 좋습니다. 청소년뿐만 아니라 반도체를 알고 싶은 모두를 위한 책입니다.

추천사

반도체 산업은 국가 기간산업이라 불릴 정도로 우리나라 경제에서 차지하는 비중이 가장 큽니다. 또한 한국 반도체 산업은 차세대 기술을 선도하면서 글로벌 시장에 큰 영향을 미치기 때문에 세계적으로 인정받고 있지요. 그렇기 때문에 더 많은 인재가 반도체 산업에 관심을 가지며 꿈을 키워갈 필요가 있습니다. 특히 대학 진학을 앞두고 관련 분야 전공에 대해 고민하기 시작하는 청소년과 학부모들이 이 산업의 중추를 이루는 핵심 기술에 대한 개념과 원리를 잘 이해하는 것은 매우 중요합니다.

이 책은 그러한 목적에 잘 맞습니다. 반도체 산업 현직 전문가들이 쉽게 풀어 전하기 어려운 내용을, 기자 출신 작가들이 이해하기 쉬운 비유와 일러스트를 곁들여 깔끔하게 설명하고 있습니다. 반도체 산업의 전반적인 흐름은 물론이고 공정, 부품, 설계, 생산에 이르는 다양한 분야에 대해 청소년 독자에게 잘 전달해줍니다.

또한 반도체 산업에 진입하고자 하는 학생들에게 필요한 공부와 진로 탐색, 직업 탐험에 대한 안내도 갖춰져 있어요. 기존 반도체 교양서가 틀에 박힌 기술 설명으로 일관하는 데 비해 이 책은 기술은 물론, 산업 지형을 둘러싼 각국의 경쟁, 전략적 의미도 함께 설명하고 있어서 반도체 산업을 조금 더 입체적으로 알고자 하는 일반 독자에게도 효과적인 입문서가 될 수 있습니다. 앞으로 더욱 중요성이 커질 한국 반도체 산업에 대한 이해를 돕고 그 진입 장벽을 낮춰줄 좋은 길라잡이가 될 책입니다.
- 권석준 (성균관대학교 반도체융합공학부·화학공학부, 《반도체 삼국지》 저자)

책 속에서

트랜지스터는 이미터(Emitter), 베이스(Base), 컬렉터(Collector)라는 3개의 다리를 가졌어요. 베이스에서 약한 전기 신호를 주면 이미터에서 보낸 전자 혹은 정공을 컬렉터에서 출력합니다. 전류를 제어하는 트랜지스터를 물의 흐름을 제어하는 댐에 비유해 볼게요. 이미터에 있던 물이 컬렉터로 흐르면서 거대한 물줄기를 만드는데 이때 베이스가 바로 수문 역할을 합니다. 작은 힘으로 이 스위치를 여닫으면서 전기의 흐름을 통제하는 게 트랜지스터입니다. 베이스에 약한 전기 신호를 보내 트랜지스터를 작동시키면 이미터에서 컬렉터로 큰 전류가 흐르게 됩니다. 트랜지스터(transistor)라는 단어 자체도 전기를 전송(transfer)하면서 저항(varistor)의 역할로 전기 신호와 전력을 증폭하거나 스위칭하는 데 사용한다는 의미를 담고 있지요.
--- p.36~38

전류를 흘리고 차단하며 신호를 제어하는 방식은 디지털 신호의 기본인 0과 1의 이진법 개념을 만들었고 방대한 공식을 빠르고 정확하게 계산하는 데도 활용할 수 있었습니다. 컴퓨터(computer)라는 단어는 원래 의미가 ‘계산기’인데 주판, 계산자, 톱니바퀴 계산기 등 이미 수학자들은 시대마다 ‘컴퓨터’를 만들어냈지요.
그런데 2차 세계대전이 발발하면서 계산해야 하는 양은 기하급수적으로 늘었고 시간도 초를 다툴 정도로 급해졌습니다. 전투기를 띄워 적에게 들키지 않고 접근할 수 있는 항로를 그리고, 적진에 투하할 포탄 궤도를 결정하는 일은 어마어마한 계산을 통해 경우의 수를 따져 정확하게 판단해야 했고, 아주 빠르게 이뤄져야 했어요. 오류가 생기면 목숨을 잃으니까요.
--- p.65~66

반도체 종류는 용도에 따라 다양합니다. 크게 데이터를 기억·저장하는 ‘메모리 반도체’와 연산·제어 등 데이터를 처리하는 ‘시스템 반도체’로 나뉩니다. 시스템 반도체는 ‘메모리가 아니다’라는 의미로 ‘비메모리’라고도 불러요. 한국 기업들이 세계 시장에서 유독 높은 경쟁력을 보이는 메모리 반도체를 강조하다 보니 한국에서만 특별히 사용된다고 해요.
메모리와 시스템의 역할 구분은 부엌에 비유할 수 있어요. 요리할 때는 식재료를 담아둘 공간도 있어야 하고, 썰고 다듬는 공간도 필요합니다. 메모리 반도체에서 재료를 보관하고 있다가 시스템 반도체에서 조리하는 거예요.
--- p.67

팹리스라는 기업 형태가 등장하면서 반도체 사업의 진입 장벽이 낮아졌습니다. 시설 없이 설계만 할 수 있으면 반도체 기업이 될 수 있으니 업체 숫자도 크게 늘었죠. 스마트폰 기업도 세계 반도체 시장을 주도하는 독보적인 주인공으로 떠오르고 있습니다. 애플은 AP와 운영 체계(iOS) 등 아이폰에 필요한 반도체를 직접 설계하는 대표적 팹리스입니다. 구글, 아마존, 알리바바(중국 최대 전자상거래 업체), 마이크로소프트 등도 자체적으로 설계를 하면서 시스템 반도체 분야에 진출했습니다.
--- p.90

그런 상황에서 1985년 6월 미국반도체산업협회(SIA)가 일본산 반도체를 덤핑 혐의로 미국 무역대표부(USTR)에 제소했어요. 일본 제조 업체들이 반도체를 부당하게 싼값으로 미국 시장에 판매했다고 한 거예요. 미국은 반도체 무역 적자의 이유로 일본 시장의 폐쇄성을 들었습니다.
그리고 미국 반도체를 지키기 위해 일본에 ‘슈퍼 301조’를 발령하겠다고 위협했습니다. 슈퍼 301조는 미국 행정부가 자국 산업 보호를 위해 광범위한 무역 보복 조치를 할 수 있게 한 조항입니다. 미국 기업이 다른 국가의 불공정 무역 행위 때문에 피해를 봤다고 청원해 미국 무역대표부가 받아들이면 해당 국가가 3년 안에 이를 해결할 방법을 찾아야 합니다. 그렇지 않으면 해당 국가에 대해 미국이 높은 관세를 부과하는 식으로 보복할 수 있도록 한 거예요. 무역 적자의 원인을 자국 기업의 경쟁력 상실에서 찾지 않고 무역 상대국의 잘못으로 몰아갔다는 비난을 들을 수 있는 행동이었습니다.
--- p.125~126

일본이 한국과 정치적·외교적 갈등에 따른 보복 조치를 다른 분야도 아닌 반도체를 대상으로 한 데는 이유가 있습니다. 한국 경제에서 반도체가 차지하는 비중을 잘 알고 있었기 때문이죠. 게다가 반도체 공정에서 일본산 소재가 얼마나 중요한지도 정확히 파악해 보복의 핵심으로 활용했습니다. 반도체 제조 산업이 이미 쇠락해 전체 공급망 가운데 화학 물질 생산 정도를 맡은 일본일지라도 마음만 먹으면 한국 반도체 생산에 큰 영향을 줄 수 있는 상황이라는 의미입니다. 그만큼 반도체의 경제적·전략적 가치가 크다는 뜻이기도 하지만 공급망에서 한 부분만 흔들어도 전체 과정이 원활하지 못하다는 사실도 확인한 셈이죠.
--- p.133

현장의 드론과 조종사가 ‘데이터 지체’ 없이 송수신하면 멀리 떨어진 곳에서도 실시간으로 드론이 보내는 동영상을 바탕으로 관찰 대상의 동향을 바로 확인하고, 장착된 무기 체계를 발사해 목표물을 정확하게 타격할 수 있습니다. 미국은 테러와의 전쟁 때부터 미 군수업체 제네럴 아토믹스가 개발하고 제작한 무인 공격기 ‘MQ--- p.1 프레데터’나 드론 ‘ MQ--- p.9 리퍼’에서 공대지 미사일 ‘AGM--- p.114 헬파이어’를 발사해 목표물을 제거해왔습니다.
이런 실시간 통신에는 정밀한 반도체가 수없이 필요합니다. 초기 드론에는 100개 정도의 반도체가 필요했는데 최신 드론에는 1000개 넘게 장착된다고 해요. 특히 군사용 5G 통신에는 대용량 데이터 전송과 비가 오나 눈이 오나, 춥거나 덥거나 상관없이 모든 기상 조건에서도 데이터 송수신이 이뤄져야 해 특수 반도체가 필요하겠죠. 이를 위해 SiC(탄화규소) 전력 반도체가 사용됩니다. 이름처럼 전력을 제어하는 반도체예요. 전자 기기에 공급되는 전력을 1초에 1000번 이상 켰다가 껐다가 하면서 세밀한 제어 기능을 합니다. 다이아몬드 다음으로 튼튼한 물질인 탄화규소라서 같은 두께의 실리콘 반도체보다 약 10배가 큰 전압까지 견딜 수 있다고 합니다.
--- p.138~139

군사용 반도체는 미국과 일본이 맺은 두 번의 반도체 협정의 원인도 제공했습니다. 1990~1991년 벌어진 걸프전에서 미국이 보여준 첨단 무기를 보면 이해할 수 있어요. 걸프전은 1990년 이라크가 주권 국가인 쿠웨이트를 침공하자 미국 주도의 다국적군이 이라크군을 쫓아낸 전쟁이죠. 당시 미군이 군함에서 토마호크 순항미사일을 발사해 이라크군의 레이더와 통신 기지를 우선 타격하면서 전쟁이 시작됐습니다. 순항미사일은 타격 목표물의 좌표를 입력하면 지형도를 따라 목표물을 스스로 찾아 비행하는 미사일입니다. 비행기처럼 제트엔진과 날개를 갖추고 지형 데이터를 활용해 낮은 고도로 방향을 바꿔가며 장거리를 날아가 목표물을 타격합니다. 이를 가능하게 했던 것은 수준 높은 메모리 반도체 덕분이었는데 토마호크의 메모리 반도체는 모두 일본산이었다고 해요.
걸프전에서는 또 다른 신형 미사일도 등장했죠. 바로 ‘미사일을 요격하는 미사일’인 미국산 패트리엇입니다. 당시 이라크의 사담 후세인 대통령 정권은 옛 소련에서 만든 지대지 탄도 미사일(지상에서 발사해 지상의 다른 지점을 공격하는 미사일)인 스커드를 미국과 사이좋은 이스라엘에 발사했습니다. 하지만 이스라엘에 배치된 패트리엇 방공 미사일이 초음속으로 날아온 상당수의 스커드를 공중에서 요격해 중간 차단했습니다.

패트리엇 미사일이 빠른 속도로 정확한 연산을 하면서 날아오는 미사일을 떨어뜨릴 수 있었던 것은 핵심 부품으로 사용된 일본산 갈륨비소 반도체(실리콘이 반도체를 만드는 대표 재료이지만 갈륨비소로도 반도체를 만들어요) 덕분이었다고 합니다. 이 반도체 역시 당시 일본만 만들 수 있었다고 해요.
결과적으로 걸프전 덕분에 일본산 반도체의 놀라운 성능이 전 세계에 알려졌고 이 때문에 미국의 견제가 계속됐을 가능성도 커 보입니다. 반도체는 과학기술과 산업의 산물이지만, 정치적·외교적 충돌의 원인을 제공하기도 합니다. 새로운 미래를 여는 작디작은 도구인 반도체가 만드는 놀라운 신세계입니다.
--- p.140~143

추천합니다! _권석준 교수(성균관대학교 반도체융합공학부?화학공학부, 《반도체 삼국지》 저자)
프롤로그 반도체 일기로 본 나의 하루·11

1 반도체가 뭘까?

반쯤은 도체라고? 반도체!·26
반도체의 조상님, 진공관·29
｜놓치지 마! 틈새 정보｜ 전류와 전자는 왜 반대로 움직일까?·33
세 발 달린 마법사, 트랜지스터·35
｜놓치지 마! 틈새 정보｜ 반도체의 핵심 소재, 실리콘·40
p형 반도체와 n형 반도체가 만나 전자 혁명!
양극성 접합 트랜지스터(BJT)·42
금속 산화물 반도체(metal oxide semiconductor)·46
전자 기기 시대를 연 집적 회로(IC)·50
실리콘 덩어리가 반도체 칩이 되다·53

2 반도체가 ‘쌀’이라 불리는 이유

지금은 규석기 시대!·61
반도체는 왜 필요했을까?·64
롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리·67
｜놓치지 마! 틈새 정보｜ 인공지능을 예견한 폰 노이만·72
메모리 반도체에서 시스템 반도체로·74

3 반도체는 어디서 만들까?

종합 반도체 기업(IDM)·85
팹리스(Fabless company)·87
파운드리(Foundry)가 뜨는 이유·92
패키징과 테스트 전문 OSAT·95
｜놓치지 마! 틈새 정보｜ 무어의 법칙에서 황의 법칙으로·98

4 왜 각 나라에서 반도체 산업을 지원할까?

산업의 쌀을 둘러싼 미국과 중국의 21세기 경쟁·109
미국의 공급망 재편으로 이어진 팬데믹 반도체 부족 사태·114
미국도 자기 나라 공장에서 반도체를 확보해요·116
미일 무역 분쟁과 ‘플라자 합의’·119
일본 반도체 산업 침체를 부른 미일 반도체 협정·121
1980년대 미국에서 일본으로 넘어간 반도체 주도권·123
일본 반도체를 사양길로 몰고 간 미일 반도체 협정·127
한일 무역 분쟁에서 한국의 급소가 된 반도체·130
반도체 강국에 대한 견제 의도일까?·133
미국의 허가가 필요한 ASML의 노광 장비 수출·134
미래 군사력과 무기의 핵심, 반도체·137
군사용 반도체는 자기 나라에서 확보하려는 미국·140

5 한국은 어떻게 반도체 강국이 됐을까?

메모리 반도체는 한국이 세계 최고!·148
1965년 외국 반도체 조립을 시작했어요·149
1974년 ‘한국반도체’의 등장!·152
삼성이 반도체 사업에 집중 투자했어요·154
삼성이 64K D램 개발에 나서요·157
64M D램 개발로 세계 선두에 나서요·159
세계 3위 반도체 기업, SK하이닉스·162
현대→LG반도체→SK·164
SK의 중국 진출, 최대 메모리 업체로·166
세계 각국의 반도체 산업 육성 노력·168
한국 반도체 산업의 미래를 위한 숙제·170

6 반도체를 만들려면 어떤 공부를 해야 할까?

전 세계 반도체 분야 인재는 여전히 부족해요·177
반도체를 알려면 공과대 진학이 유리해요·178
반도체 산업에는 문과생도 필요해요·180
어쩌면 평생 공부해야 해요-입사 뒤 재교육은 당연하죠·182
인력 확보는 전 세계적인 과제예요·186
엔지니어 롤 모델·189

7 미래의 반도체는 어떤 모습일까?

인간의 뇌를 따라가는 반도체·198
반도체 시장에서 살아남는 법·202
반도체로 숨 쉬는 세상·207

에필로그 기계를 제어하는 똑똑한 반도체가 펼치는 무궁무진한 세상, 그 너머에 대하여·213