인문학적 반도체_4. 반도체의 역할(1)

2장.반도체는 어떻게 움직이나?

4. 반도체의 역할

반도체는 어떤 역할을 할까요? 

반도체는 정류,증폭,변환,전환,저장,계산,제어 등의 다양한 기능을 가지고 있습니다. 

크게는 전기신호를 처리하는 기능인 '정류,증폭,변환'과 데이터를 처리하는 기능인 '전환,저장,연산,제어' 로 분류할 수 있을것입니다. 

첫째로 정류(整流)  기능입니다. 

전기신호의 흐름에는 두 가지 종류가 있습니다. 바로, 항상 일정방향으로 흐르는 직류(direct current, DC)와 주기적으로 방향이 변하는 교류(altemating current, AC)신호인데요. 

전기신호를 처리하다보면 직류를 교류로 또는 교류를 직류로 바꿔 주어야 하는 경우가 생깁니다. 우리는 이러한 작용을 정류(rectification)라고 부르는데 일반적으로 정류작용을 하는 반도체를 ‘다이오드’ 라고 합니다.

[ 정류 기능 ]

베네딕트 컴버배치가 에디슨으로 분한 '커런트워'를 보신 분들도 있을 것입니다. 에디슨이 미는 직류와 테슬라가 미는 교류중 승자는 누구일까요? 

두번째는 증폭(增幅)입니다. 

전기신호를 이동시키다보면 점점 약해지게 됩니다. 

그래서, 정상적으로 전기신호를 전달하기 위해서는 이동 중에 원상태 또는 보다 크게 해주는 작업이 필요합니다. 이처럼 약한 신호를 강한 신호로 키워 주는 것을 증폭(amplification)이라고 하고 이러한 증폭작용을 하는 반도체를 ‘트랜지스터(TR)’ 라고 합니다.

[ 증폭 기능 ]

세번째는 변환(變換)입니다. 

전기신호는 필요에 따라 빛이나 소리 등으로 바꿔 줄 필요가 있습니다. 

최근에는 저전력, 친환경이 중요하기 때문에 신성장동력으로 각광받고 있는 ‘LED’도 반도체입니다. 

LED램프 뿐 아니라 지하철이나 고속도로에서 볼 수 있는 전광판에 쓰이는 LED는 전기신호를 빛으로 바꿔 주는 역할을 합니다. 

이러한 반도체를 발광소자라고 하는데요, 반대로 빛을 전기신호로 바꿔 줄 수도 있습니다. CCD, CIS 반도체는 카메라로 읽어 들인 빛을 전기신호로 바꿔 저장하는 역할을 수행합니다.

[ 변환 기능 ]

넷째는 전환(轉換)입니다. 

정보(Data)에는 그 값에 따라 아날로그(Analog)와 디지털(Digital)로 나뉩니다. 

아날로그 데이터는 연속적인 값을 의미하는 반면, 디지털 데이터는 이산적인 값, 즉 1(ON), 0(OFF) 만의 값을 가집니다. 

정보를 처리하다 보면 아날로그를 디지털로 또는 디지털을 아날로그로 바꿔 주어야 할 경우가 있는데,

 ‘아날로그 ↔ 디지털’  같이 정보의 상태를 전환해 주는 역할 또한 반도체가 하고 있습니다. 이런 반도체를 'ADC,DAC'라고 합니다.

[ 전환 기능 ]

다섯번쨰는 저장 기능입니다. 

반도체는 정보를 프로그램화해서 저장할 수 있으며, 이러한 정보를 저장하는 용도로 사용되는 반도체를 ‘메모리 반도체’ 라고 합니다. 

메모리는 정보를 저장·보관하고 필요한 시점에서 빼낼 수 있는 장치인데 이러한 저장과 기억 또한 반도체가 수행하는 기능 중 하나입니다. 

요새 NAND기반의 SSD가 많은 사람들의 사랑을 받고 있는 대표적인 저장장치입니다. 

여섯쨰는 연산기능입니다. 

PC가 나오기 전, 편리한 사용감과 빠른 속도로 전자계산기가 널리 사용되었는데, 바로 이 전자계산기 안에서 수치 정보를 계산하는데 사용되는 반도체를 ‘논리반도체‘ 라고 합니다.

일곱번째로 제어기능입니다. 

기계나 설비가 정해진 순서에 따라 동작하도록 해주는 것을 제어라고 합니다. 

이런 작동순서를 프로그램화하여 반도체 IC에 기억시켜두면 그 순서에 따라 장비나 작업을 자동으로 제어할 수있게 되는데, 이러한 반도체를 ‘마이크로프로세서‘라고 합니다. 

논리와 연산, 제어 기능 등을 수행하는 반도체를 통상 시스템 LSI 라고도 합니다.

반도체는 결국 사람의 몸과 뇌에서 일어나는 거의 모든 활동인 기억,연산,제어,변환등의 기능을 한다고 볼 수 있습니다.