디지털 기술이 빠르게 발전하고 있지만 변치 않는 것이 하나 있다. 최신의 발전된 기술이라 할지라도 현실 세계의 신호와, 1과 0으로 이루어진 디지털 세계 사이를 연결하는 것은 아날로그 회로라는 사실이다. 아날로그 칩은 오늘날 디지털 세계에서 대부분의 애플리케이션에 필수적인 요소이다. 여전히 디지털 기기(컴퓨터·팩스·휴대전화·모뎀·프린터·호출기 등)는 하나 이상의 아날로그 인터페이스에 의존하고 있으며, 점점 세상이 디지털화될수록 아날로그 기기와 “현실 세계”를 연결하기 위해서는 아날로그에 대한 의존도가 커질 수밖에 없다.
Ⅱ. 아날로그 시장
아날로그 IC제품들은 하위 부문의 제품들과 매우 다양한 애플리케이션이 존재하지만, 보통 전체를 놓고 이야기하는 경우가 많다. 그림 1은 여러 제품들로 구성된 아날로그 IC시장을 나타낸 표이다. 하이브리드나 보드 레벨(Board-Level) 제품은 제외됐다. 그림 2를 보면 2004 아날로그 IC제품 판매의 60% 이상이 주문형(Application-Specific) 제품에서 나왔음을 알 수 있다. 그림 3은 카테고리별 2004 아날로그 시장을 나타낸 표이다. 전자통신(90억달러)과 전압조정기·Reference Devices(55억달러)가 2004년도 아날로그 시장에서 제일 큰 비중을 차지했다. 이 밖의 부문들은 그 비중이 훨씬 적었다. 표 1은 2005년도 제품 형태별 아날로그 IC 판매를 예상한 표이다. 주문형 아날로그 소자 중에서, 전자통신 부문과 자동차 부문이 계속해서 가장 큰 비중을 차지할 것으로 예상되면서 컨슈머 부문은 상황이 안 좋아질 것으로 보인다. 이 세 개의 카테고리가 2005 전체 아날로그 판매액의 절반 이상을 차지할 것으로 점쳐진다. 전압조정기와 Reference Devices는 표준 아날로그 부문에서 가장 큰 비중을 차지할 것이다. 이 두 부분은 2005년 전체 아날로그 시장의 거의 18%를 차지할 것으로 전망된다. 그림 4에는 전체 아날로그 IC시장을 나타냈다. 1990년대 아날로그 시장은 10%대의 연성장률을 기록하며 꾸준한 성장을 기록했다. 2000년 들어 통신 분야(인프라와 휴대용 애플리케이션)의 폭발적인 성장에 힘입어 전체 아날로그 시장의 판매액은 38%나 신장했다. 하지만 호황도 잠시, 2000년 눈에 띄는 수익 증대에 일조했던 애플리케이션이 반대로 2001년에는 급락해 아날로그 시장이 24% 하락하는데 앞장섰다. 2002년에는 시장이 다시 반등했지만 3% 증가하는데 그쳤다. 2003년 아날로그 시장은 12%의 성장률을 기록했고, 2004년은 17% 성장, 최근의 IC산업 주기의 절정에 오르면서 호황의 시기를 보냈다. 2004년 아날로그 시장의 성장은 전원관리 기능(Power Management), 복합신호(Mixed-Signal), 특정 무선(Wireless-Specific) 제품의 강세에 기인한다. 고성능 아날로그 제품의 판매는 범용 칩 판매보다 좋았으며, 이는 ASP(평균판매가격)를 높이며 아날로그 제조업체들의 재정 상황을 개선하는데 기여했다. 하지만 IC인사이츠는 2005년 아날로그 시장의 약세를 점치고 있으며, 이러한 추세는 계속될 것이다. 2005년 전체 아날로그 IC시장은 2004년과 비교해 4% 감소한 301억달러로 예상된다. 2009년까지 아날로그 IC시장은 전체 IC산업의 연평균 9% 성장에 못 미치는 6%대의 성장을 기록할 것으로 예상된다.
Ⅲ. 표준 아날로그 제품
표준 아날로그 제품에는 증폭기, 인터페이스 IC, 전압조정기, Reference Devices, D/A 컨버터, 콤퍼레이터(Comparator) 등이 있다. 거의 예외 없이, 대부분의 표준 아날로그 제품은 같은 칩에 아날로그·디지털 기능이 결합된 복합신호 소자들이다. 이 카테고리의 아날로그 IC는 산업, 자동차, 소비자 가전(디지털 카메라, 휴대용 전화기)을 타깃으로 한다. 다른 애플리케이션으로는 유선 통신과 디지털 보청기, 심장박동측정기나 혈당측정기 같은 휴대용 측정기 등이 있다. 그림 5에 표준 아날로그 IC시장을 나타냈다. 2004년 표준 아날로그 부문의 판매액, 출하대수의 성장률은 각각 8%였다. 표준 아날로그 시장은 2008년까지 성장이 예상되지만, 2005년에는 조정국면이 나타날 것으로 보인다. IC인사이츠는 다음 IC주기의 성장 정점 시기를 2008년으로 보고 있다. 2009년까지 표준 아날로그 시장은 연평균 4% 성장이 예상된다. 그림 6은 제품 카테고리별로 나눈 표준 아날로그 시장이다. 2004년 시장에서 전압 조정기와 Reference Devices가 46%를 차지하면서 시장의 반을 점유했다. 아래 각 제품에 대한 간략한 리뷰를 했다.
1. 증폭기 증폭기에는 연산 증폭기(Operational Amplifier), 계측 증폭기(Instrumentation Amp), 버퍼(Buffer), 일반 용도의 비디오 증폭기, RF IC(MMIC) 등이 있다. 연산 증폭기(OP앰프)는 증폭기 부문에서 대표적인 제품으로 IC제품들 가운데, 그 역사가 길다. 제품이 출시된 지 오래되었지만 OP앰프는 동시대에 나왔던 어느 과학기술제품보다도 오래 살아남고 있다. OP앰프는 예전에 출시된 상태에서 별다른 기능 향상이나 개발이 이루어지지 않았지만, 다이 사이즈가 줄면서 OP앰프는 더 특화되었고 현재 저전압에서 운용되고 있다. 여러 판매업체들이 일정 기술로 최고의 성능을 얻을 수 있도록 특정 애플리케이션에 맞는 특별한 기능을 갖도록 OP앰프를 설계한다. OP앰프는 다양한 가격으로 판매되고 있다. 2004년 저가시장에서는 “젤리빈” OP앰프가 0.1달러도 안 되는 낮은 가격에 판매된 반면, 고기능의 OP앰프는 적은 용량·저전압·고속·고정밀의 특성을 갖췄으며 몇 달러를 호가하는 가격에 판매된다. 저가·고가의 OP앰프 수요가 모두 강하게 이어지면서 증폭기 제조업체들은 얼굴에 희색이 만연하다. 증폭기 시장은 하나의 애플리케이션에 의해 좌우되지 않으며, 소비자들의 요구 또한 다양하다. 저가에 대용량을 요구하는 고객이 있는 반면, 소량의 소비자 제품을 요구하는 고객도 있다. OP앰프 시장은 아직도 각 아날로그 제공업체들이 개척할 여지가 충분히 있다. 그림 7에 증폭기 시장을 나타냈다.
2. 인터페이스 회로 인터페이스 IC는 라인 드라이버(Line Driver), 리시버, 키보드 인코더, 오류 점검 회로, 디스플레이 드라이버가 포함된 드라이버 회로를 말한다. 그림 8에 인터페이스 IC시장을 나타냈다.
3. 전압조정기와 References 전압조정기와 Reference Device는 여러 출력 전류와 입력 전압에 상관없이 로드(load)에 일정한 출력 전압을 제공하는 제어 회로이다. 이 부문에는 절체 조절기(Switching Regulator)가 포함된다. 전압 조정기와 Reference 시장을 그림 9에 나타냈다.
4. 데이터 컨버터 컨버터 IC는 칩의 50% 이상이 아날로그인 복합신호 회로(아날로그/디지털)처럼 엄청난 수의 아날로그 대 디지털(A/D), 디지털 대 아날로그(D/A) 소자를 포함한다. 이 카테고리의 다른 소자들로는 아날로그 스위치와 다중 통신용 장치 등이 있다. 코덱과 참조 회선은 제외된다. 아날로그에서 디지털로 신호를 바꾸는 것과 그 반대로 디지털에서 아날로그로 바꾸는 것은, 항상 마이크로전자에서 중요한 일이며 데이터 컨버터 시장이 2009년까지 매년 7%의 탄탄한 성장세(그림 10)를 유지하는데 일조한다. IC인사이츠는 2004년 데이터 컨버터 시장이 20억달러를 기록한 것으로 집계했다. 판매액으로 보면 A/D 컨버터가 약 60%, D/A 컨버터가 30%를 차지했으며 다중 통신용 장치, 스위치, 기타 소자들이 그 나머지를 채우고 있다. 데이터 컨버터의 성능은 보통 해상도와 속도, 두 가지 중 하나로 판별된다. A/D 컨버터에서 속도는 1초에 몇 번이나 아날로그 신호를 디지털 형태로 바꿀 수 있는지에 따라 결정된다. 보통 초당 샘플수(S/s)로 표현된다. 고가의 A/D 컨버터는 초당 샘플수가 10억번(1GS/s)에 달한다. 보통 아날로그 입력 신호의 진폭이 나뉘는 수준에 따라, 해상도 차이가 생겨난다. 소비자의 요구에 따라 제조업체들은 해상도를 계속 높여왔다. 워크스테이션 판매업체들은 멀티미디어 수요를 충족시키기 위해 해상도를 향상시키기 원하고 있다. A/D·D/A업체들의 숙제는 칩 비용을 증가시키지 않고 소자 해상도를 끌어올리는 것이다. 표 2에 2005년 데이터 컨버터 시장의 강한 성장세를 촉진할 것으로 기대되는 몇 가지 요인들을 나타내었다. 기재된 요인들 모두 더 높은 수준의 전체 시스템 성능, 프로세싱 속도, 해상도 등을 요구한다. 통신·컨슈머 애플리케이션이 데이터 컨버터의 가장 큰 최종사용자이며, 컨슈머 제품에서는 MP3·CD·CD-ROM·DVD가 데이터 컨버터를 선도한다.
5. 콤퍼레이터 콤퍼레이터는 균등하게 두 개의 입력 신호를 비교하는 IC이다. 그림 11에 콤퍼레이터 시장을 나타냈다.
Ⅳ. 주문용 아날로그 제품
주문용 아날로그 제품은 WSTS(세계반도체무역통계기구)에서 1999년부터 리스트에 올려 정리하기 시작했다. 이 아날로그 제품은 자동차, 전자통신, 컴퓨터, 컨슈머 애플리케이션 같은 특정 제품용으로 나오고 있다. 2004년 주문용 제품 부문에서 컴퓨터, 전자통신 부문이 두자릿수 시장 성장률을 기록한 반면 컨슈머와 산업용 부문에서는 한자릿수 성장, 자동차 제품 부문에서는 1% 하락을 기록했다. 전체 주문용 아날로그 제품 시장은 2004년 23% 늘어났다. 제품 출하는 20% 증가했고, ASP는 2% 상승했다. 2009년까지 이 부문은 연평균 8%대의 성장을 기록할 것으로 예상된다(그림 12 참조). 그림 13은 2004년 주문용 아날로그 제품 시장의 각 크기대로 나눠본 표이다. 휴대전화와 기지국/전자통신 인프라 제품의 강한 수요로 인해, 이 부문은 주문용 아날로그 시장에서 195억달러를 기록하며 가장 큰 시장을 형성했다.
1. 컨슈머 컨슈머 아날로그 회로는 주로 오디오나 비디오 전자제품의 컨슈머 장비에 쓰일 요량으로 설계된 주문용 아날로그 회로이다. 그 외 애플리케이션으로는 생활가전기기(Home Appliances), 휴대용 전자기기, 스틸 카메라, TV, VCR/캠코더, 게임기 등이 있다. 무선 전파(IF·RF·PLL 등), 오디오 OP앰프, 잡음제거회로에 쓰이는 아날로그 IC제품들은 컨슈머 아날로그 부문에 속한다. 컨슈머 아날로그 시장을 그림 14에 나타냈다.
2. 컴퓨터 컴퓨터 아날로그 부문의 소자로는 플로피 디스크 드라이브·하드 디스크 드라이브·테이프·레이저 디스크(CD-ROM) 같은 회전식 컴퓨터 자기, 광학, 테이프 저장장치 등이 있다. 컴퓨터 아날로그 제품 시장을 그림 15에 나타냈다.
3. 전자통신 전자통신에는 음성대역(Voice-Band) 자료를 사용하는 음성·데이터 통화 애플리케이션용의 아날로그 또는 아날로그 중심의 IC제품 등이 포함된다. 예를 들자면 SLIC(Subscriber Line Interface Circuits: 가입자 회선 인터페이스), CODEC(16비트 미만), 텔레콤 필터, 팩스, 모뎀 IC 등이다. 이미 앞에서 언급한 것처럼 휴대전화의 강한 수요에 힘입어 전자통신 시장은 2004년 50% 이상의 성장률을 기록하며 강한 성장세를 탔다. 그림 16에 전자통신 아날로그 시장을 나타냈다.
4. 자동차 자동차 애플리케이션용으로 설계된 주문형 아날로그 회로는 엔진, 파워트레인 제어기, 엔터테인먼트 회로(라디오 등), 안전 보호장치(에어백, 앤티록식 브레이크), 능동현가장치(Active Suspension) 등이다. 그림 17에 자동차용 아날로그 IC시장을 나타냈다.
5. 산업용/ 기타 아날로그 검사, 측정, 제어 기능에 사용되는 아날로그 소자는 non-telecom 필터, 트랜지스터/다이오드 어레이, 아날로그 어레이, 디스플레이 드라이버, 고해상도의 코덱(16비트 이상), 전원 관리 기능 등에 쓰인다. 그림 18에 이 그룹의 아날로그 제품 시장을 나타냈다.
Ⅴ. 아날로그 기기
2004년 전체 아날로그 기기 출하를 부분별로 나눠 표 3에 나타냈다. 아날로그 기기의 출하는 2004년 전체 IC제품 출하의 절반을 차지했다. 2002년에는 22% 성장, 2003년에는 15% 성장, 2004년에는 12% 성장을 기록한 결과이다. 휴대전화와 자동차 애플리케이션은 이 기간 폭발적인 성장을 할 수 있도록 이끈 쌍두마차이다. IC인사이츠는 아날로그 기기 출하가 3년 연속 두자릿수 성장한 데 이어 2005년에는 시장이 조정국면에 들어가 2% 정도 하락할 것으로 예상하고 있다. 2009년까지 아날로그 기기 출하는 연평균 6% 성장할 것이다. 근래 들어 아날로그 출하가 활발하도록 시장을 유지시켜주는 기타 제품에는 고속의 데이터와 음성 애플리케이션(DSL, 케이블 모뎀, 위성 모뎀 등)을 지원하는 인프라가 있다. 게다가 근거리 무선통신과 홈네트워킹을 지원하는 블루투스 기술은 앞으로 발전이 더욱 기대된다. 모든 블루투스 칩은 거의 아날로그로 만들어질 것이다. 배터리 관리와 휴먼 인터페이스는 아날로그 IC제품에 대한 수요를 더해줄 것이다. 여느 휴대용/소형/무선기기들과 마찬가지로 휴대전화 시장에서도 배터리 수명이 관건이다. 전원 관리 기능에 초점을 맞춰 아날로그 기기를 설계하고 만드는 것이 중요하다.
Ⅵ. 애플리케이션
통신 카테고리는 어느 다른 애플리케이션보다도 아날로그 IC시장을 이끄는 제품 부문이다. 그림 19에 통신 애플리케이션 시장을 나타냈다. 2002년도는 통신 부문이 아날로그 판매의 29%를 차지했으며, 2003년도에는 32%, 2004년도에는 43%를 차지했다. 2009년까지 통신 부분의 최종 제품은 아날로그에서 가장 큰 시장을 계속 유지할 것으로 전망된다. 휴대전화는 계속해서 아날로그 IC의 주요 상품으로 자리매김하고 있다. 휴대전화는 사용자의 음성을 디지털 형태로 바꾸고, 상대방이 그 음성을 듣도록 다시 아날로그로 처리하는 것을 돕기 위한 아날로그 칩이 필요하다. 아날로그 칩은 음성신호를 조절해 배터리 수명을 더 길게 하면서 휴대전화의 전력을 유지한다. 컴퓨터 부문에서 오늘날의 최첨단 마이크로프로세서는 초기 세대의 MPU와 비교해 열과 전력을 관리하는 고기능의 아날로그 칩을 필요로 한다. 한편 PC와 노트북컴퓨터에 DVD와 CD 수준의 오디오 기능을 추가하는 것은 이러한 시스템에서 아날로그 칩에 더 높은 집중도를 요하게 되었다. 자동차 부문에서는 아날로그 IC제품들이 (에어백을 사용한) 가속도계와 배기가스 저감 장치의 산소 센서, 잡음 제어, 내비게이션, ABS에 쓰인다. 아날로그 IC제품은 앞으로 곧 차량의 급회전(spinning)을 막기 위한 좌우 흔들림 감지센서(Yaw Sensor)로 널리 쓰일 것이다.
Ⅶ. 아날로그 시장 동향
앞으로 아날로그 시장이 어떻게 나아갈 지 알 수 있는 중요한 세 가지 동향을 알아보겠다. 첫째, 저전압 아날로그 IC로 움직이는 추세. 휴대용 애플리케이션의 확산으로 3.3V 이하의 저전압 아날로그 소자가 시장을 주도하고 있다. 저전압 소자들은 특히 데이터 컨버터 부문에서 그 이동이 명확하다. 휴대용 애플리케이션은 전력 소비를 줄이고 배터리 수명을 늘리기 위해 최저전압의 IC제품을 필요로 한다. 둘째, 바이폴라 공정 기술에서 CMOS 제조로 이동하는 추세. CMOS는 저전압 애플리케이션에서 더 뛰어나며, 가격 이점뿐만 아니라, 전 세계 팹 생산규모 또한 훨씬 크다. 따라서 공정 기술에 따라 그 선택을 훨씬 쉽게 만든다는 장점이 있다. 그러나 한편으로 CMOS를 이용한 아날로그 소자를 만듦에 따라 제조업체들은 성능을 어느 정도 포기하고, 잡음 수준이 더 올라가는 것을 막지 못할 수 있다. 대부분 CMOS에서는 저가의 제품이 생산되기 때문에 어느 정도 희생을 감수할 수밖에 없다. 하지만 대부분의 판매업체들은 CMOS 기반 아날로그 제품들이 결국에는 바이폴라와 같은 수준, 혹은 더 우수한 성능을 가지게 될 것으로 믿고 있다. 아날로그 IC산업에서 일어나고 있는 세 번째 추세는 집적(integration)에 관한 문제가 여전히 업체들 간 논쟁 속에 있지만, 계속 그 수준이 올라간다는 것이다. 여러 해 동안 제조업체들은 엄청난 수의 애플리케이션을 지원하도록 더 많은 아날로그와 디지털 기능들을 추가함으로써 그들의 아날로그 제품 기능을 향상시켜왔다. 이런 성장 추세가 늦춰지고 있는데, 특히 복합신호 아날로그 소자들에서 그러한 경향이 두드러진다. 주원인은 집적이 커짐에 따라 가격이 세졌기 때문이다. 아날로그/디지털 집적의 추가적인 어려움을 감안해도, 단일칩 솔루션이 더 경제적인 해결책이라는 것은 확실치 않다. 예를 들자면 휴대전화 시장에서 대부분의 사용자들은 어떤 IC 디자인과 제조 기술을 채택하는지 특별한 관심을 가지지 않는다. 그들이 신경 쓰는 것은 가격과 전력, 크기이다. 칩 하나에 디자인이 만족된다면 사용자들은 좋아할 것이다. 칩이 두 개라도 괜찮을 것이다. 디지털 CMOS 공정에 추가된 새로운 재료와 소자 구조들로 인해, 디지털 CMOS에서 아날로그 기능을 집적하는데 문제가 생길 수 있다. 수동소자의 새로운 선택에 따르는 변화와 SOI(Silicon-On-Insulator), 이중게이트 소자의 문제 등이다. 또한 아날로그 공급 전압을 1.0V 아래로 떨어뜨리는 추세는 1.8V 설계와 비교할 때, 회로 설계에 있어 새로운 문제점들을 야기할 것으로 보인다.