오늘 끝나면
집적회로와 무어의 법칙
- ✓'수의 폭정'이 왜 집적회로를 부르게 됐는지 설명할 수 있다
- ✓집적회로가 소자와 배선을 한 칩에 통째로 만든 것임을 설명할 수 있다
- ✓무어의 법칙을 '칩당 트랜지스터 수가 약 2년마다 2배'로 말하고, 미세화가 컴퓨터를 방에서 손바닥으로 줄인 이유를 댈 수 있다
실습 미션
오른쪽 연도 슬라이더를 1971에서 오늘까지 끌어, 트랜지스터 수가 지수로 뛰고 소자가 작아지는 것을 직접 본다.
성공 조건
- □1971년에서 2023년으로 옮겨 트랜지스터 수가 2,300개에서 수백억 개로 뛰는 것을 확인한다
- □세로축이 로그라 지수 증가가 직선처럼 보인다는 것을 관찰한다
- □연도를 올릴수록 같은 칩 안 소자가 더 작고 빽빽해지는 미세화를 확인한다
한 칩에 모으기 · 2년마다 2배 · 방에서 손바닥
집적회로와 무어의 법칙
트랜지스터 여러 개를 배선까지 한 칩에 통째로 찍어내자, 컴퓨터가 방에서 손바닥으로 줄어들었다.
수의 폭정, 부품이 많아질수록 손으로 못 잇는다
트랜지스터가 진공관을 밀어냈지만, 1950년대에는 트랜지스터와 저항과 콘덴서를 따로 만들어 전선으로 일일이 납땜해 이었다.
부품이 늘면 잇는 연결점이 폭발적으로 늘고, 한 군데만 끊겨도 회로 전체가 죽는다. 업계는 이것을 '수의 폭정(tyranny of numbers)'이라 불렀다.
복잡한 회로는 사람이 손으로 다 잇지 못한다. 느리고, 비싸고, 고장투성이였다.
해법은 하나였다. 부품을 따로 만들어 잇지 말고, 처음부터 한 덩어리로 만드는 것이다.
따로 만들어 납땜
손 납땜 연결점
16곳
전체 정상 확률
61%
한 칩에 통째로 (IC)
손 납땜 연결점
0곳
전체 정상 확률
~100%
부품을 늘릴수록 손 납땜 연결점은 2배씩 늘고, 한 곳만 끊겨도 회로가 죽으니 정상 확률이 곤두박질침. 통째로 인쇄하는 IC는 이 폭정에서 벗어남.
집적회로, 소자와 배선을 한 칩에 통째로
1958년 TI의 잭 킬비가 소자와 배선을 한 덩어리에 같이 만들었다. 1959년 페어차일드의 로버트 노이스가 실리콘 위에 평면으로 찍는 방식을 더했다.
집적회로(IC)는 트랜지스터와 저항과 배선까지 한 칩에 통째로 만든 것이다. 부품을 모은 것이 아니라 회로를 통째로 인쇄한 것이다.
납땜이 사라지니 연결점이 거의 없어졌다. 그래서 작고, 싸고, 잘 고장 나지 않는다.
핵심은 노이스의 '평면 공정'이다. 같은 실리콘 판 위에 소자도 배선도 한 번에 그려넣는다.
1958 · 잭 킬비 (TI)
소자와 배선을 한 덩어리에 같이 만들 수 있음을 처음 보임
1959 · 로버트 노이스 (페어차일드)
실리콘 위에 평면으로 한 번에 찍는 공정을 더함
부품을 모아 이은 게 아니라 회로를 통째로 인쇄함. 손 납땜이 사라져 작고·싸고·안 고장 나게 됨.
무어의 법칙, 2년마다 2배
1965년, 페어차일드(뒤에 인텔 공동창업)의 고든 무어가 추세를 적어 두었다.
칩당 소자 수가 일정 주기로 약 2배씩 는다는 관찰이다. 처음에는 1년, 뒤에 약 2년으로 정리됐다.
2배가 거듭되면 무섭게 커진다. 10번 두 배면 1,000배, 20번이면 100만 배다. 이것이 지수 증가의 힘이다.
무어의 법칙은 자연법칙이 아니라 업계가 따라간 목표 곡선이다. 모두가 이 속도를 맞추려 달렸다.
트랜지스터 (시작 5개)
5
시작 대비
×1
1965년 고든 무어의 관찰, 칩당 소자 수가 약 2년마다 2배. 버튼을 눌러 한 세대씩 두 배 내보셈.
방에서 손바닥으로, 미세화가 컴퓨터를 줄였다
에니악은 진공관 1만 8천 개로 방 하나를 꽉 채웠다. 같은 일을 오늘의 IC는 손톱만 한 칩에 담는다.
소자를 더 작게 만드는 미세화가 이것을 가능하게 한다. 작아지면 신호가 갈 거리가 짧아져 더 빨라지고 전기도 덜 먹는다.
1971년 4004는 약 2,300개, 요즘 칩은 수백억 개다. 50년간 거의 2배씩 쌓인 결과다.
그래서 컴퓨터가 방에서 책상으로, 책상에서 손바닥으로, 손바닥에서 주머니로 줄어들었다. TSMC 같은 파운드리가 이 미세화를 전담한다.
연도
1945
대표 기계 · 소자
ENIAC · 진공관 1.8만
관 하나가 주먹만 함
방, 방 하나를 꽉 채움 · 30톤. 소자가 작아질수록 신호 갈 거리가 짧아져 더 빨라지고 전기도 덜 먹음. 미세화가 컴퓨터를 통째로 줄였음.
직접 무어의 법칙 따라가 보기
오른쪽 연도 슬라이더를 1971에서 오늘까지 끌어 본다.
트랜지스터 수가 2년마다 2배로 오른다. 세로축이 로그라 지수 증가가 직선처럼 보인다. 점 하나가 한 세대 칩이다.
연도를 올릴수록 같은 칩 면적 안에 소자가 더 작고 빽빽해진다. 이것이 미세화다.
4004의 2,300개에서 오늘의 수백억 개까지, 50년의 곡선을 손으로 직접 그어 본다.
이 무렵 대표 칩, Intel 4004, 약 2,300개.
세로축이 로그라 직선처럼 보임. 진짜로는 매 칸이 10배씩 뛰는 지수 곡선임. 점 하나 = 한 세대 칩.
칩 크기는 손바닥만 해도 그 안에 트랜지스터를 더 빽빽이 넣음. 한 개는 점점 작아짐. 이게 미세화임.