part.4 가로세로 1cm 프로세서 칩!

김영웅·2022년 5월 24일
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항해99 CS스터디

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part.4 가로세로 1cm 프로세서 칩!

1.하드웨어 장치의 외견은 10~ 20년 전과 차이가 없지만 용량의 차이는 100배 까지도 늘어났다.

  • 각종 기기에 쓰이는 SD카드가 그 대표적인 예중 하나이다.

2.반면 컴퓨터 부품 등이 올라가 있는 회로 기판의 발전 양상은 명확히 들어 나는데

  • 부품의 수가 줄고

  • 많은 회로가 부품 내부로 들어가고

  • 배선이 미세해지고

  • 연결 핀의수가 많아지고 훨씬 조밀하게 배치되었다

1990년대 pc기판의 앞면과 뒷면(인쇄 회로 기판의 버스들)

3.컴퓨터 전자 회로는 몇가지 기본 소자의 집합체인데 그중 가장 중요한것이 논리 게이트이다.

  • 논리 게이트는 한 두개의 입력 값을 바탕으로 단일 출력 값을 계산하며 전압이나 전류 같은 입력 신호를 이용하여 전압이나 전류인 출력 신호를 제어하고 이러한 게이트가 필요 만큼 적절하게 연결 되면 어떤 종류의 계산도 가능해 진다

4.회로 소자의 핵심은 트랜지스터로 벨 연구소에서 (존 바딘, 월터 브래튼, 윌리엄 쇼클리)3명이 1947년 개발하였다.

  • 트랜지스터는 전압의 제어를 받아 전류를 켜거나 끄는 스위치 역할을 하며 이 원리로 모든 시스템을 구성한다.

  • 트랜지스터는 애니악 시절 전구 크기의 진공관 에서 1960년대 지우개 크기 정도로 크기의 논리 게이트가 만들어진다.

  • 프로세서 실제 부분은 중앙 가로세로 1cm 크기에 비해 진공관의 크기가 10cm정도의 크기를 가졌었다. 이는 현재의 트랜지스터라면 수십 억개가 들어가는 크기이다.

5. 논리 게이트는 집적회로상에서 만들어진다.

  • 칩 또는 마이크로칩 이라 하며 집적회로의 모든 소자와 배선은 얇은 실리콘판 위에 들어가 있다.

  • 이는 개별 부품 및 재래식 전선 없는 회로를 만들기 위해 광학 , 화학적 공정을 거쳐 제조한다.

  • 칩은 지름 30cm인 원형 웨이퍼 상에서 한꺼번에 제조되며 그게 잘려 각칩은 하나씩 패킹된다.

  • 칩은 시스템 나머지 부분과 칩을 연결해주는 수십~수백개의 핀을통해 더 큰 패키지에 장착된다.

집적 회로 칩으로 실제 프로세서는 중아의 가로세로 1cm정도이다

  • 집적회로가 실리콘(규소) 기반으로 제작되는 점에서 집적회로 사업이 처음 시작된 캘리포니아 샌프란 시스코 남부 지역은 실리콘 밸리라는 별명이 붙는다.(이후 영국 케임브리지의 실리콘펜 같은 추종 지역 수십곳을 탄생시킴)

  • 1958년 로버트 노이스와 잭 킬비 가 독자적 발명하고 디지털 전자 장치의 핵심 요소이지만 디스크에 쓰는 자기 저장기술, CD나 DVD의 레이저, 네트워킹용 광섬유 등과 함께 사용된다

part.5 50년 넘게 유지된 무어의 법칙!

1.인텔 공동 창립자 고든 무어는 집적회로에 들어갈 트랜지스터 수가 2년마다 두배가 될거라 말했다.

-이를 무어의 법칙 이라 부르고 그 증가 양상은 60여년간 계쏙 진행 됬으며 1965년에 비해 100만배가 넘는 트랜지스터가 들어갔다.

2.회로 규모를 특징짓는 대표적인 척도는 집적회로의 배선폭, 즉 회로 선폭이 사용된다.(피처크기)

-1980년도 3.5마이크로미터 선폭은 2121년에 7나노미터 이하 까지 줄고 더욱이 5나노 미터 까지 내려갈 것이다.

  • 선폭이 1000배 줄면 주어진 영역에 들어가는 소자의 수는 그제곱, 즉 백만배 늘어나며 이로 인해 트랜지스터 1000개를 집적하던 것을 십억개 까지 집적 할수 있게 된다.

3. 제조 공정의 비용이 많이 든다

-기술, 제무적으로 뒤처지는 회사는 경쟁에서 불이익을 안게 되며 이러한 기술 자원이 없는 국가는 다른 국가에 의존해야 하여 전략적으로 심각한 문제가 된다.

4. 무어의 법칙은 자연 법칙이 아닌 반도체 산업의 목표 설정을 위한 가이드 라인이다.

  • 언젠가는 이 법칙이 적용 되지 않을 것이나 아직 까지도 다양한 기술 연구를 통해 한계를 극복하고 있지만, 이제 일부 회로는 개별원자가 단 몇개만 들어가는 수준에 이르렀기에, 이수준에서 제어하기에는 크기가 너무 작아졌다.

5. 프로세서 속도는 예전만큼 빨리 증가하지 않으며, 더 이상 2년마다 두배가 되지는 않는다.

  • 칩이 너무 빨라져 열을 너무 발생시키기 때문인데 그럼에도 메모리 용량은 여전히 증가중이다.

  • 한편, 프로세서 칩하나에 프로세서 코어 두개 이상 배치하여 더 많은 트랜지스터를 활용하고 이로 인해 개별 코어의 실행 속도가 빨라진다기 보다는 장착 가능 코어 개수의 증가로 성능 향상을 보고 있다.

6. 오늘날의 PC와 1981년 최초의 IBM PC의 차이는 확연하다.

  • 최초 4.77MHz 에서 현재 2.2GHz프로세서 코어의 클록 속도는 거의 500배는 빠르며 코어가 2~4개 장착되어 있을 가능성이 크다.

  • 최초 64KB의 RAM 또한 요즘은 보통 8GB RAM이상으로 그 용량이 12만 5천배는 크다.

  • 최초 750KB 플로피 디스크 저장 장치만 있고 하드 디스크 조차 없었지만 요즘은 노트북에 달린 저장 장치만 봐도 그 용량의 100만배는 넘는다.

  • 최초 검은 바탕의 녹색 글자로 영어 알파벳을 80개씩 24행 표시 가능한 11인치 모니터도 현재에는 1600만가지 그 이상의 색을 지원하는 20~ 그 이상의 싸이즈의 모니터가 다양하게 존재 한다.

  • 최초의 컴퓨터는 현재 가치로 계산하면 10,000달러에 해당하지만 그보다 훨씬 좋은 현대의 어지간한 컴퓨터는 몇백 달러면 넘치게 구입 가능하다!

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