이번 챕터에서 필자가 말하고자 하는 것은 이것이다.
컴퓨터 부품은 겉보기에는 10~20년 전에 사용 하던 것과 달라진 것이 크게 없지만 컴퓨터 기판을 보면 그 속의 부품들이 얼마나 크기, 용량, 비용 면에서 극적으로 개선되었다는 것을 알 수 있다는 것이다.
이건 책에서 나온 예시 사진으로 20년 전의 sd카드와 현재 sd카드를 비교한 것이다.
보면 생긴건 변한게 없지만 용량의 단위가 바뀐 것을 볼 수 있다.
반면 1990년대의 컴퓨터 기판의 생김새는 현대와 많이 다르다.
트렌지스터
트렌지스터란?
입력과 출력을 가지고, 스위칭, 신호를 증폭이나 변환시켜 전기 에너지를 변환시키는 능동소자이다.
역사
- 1948년 미국 벨연구소에서는 ‘존 바딘, 월터 브래튼, 윌리엄 쇼클리’에 의해 트랜지스터가 발명
- 진공관의 큰 부피와 엄청난 전력 소모, 짧은 수명 등의 단점을 극복하고자 만들어짐
트랜지스터의 역할
트랜지스터의 스위치 기능으로 논리게이트를 만들 수 있다.
논리게이트
논리게이트란?
논리게이트는 디지털 회로를 만드는데 가장 기본적인 요소이다.
논리게이트는 한 개나 두 개의 입력 값을 바탕으로 단일 출력 값을 계산해 낸다. 또한 전압이나 전류같은 입력 신호를 이용하여 전압이나 전류인 출력신호를 제어한다. 이러한 게이트가 필요한 만큼 적절한 방식으로 연결되면 어떤 종류의 계산도 수행할 수 있다.
논리게이트의 종류
- AND gate
- OR gate
- XOR gate
- NOT gate
- NAND gate
- NOR gate
트랜지스터로 논리게이트를 만드는 방법
컬렉터로 인가된 전압이 베이스에 어디로 흐를지 결정된다.
베이스에 임계치 이상의 전압이 가해지면 연결되면서 컬렉터에서 흐르던 전류가 이미터로 흐른다.
이 방식을 통해서 트랜지스터로 논리게이트를 만들게 된다.
집적회로
집적회로란?
컴퓨터를 현대의 컴퓨터로 만든 일등 공신은 집적회로라고 할 수 있다.
집적회로란, 하나의 반도체 기판에 다수의 능동소자 (트랜지스터, 진공관등)와 수동수자 (저항, 콘덴서, 저항기등)를 집적, 서로 분리 될 수 없는 구조로 만든 완전한 회로기능을 갖춘 기능이 있는 소자입니다.
우리는 흔히 chip 또는 microchip 이야기하기도 한다.
집적회로에는 모든 소자가 실리콘에 새겨져있다. 실리콘이 소자를 연결하던 전선의 역할을 하면서 컴퓨터 내부에서 소자를 잇던 전선이 사라지게 되었다.
- 소자: 부품 등을 막연하게 표현하는 용어. 장치 전체로서의 기능에 대해 부분적으로 관여하는.
- 능동소자: 입력과 출력을 가지고있어 신호를 증폭이나 변환시켜 전기에너지를 변환시키는 소자
- 수동소자: 전기에너지를 스스로 발생시킬 능력이 없으며, 에너지를 소비하거나 축적, 혹은 그대로 통과 시키는 소자
집적회로가 나온 과정
- 1952년 더머의 논문으로 집적회로에 대한 아이디어가 세상에 나옴
- 킬비가 더머의 아이디어를 실현시키며 현재의 모습을 한 집적회로를 개발함
- 처음의 저밀도 집적회로에서 현재는 초고밀도 집적회로까지 발전함
집적회로의 장점과 단점
장점
- 기기의 소형화
- 가격이 저렴해짐
- 기능이 확대됨
- 신뢰성이 높음
- 교환이 쉬움
단점
- 전압이나 전류에 약함
- 열에 약함
- 발진이나 잡음이 나기 쉬움
- 마찰에 의한 정전기의 영향 등을 고려해야 하는 등
집적회로의 분류
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집적도에 따른 분류: 칩 한개에 집적된 기능 소자의 수에 따라 분류
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회로 구성에 따른 분류
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이 외에도 규모, 용도, 단자, 실장방식 등 분류의 방법이 다양함
무어의 법칙
무어의 법칙(Moore’s Law)은 반도체칩 기술의 발전속도에 관한 것으로, 반도체 칩에 집적할 수 있는 트랜지스터의 숫자가 적어도 매 18개월마다 두 배씩 증가한다는 법칙이다.
- 이 법칙은 반도체 산업에서 목표를 설정하기 위한 일동의 가이드라인을 함
- 현재는 발열 문제와 트랜지스터의 밀도 문제로 이 법칙이 깨지고 있다고 함.
하지만 아직도 많은 실리콘벨리의 전문가들은 이 무어의 법칙이 건재하다고 믿고 있음
무어의 법칙 이외도..
황의 법칙(Hwang's Law): 반도체 메모리의 용량은 1년마다 2배씩 증가한다. - 삼성전자 황찬규 메모리사업부 사장
황의 법칙(Huang's Law): AI를 구동하는 반도체 성능은 2년마다 두 배 이상 향상된다. - 엔비디아 CEO 젠슨 황
젠슨 황은 무어의 법칙이 2020년도 에 끝날 것이라고 전망한다고 밝힌 적이 있다.
