[세상을 바꾼 IT: 태동] 마이크로프로세서, CPU를 한 소자에 담다

• 미래를 예견한 무어의 법칙

일렉트로닉스 잡지에 실린 무어의 법칙

페어차일드 세미컨덕터Fairchild Semiconductor의 창립자인 고든 무어는 1965년 4월 19일 일렉트로닉스 잡지에 "Cramming more components onto integrated circuits"라는 제목으로 논문을 실었습니다. 그리고 그 논문에서 "1) 반도체 집적회로IC의 성능이 18개월에서 24개월마다 2배로 증가한다, 2) 컴퓨팅 성능은 18개월마다 2배씩 향상된다, 3) 컴퓨터 가격은 18개월마다 2배씩 감소한다" 세 법칙을 발표하며 무어의 법칙이라고 이름을 붙였습니다. 무어의 법칙은 1959년부터 1965년까지의 추세를 보고 그 추세를 미래에 그대로 적용한 법칙이었지만 그 법칙은 1965년에도 이어지며 현실이 되었습니다.
 
 
 

• 임의 접근 기억 장치Random-access Memory의 청사진이 등장하다

자기 코어 메모리

페어차일드 세미컨덕터Fairchild Semiconductor에는 수많은 반도체 인재들이 있었고 그들은 집적 회로IC를 개발하는데 멈추지 않고 바로 다음 세대 기술 개발에 들어섰습니다. 그들이 주목한 소자는 임의 접근 기억 장치RAM(Random-access Memory)로 컴퓨터의 주기억장치입니다. 중국계 미국인 왕안과 와이동우는 작은 자기 세라믹 링과 코어를 이용해 자기장을 형성해 그 자기장으로 배열된 자기 세라믹 링으로 bit 단위로 정보를 저장하는 자기 코어 메모리Magnetic-core Memory를 개발했으며 IBM과 수많은 기업들은 자기 코어 메모리Magnetic-core Memory를 주기억장치로 이용했습니다.

램 구조도

하지만 자기 코어 메모리Magnetic-core Memory는 많이 보완되었지만 여전히 불안정했습니다. 이에 페어차일드 세미컨덕터Fairchild Semiconductor의 인재들은 자기 세라믹 링 대신 반도체로 정보를 저장하고 기억하는 방법을 연구했습니다. 그들은 6개의 트랜지스터로 신호를 보내는 회로를 설계했습니다. 그리고 그 회로는 1개의 Wordline과 2개의 Bitline 단위로 구성되어 두가지 line의 신호변화로 정보를 저장하는 원리를 설계했습니다. 이 청사진은 페어차일드 세미컨덕터Fairchild Semiconductor의 독자 기술이 되었습니다.
 
 
 

• Intel에서 탄생한 RAM

1968년 인텔 설립

무어의 법칙을 발표한 고든 무어와 집적 회로IC를 개발한 로버트 노이스는 1968년 캘리포니아주 산타 클라라에서 Integrated Electronics을 줄여 Intel이라는 기업을 창립했습니다. Intel은 미국과 전세계 컴퓨터 산업을 선도한 무수히 많은 기업들이 모인 실리콘벨리에서 혜성처럼 등장한 반도체 기업이었습니다. 그리고 페어차일드 세미컨덕터Fairchild Semiconductor에서 처음 등장한 임의 접근 기억장치RAM도 Intel에서 성장했습니다. Intel은 임의 접근 기억장치RAM를 구현할 소자를 연구했습니다.

SRAM 구조

Intel의 연구원들은 임의 접근 기억장치RAM을 하나의 셀cell 단위로 지정해 여러 셀cell을 배치한 뒤 그 사이로 Wordline과 Bitline을 배치했습니다. 연구원은 그 구조를 정적 임의 접근 기억 장치SRAM(Static Random-access Memory)라고 불렀습니다. 정적 임의 접근 기억 장치SRAM은 하나의 셀cell이 한 bit를 저장하는 구조로 회로 대칭구조 덕에 빠른 입출력이 가능합니다. 대신에 일렬 배치 때문에 직접도가 낮고 소비전력이 높다는 단점이 있었습니다. Intel 연구원은 1969년 Intel3101이라는 제품으로 SRAM을 처음 구현했습니다.

DRAM 구조

그리고 SRAM의 단점을 해결하기 위해 정보를 읽는 과정을 순차적으로 하는 것이 아닌 무작위로 읽는 구조를 만들었습니다. 그것이 동적 임의 접근 기억 장치DRAM(Dynamic Random-access Memory)로 Intel은 1970년 intel 1102 제품을 개발해 DRAM 구조를 만들었습니다. DRAM은 SRAM의 소비전력 문제를 해결했지만 처리속도가 늦고 일정 주기로 다시 재생refresh해야 한다는 단점이 있었습니다.
 
 
 

• 한 소자 안에서 모든 걸 연산하는 마이크로프로세서Microprocessor

마이크로프로세서 구조 (intel 4004 구조)

어찌되었든 Intel은 SRAM과 DRAM을 독자적으로 연구해 시장에 출시했습니다. 그 경험을 밑바탕으로 하나의 소자에 컴퓨터 연산의 모든 것을 처리하는 소자를 개발했습니다. 즉 컴퓨터 중앙 처리 장치CPU를 한 소자로 만든다는 아이디어를 실현하려는 시도였습니다. 이전 중앙 처리 장치CPU는 복잡한 기계어 코드와 그 논리를 수행할 소자로 구성되었는데 그것을 아주 작게 만들어 마이크로코드Microcode를 작성하고 그 논리에 맞춰 회로를 구성하는 하나의 소자였습니다.

intel 4004

Intel 연구원은 RAM, ROM과 연결되어 정보를 불러오고 그 정보를 모두 연산처리하는 논리 회로를 설계한 뒤 그 회로를 최대한 작게 만들어 한 소자 안에 담았습니다. 그렇게 탄생한 소자가 초소형 연산 처리 장치, 원어로 마이크로프로세서Microprocessor입니다. Intel은 1971년 intel 4004라는 마이크로프로세서Microprocessor를 처음 시장에 출시했습니다. 이는 많은 공간을 차지한 CPU를 한 소자로 함축해 회로 기판 크기를 매우 줄였습니다. 덕분에 인쇄 회로 기판이 감당하지 못하는 복잡한 계산을 처리하는 회로 기판 또한 획기적으로 크기가 감소했습니다.

Unicom 141P 계산기

그래서 매우 복잡한 연산을 처리하는 컴퓨터 본체가 매우 작아질 수 있었습니다. 이전 컴퓨터는 큰 회로 기판 때문에 컴퓨터 본체가 큰 편이었고 때문에 단말기와 본체를 분리해야 했습니다. 하지만 마이크로프로세서 덕분에 회로 기판이 작아져 단말기 뒷편에 본체를 넣어 작은 컴퓨터를 만들 수 있었습니다. 고든 무어는 Intel을 설립하고 마이크로프로세서를 세상에 출시해 무어의 법칙을 스스로 지켰습니다. 그리고 그 이후로도 마이크로프로세서의 구조를 더 강화해 마이크로프로세서 크기는 줄이고 성능은 더 향상시키며 무어의 법칙에 따라 컴퓨터 논리회로는 빠르게 성장했습니다.
 
 
 

• Intel의 경쟁자 AMD

AMD

페어차일드 세미컨덕터Fairchild Semiconductor의 일부 직원이 회사를 나가 1968년 Intel을 설립한 이후 1969년 제리 샌더스와 7명의 직원도 나가 한 기업을 설립했습니다. 그 기업은 어드밴스트 마이크로 디바이시스AMD(Advanced Micro Devices)입니다. AMD는 페어차일드 세미컨덕터Fairchild Semiconductor과 내셔널 세미컨덕터National Semiconductor 기업이 설계한 마이크로칩의 2차 공급원으로 시작해 1970년 AM9300과 AM2501을 출시한 것을 시작으로 반도체 소자와 전자제품을 시장에 출시했습니다.

AM9080

AMD는 1971년 임의 접근 기억 장치RAM 시장에 뛰어들었고 1975년 Intel의 intel i8080을 역설계해 AM9080을 개발하며 마이크로프로세서 기술을 보유했고 이후로 AMD만의 독자 마이크로프로세서를 개발했습니다. AMD는 Intel 다음으로 마이크로프로세서의 강자로 성장했으며 Intel과 함께 전세계 반도체 시장을 석권하는 기업이 되었습니다.