5로그 - 50년 넘게 유지된 무어의 법칙

무어의 법칙

• 자연의 법칙이 아닌 무어가 관측하고 말한 컴퓨터 성능의 증가 양상(어떻게 보면 정확히 법칙은 아닌 것 같다)
• 집적회로에 들어가는 트랜지스터 수가 2년 마다 최소 2배로 성장하는 것을 관찰하여 2년 마다 컴퓨터의 최고 성능이 2배 씩 늘어나는 것을 의미한다.
• 60년 동안 무어의 법칙이 이어져 왔지만 물리적 한계로 인해 점점 어려워 지고 있다.
  • 칩이 너무 빨라져서 발열이 심해진다. > 열을 잡지 못하면 회로가 녹아버린다.
  • 프로세서 코어의 개수를 늘려서 더 많은 트랜지스터를 활용하는 방식을 찾았다. > 정확히는 개별 코어의 실행 속도가 빨라 진게 아니라 코어가 늘어난 것이다.
  • 공정의 단위가 나노미터로 향상되고 원자 단위에 가까워 지면서 한계에 가까워 졌다.

집적회로의 한계와 반도체 시장의 경쟁력

피처 크기 : 집적회로의 배선 폭, 배선간 간격이 줄어 들면 더 많은 배선을 배치할 수 있다.

1. 과거 마이크로 단위에서 현재 수 나노 단위로 제어가 되고 있다. 삼성전자에서 말하는 3나노, 5나노와 같은 공정 기술이 이 피처 크기를 의미한다.
2. 원자 몇 개 단위까지 제어하게 되었기에 무어의 법칙을 따르는 진보는 한계에 부딪혔다. (더 나아갈 수 있지만 기술 개발 속도가 2년에 2배가 되기는 어려울 것으로 전망된다.)
3. 극 미세 공정인 반도체는 기술 집약적 산업으로 세계적으로 소수의 업체끼리 경쟁할 수 밖에 없다.

컴퓨터 시장의 변화

• 80년대 컴퓨터와 현대 컴퓨터를 비교하면 엄청난 발전을 이루었다.
  • 4.77MHz프로세서에서 현재 2.2GHz 프로세서 코어에 2~4개가 장착된다.
  • 64KB RAM에서 8GB, 16GB RAM이 장착된다.
  • 단색 픽셀 화면에서 1600만 가지 색을 지원하는 고화질 모니터
  • 물가가 올랐어도 컴퓨터 하나의 가치는 과거 대비 훨씬 저렴해 지고 많이 보급되었다.

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고든 무어

• 인텔 공동 창립자
• 1965 <직접회로에 더 많은 부품 집어넣기> 글 게재 적은 데이터 포인트를 기반으로 추정하면서, 기술이 향상됨에 따라 일정한 크기의 집적회로에 들어갈 수 있는 트랜지스터의 수가 매년 대략 2배 된다고 관측 수정 어떤 이들은 18개월마다 두배로 잡았다.
• 트랜지스터의 수는 컴퓨팅 성능을 간접적으로 나타내는 지표이며 적어도 2년마다 컴퓨팅 성능이 두 배로 증가한다는 것을 의미
• 20년이 지나면 두배로 증가하는 일이 10번 일어나므로, 부품의 수는 2배로 증가하게 되어 약 1,000배가 된다. 40년 후에는 100만배 이상

집적회로의 배선폭

• 회로선폭에 사용됨

나노미터

• 밀리(milli)sms 1,000분의 1, 10^-3
• 마이크로(micro) 100만 분의 1, 10^-6
• 나노(nano) 10억분의 1, 10^-9 나노미터(nanometer) nm 축약 표기
• 1980년 집적회로 3.5마이크로미터 선폭 사용 2021년 집적회로에서 최소 선폭은 7나노미터 7*10^-9(10억 분의 1)미터

집적회로의 선폭이 1,000배 줄어들면 주어진 영역에 들어가는 소자의 수는 그 제곱만큼, 즉 백만 배 늘어난다.

이 비율이 적용되면서 기존 기술로 트랜지스터 1,000개를 집적하던 것을 새로운 기술로 십억 개까지 집적할 수 있게 됨

집적회로의 설계와 제조는 극도로 정교한 기술, 필요한 사업, 경쟁 치열, 제조 공정(팹 라인) 비용 많이듬

무어의 법칙

• 자연의 법칙이 아니라 반도체 산업에서 목표를 설정하기 위한 일종의 가이드라인
• 기하급수적인 증가 양상은 거의 60년 동안 계속 진행됨
• 직접회로에 1965년에 비해 100만 배가 훨씬 넘는 트랜지스터가 들어있다.
• 프로세서 칩에 무어의 법칙이 작용함을 보여 주는 그래프를 보면, 트랜지스터 수가 1970년대 초 인텔 8008 프로세서에서 수천 개였던 것이 지금은 저가형 노트북 프로세서에서도 수십억 개로 늘어남

프로세서 속도는 예전만큼 빨리 증가하지 않고 더 이상 2년마다 두 배가 되지 않음

개별 코어의 실행 속도가 빨라지기보다는 장착 가능한 코어의 개수가 늘면서 성능이 향상됨