[비센의 재미있는 과학 이야기] 무어의 법칙
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작성자 석준영 쪽지보내기 메일보내기 홈페이지 자기소개 아이디로 검색 전체게시물 작성일14-11-07 18:26 조회1,804회 댓글0건관련링크
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석준영 (비센학원장)지금은 깨진 무어의 법칙, 그러나 인류 삶을 바꾼 컴퓨터 발전에 큰 기여
지금의 기성세대는 인류의 역사상 처음이자, (아마도) 마지막으로 아날로그적인 삶과 디지털적인 삶을 함께 경험할 수 있었고, 또한 두가지에 모두 능통한 유일한 세대라고 합니다. 그 만큼 근래의 과학기술들은 엄청나게 빠른 속도로 발전을 해나가고 있다는 것이지요. 십여년 전만해도 상상할 수 없었던 크기의 타블렛이 대중화되고, 손바닥만한 스마트폰 하나로 예전의 커다란 컴퓨터보다 더 복잡한 작업들을 처리할 수도 있게 되었습니다. 이러한 일들이 가능하게 된 여러가지 이유 중에 하나는 컴퓨터의 뇌에 해당하는 중앙제어장치(CPU, Central Processing Unit)의 기본을 구성하는 집적회로(Integrated Circuit)가 지속적으로 크기는 작아지면서 그 성능은 우수해질 수 있었기 때문입니다. 이러한 집적회로의 발전을 일찌기 예견한 법칙을 무어의 법칙(Moore’s law)이라 하는데, 컴퓨터 산업 발전에 있어서 가장 중요한 법칙으로 일컬어지고 있습니다.
집적회로는 1959년에 지금은 학생들에게 계산기를 만드는 회사로 더 유명한 텍사스 인스트루먼드(Texas Instruments)사의 잭 킬비(Jack Killby)와 셔먼 페어차일드(Sherman Fairchild)사의 로버트 노이스(Robert Noyce, 고든 노먼과 함께 인텔사의 공동 창업주)에 의해서 거의 동시에 특허출원이 되었던 발명품입니다. 당시에는 집적회로의 중요성을 많은 사람들이 알아채지 못하고 있던 시절이지만, 이를 어느 정도 눈치 챘던 전기전자 전문 잡지사인 일렉트로닉스(Electronics)는 1965년에 페어차일드의 공동 연구자였던 고든 무어(Gordon E. Moore)에게 집적회로의 중요성과 앞으로의 발전 방향에 대한 원고를 부탁하게 됩니다. 원고 청탁을 받은 무어는 처음 발명된 1959년부터 1965년까지 개발된 집적회로들을 정리해본 결과 집적회로의 집적도(얼마나 좁은 공간에 회로소자들을 위치시킬 수 있는가)가 2년에 2배씩 증가되고 있음을 발견합니다. 또한 그는 앞으로도 이러한 추세가 지속될 것이라고 믿을 수 있는 근거가 있다면서 앞으로도 적어도 10년간은 이러한 추세로 집적도의 증가가 계속될 것이라고 예측을 했는데, 이것을 바로 무어의 법칙이라고 합니다.
이후 1968년 고든 무어는 앞서 언급한 로버트 노이스와 앤드류 그로브(Andrew Grove)와 함께 세계에서 가장 유명한 CPU제조회사인 인텔을 창립하였고, 집적회로의 성능을 지속적으로 향상시킴으로써 무어의 법칙이 옳았음을 스스로 증명해 왔습니다.약 40여년이 지나도록 무어의 법칙은 놀랍게도 정확하게 맞아 들어왔으며 1965년에 64개의 트랜지스터를 집적해서 만들어지던 칩은 1975년에는 약 65,000개의 트렌지스터를 하나의 칩속에 집적할 수 있게 되었으며 80년대 초반에 이미 36 제곱밀리미터(새끼손가락 손톱의 반정도되는 크기)정도의 칩안에 수십만 개의 트랜지스터를 집적할 수 있게 되었습니다.
중앙제어장치의 집적도가 증가한다는 것이 도대체 무슨 변화를 가져오는 것인지 실질적으로 잘 느껴지지 않으시는 분들도 계실것입니다. 집적도가 증가한다는 것은 쉽게 말씀드려서 사람으로 치면 뇌의 성능이 더욱 더 좋아지는 것으로 컴퓨터 처리 속도가 점점 빨라질 수 있었던 것이 바로 이 집적도 향상 덕분이라고 보셔도 크게 틀리지 않습니다. 실제로 돌이켜보면 성능 좋은 컴퓨터를 산지 일 이년 만에 다시 속도가 훨씬 빠른 컴퓨터가 출시되서 멀쩡하게 돌아가는 컴퓨터인데도 고물취급을 받곤 했던 것을 기억하실 텐데요, 이때 2년정도의 터울로 속도가 향상된 컴퓨터가 출시되어 온것이 바로 무어의 법칙에 따라 발전된 중앙제어장치를 갖는 컴퓨터가 만들어졌기 때문입니다.
이렇게 무어의 법칙과 잘 맞아들어가면서 발전해오던 집적회로의 집적도는 1997년 이후로 조금씩 실제 발전 속도가 점점 느려져 2007년경에는 3년에 2배정도가 증가하는 정도로 집적도 증가속도가 느려지기 시작했고, 그 이후로는 무어의 법칙으로부터 점점 더 멀어지기 시작하고 있는 추세입니다. 최근에 컴퓨터를 구입하실 때 듀얼코어 또는 쿼드코어 같은 말을 들어보셨을 것입니다. 이런 것들이 나오기 시작한 시점이 바로 무어의 법칙이 점점 맞아들어가지 못하기 시작한 시점이라 볼 수 있는데 하나의 장치를 발전시키는 것이 어려워지기 시작하면서 두개(듀얼코어), 또는 네개(쿼드코어)의 제어장치를 함께 연결시켜 속도를 향상시키는 방법을 쓰기 시작한 것입니다. 즉, 한 사람의 능력을 발전시키는데 한계가 오기 시작하자 두 사람 또는 네 사람이 동시에 일을 할 수 있게 만든 것과 같은 이야기입니다. 비록 이제는 무어의 법칙이 더이상 정확히 맞아들어가고 있지는 못하지만, 약 40여년 동안 하나의 기술산업이 이러한 정비례 법칙을 따라서 발전해 왔다는 것은 실로 대단한 성장이며, 동시에 대단한 예측이었다 할 수 있겠습니다. 하지만 이렇게 집적회로의 발전이 어느 순간 더이상 무어의 법칙을 따르지 못할 것이라는 것은 사실 처음부터 예견된 것이었습니다. 무어의 법칙에 따라 집적도가 증가하려면 트랜지스터를 구성하는 회로들이 지속적으로 작아져야함을 의미하는데, 물리적으로 물체가 작아지는 데에는 한계가 있을 수 밖에 없기 때문입니다. 실제 2014년 기준 인텔사는 22 나노미터(0.000000022 m) 정도의 공정을 성공적으로 이루어내었는데, 이 회로의 크기가 5 나노미터보다 낮아지게 되면, 양자역학적인 이유에서 전류의 흐름을 만드는 전자의 위치가 불안하여 와이어간 합선이 일어나기 때문에 현재의 전자회로공정법으로는 그 이상으로 집적도를 높일 수 없습니다. 물론 이러한 문제를 해결하면서 더 작은 단위의 논리회로를 구축할 수 있는 양자컴퓨터라는 새로운 방식이 연구되고 있지만, 아직 상용화될 수 있는 단계에는 미치지 못하고 있습니다.
컴퓨터 CPU의 성장을 예견할 수 있게 해주었던 법칙으로 무어의 법칙이 있다면, 메모리 관련 성장을 예견 할 수 있게 해준 법칙으로 '황의 법칙'을 들 수 있습니다. 황의 법칙이란 2002년 반도체 학술회의에서 당시 삼성전자의 기술총괄 담당 황창규사장이 발표한 것으로, 컴퓨터의 또 다른 중요부품인 메모리는 무어의 법칙과 달리 그 집적도가 1년에 2배씩 증가한다는 것이었습니다. 그는 이후 삼성에서 매년 2배씩 집적도가 높아진 메모리를 발표함으로써 본인의 법칙을 입증하는데 성공해 왔지만, 2008년 삼성이 128GB(기가바이트) NAND 플래시 메모리 발표를 실패하면서 깨져버린 법칙이 되었습니다. 이와 비슷하게 중국의 최대 디스플레이 제작회사인 BOE의 회장인 왕둥성회장이 LCD디스플레이의 가격이 매3년마다 50%씩 떨어질 것이라는 '왕의 법칙'을 제시하기도 했지만, 이 역시 황의 법칙처럼 과학적 근거보다는 시장경제 논리와 자신들 회사의 역량을 과시하기 위한 법칙이기에 오랜기간 예측이 맞아가지는 않을 것으로 보이는 반면, 무어의 법칙은 시장경제, 과학적 근거 등에 의한 포괄적인 데이터를 통한 예측이었기에 오랜기간 그 예측을 지켜올 수 있었던 것이라 볼 수 있습니다.
이제는 컴퓨터도 무어의 법칙을 떠나 새로운 법칙을 통해 예견되어야 할 시기가 되었습니다. 앞으로 우리의 생활의 중추역할을 담당하고 있는 컴퓨터가 또 어떤 법칙을 따라서 발전하며 인류의 역사에 공헌하게 될지 궁금해집니다.
석준영 (비센학원장)
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