2015.04.20

무어의 법칙 50주년 : 칩의 크기를 줄이는 시리즈의 과거와 미래

Agam Shah | Computerworld
최신 스마트워치나 아이폰을 보고 있노라면 지난 50년간 컴퓨터를 더 작고 저렴하며 빠르게 만드는 청사진의 역할을 해온 무어의 법칙을 떠올리지 않을 수 없었다.

무어의 법칙이 없었다면 사용자가 떠 있는 이미지와 상호작용할 수 있는 홀로그래픽 웨어러블인 마이크로소프트의 홀로렌즈(Hololens) 같은 새로운 컴퓨터가 개발되지 못했을 것이다. 이처럼 무어의 법칙은 수십 년간 현대 전자제품 개발의 길잡이 역할을 해 왔는데, 최근에는 그 관련성이 논란의 대상이 되고 있다.

단가와 배터리 효율을 낮춘 무어의 법칙
무어의 법칙은 과학적인 이론이 아니지만, 인텔의 공동 창업자 고든 무어가 1965년 4월 19일에 일렉트로닉스 매거진(Electronics Magazine)의 기사로 처음 발표했으며, 추후 수정을 거듭한 끝에 완성된 관찰과 예측 결과다. 무어는 주어진 다이(Die) 면적에서 트랜지스터의 밀도 또는 트랜지스터의 수가 2년에 한 번씩 두 배로 증가하여 성능도 두 배로 증가할 것이라고 주장했다. 간단히 말해서 18 ~ 24개월 후에는 지금보다 훨씬 빠른 컴퓨터를 같은 가격으로 구매할 수 있다는 뜻이다.

기술 업계는 처음에 그 의미를 규모의 경제에 의해 칩 제조 단가가 낮아지는 것이라고 해석했다. 트랜지스터 밀도가 두 배로 증가하면서 칩의 크기가 작아지고 처리 속도가 증가하며 프로세서당 비용이 감소한다는 생각이었다. 지난 50년 동안 기술 업계는 이 개념을 중심으로 제품 계획과 제조 전략을 수립하여 더 작고 더 저렴하며 더 빠른 장치를 개발했다.

제조 기술의 발달 덕분에 칩의 에너지 효율성이 높아져 장치의 배터리 사용시간이 증가하게 되었다.

어플라이드 머터리얼스(Applied Materials)의 실리콘 시스템즈 그룹(Silicon Systems Group) 부사장 겸 책임자 란디르 타쿠르가 “무어의 법칙이 없었다면 손바닥 크기만 한 스마트폰은 존재하지 않았을 것”이라고 말했다.

하지만 엔지니어들은 물리 및 경제적인 문제로 인해 무어의 법칙이 향후 10년 이내에 사라질 것으로 전망하고 있다. 전통적인 컴퓨터를 양자 컴퓨터와 인간의 뇌 또는 신경계와 유사한 칩을 갖추고 현재의 프로세서와는 다르게 동작하는 시스템으로 대체될 것이다. 또한, 실리콘을 그라핀(Graphene)이나 탄소 나노튜브 등의 신소재를 이용하여 제작한 칩으로 대체할 수도 있다.

인텔은 무어의 관찰결과를 우선 제품에 적용하여 비트당 비용을 낮추었다. 그러고 나서 무어의 법칙을 통합된 회로에 적용했으며 인텔이 1971년 처음으로 제조한 칩인 4004에는 2,300개의 트랜지스터가 있었다. 인텔의 최신 칩에는 수십억 개의 트랜지스터가 있고 3,500배 빠를 뿐 아니라 9만 배 더 높은 에너지 효율을 낸다.

그 이후로 무어의 법칙은 컴퓨팅의 변화에 충분히 유연하게 적용됐다. 1990년대에는 컴퓨터의 성능을 발전시키고 지난 10년 동안 전력 소비량을 낮춘 원동력이었다고 인텔의 고위 임원 마크 보어가 말했다.

보어는 "요즈음 우리가 사용하는 노트북과 스마트폰의 성능은 15년 전의 데스크톱 성능과 맞먹는다”고 말했다.

무어의 법칙은 웨어러블, 사물인터넷 기기, 물체를 인식하고 결정을 내릴 수 있는 로봇 등의 개발에 지도 원리로 사용되고 있다. 또한, 자동차, 의료장비, 가전제품 등 기능을 위해 통합된 회로에 더욱 의존하는 광범위한 제품에 영향을 끼친다고 보어가 말했다.

하지만 엔지니어들은 칩이 원자의 크기로 작아지면서 무어의 법칙이 적용 한계에 도달했으며 인텔조차도 속도를 맞추기 어려운 실정이라고 말했다. 고든 무어는 지난 50년 동안 무어의 법칙을 되새기면서 그 지속성에 대해 여러 번 의구심을 드러냈다. 최근 IEEE 스펙트럼(IEEE Spectrum)과의 인터뷰에서 무어는 “속도를 따라잡기가 점차 어려워지고 있다”고 말했다.

최근 인텔의 혁신으로 무어의 법칙이 다시 한 번 실현될 수 있을지 이목이 쏠리고 있다. 최근 개발된 기술인 핀FET(FinFET)에서는 트랜지스터를 수직으로 쌓아 칩에 더 많은 기능을 내장할 수 있다. 인텔은 수십억 달러를 들여 새로운 공장을 지었고 강화 실리콘, 하이K(High-K) 금속 게이트, 핀FET 등의 혁신 덕분에 무어의 법칙의 수명이 늘어나게 되었다.

시카고에 있는 IIT(Illinois Institute of Technology)의 컴퓨터 공학 교수 샨헤 선은 "인텔이 열심히 노력한 덕분에 새로운 연산 집중형 애플리케이션들이 새롭게 등장하고 있다."고 말했다.

하지만 크기가 점차 작아지면서 광범위한 오류와 결함에 더욱 민감해지는 칩에서 더 많은 기능을 구현하기가 점차 어려워지고 있다. 칩 설계와 제조에 더욱 주의해야 하며, 오류를 방지하기 위해 추가 공정과 인력을 투입해야 한다.

또한, 신소재와 기술에 대한 연구가 진행됨에 따라 실리콘이 점차 사라지고 있으며 이로 인해 무어의 법칙이 근본적으로 바뀔 수도 있다. 갈륨 비화물이나 인듐 갈륨 비화물 등 주기율표의 3번째 및 5번째 열에 있는 요소에 기초한 소위 말하는 III-V 소재 군에 대한 관심이 높다.

반도체 업계 출신인 EPC(Efficient Power Conversion)의 CEO인 알렉스 리도우는 “"무어의 법칙이 신소재에도 적용되고 있다”고 말했다.

리도우는 EPC는 전하를 더욱 잘 전도하기 때문에 실리콘보다 성능 및 에너지 효율성이 우수한 갈륨 질화물(GAN)을 실리콘의 대체재로 연구하고 있다고 말했다. GAN은 이미 동력 변환과 무선 통신에 이용되고 있으며 언젠가 디지털 칩에도 사용될 수 있다. 하지만 언제쯤 실현될 지는 정확히 알 수 없다고 리도우는 덧붙였다.

리도우는 "60년 만에 처음으로 '작은 크기'보다 '뛰어난 성능'이 더욱 부각되는 후보 소재가 발견됐다”고 말했다.

더 작고 빠른 칩 제조의 경제성이 위태로운 상태이다. 최신 기술로 공정하는 공장을 짓는 비용이 더 비싸며 이런 칩 제조로 얻을 수 있는 대가도 점차 줄어들고 있다. 회로 패턴을 기질로 전달하는 EUV(Extreme Ultraviolet) 리소그라피 등의 도구로 칩의 크기를 더욱 줄일 수는 있지만, 아직 상용화되지는 않았다.

타이리어스 리서치(Tirias Research)의 수석 분석가 짐 맥그레거는 "반도체는 항상 과속 방지턱 같은 장애물을 만났다. 이제 다시 한 번 벽을 뛰어넘을 차례”라고 말했다.

전문가들은 앞으로 무어의 법칙이 얼마나 더 적용될지 예측할 수 없지만, 결국에는 더 작은 칩을 만드는 물리학과 경제학의 더 이상 실용적이지 못한 순간이 올 것이다. 그런데도 무어의 법칙의 유산은 구성요소의 가격을 낮추어 더욱 저렴한 기기와 컴퓨터를 탄생시킨 하나의 모델로 남아있을 것이라고 맥그레거가 말했다.

1965년에 무어가 작성한 기사는 기술 급변의 시대에 길잡이 역할을 했다. 맥그래거는 "방 크기의 서버를 모바일 칩 크기로 줄였다. 그 동안 우리가 달성한 결과물이 놀라울 따름”이라고 말했다. editor@itworld.co.kr 


2015.04.20

무어의 법칙 50주년 : 칩의 크기를 줄이는 시리즈의 과거와 미래

Agam Shah | Computerworld
최신 스마트워치나 아이폰을 보고 있노라면 지난 50년간 컴퓨터를 더 작고 저렴하며 빠르게 만드는 청사진의 역할을 해온 무어의 법칙을 떠올리지 않을 수 없었다.

무어의 법칙이 없었다면 사용자가 떠 있는 이미지와 상호작용할 수 있는 홀로그래픽 웨어러블인 마이크로소프트의 홀로렌즈(Hololens) 같은 새로운 컴퓨터가 개발되지 못했을 것이다. 이처럼 무어의 법칙은 수십 년간 현대 전자제품 개발의 길잡이 역할을 해 왔는데, 최근에는 그 관련성이 논란의 대상이 되고 있다.

단가와 배터리 효율을 낮춘 무어의 법칙
무어의 법칙은 과학적인 이론이 아니지만, 인텔의 공동 창업자 고든 무어가 1965년 4월 19일에 일렉트로닉스 매거진(Electronics Magazine)의 기사로 처음 발표했으며, 추후 수정을 거듭한 끝에 완성된 관찰과 예측 결과다. 무어는 주어진 다이(Die) 면적에서 트랜지스터의 밀도 또는 트랜지스터의 수가 2년에 한 번씩 두 배로 증가하여 성능도 두 배로 증가할 것이라고 주장했다. 간단히 말해서 18 ~ 24개월 후에는 지금보다 훨씬 빠른 컴퓨터를 같은 가격으로 구매할 수 있다는 뜻이다.

기술 업계는 처음에 그 의미를 규모의 경제에 의해 칩 제조 단가가 낮아지는 것이라고 해석했다. 트랜지스터 밀도가 두 배로 증가하면서 칩의 크기가 작아지고 처리 속도가 증가하며 프로세서당 비용이 감소한다는 생각이었다. 지난 50년 동안 기술 업계는 이 개념을 중심으로 제품 계획과 제조 전략을 수립하여 더 작고 더 저렴하며 더 빠른 장치를 개발했다.

제조 기술의 발달 덕분에 칩의 에너지 효율성이 높아져 장치의 배터리 사용시간이 증가하게 되었다.

어플라이드 머터리얼스(Applied Materials)의 실리콘 시스템즈 그룹(Silicon Systems Group) 부사장 겸 책임자 란디르 타쿠르가 “무어의 법칙이 없었다면 손바닥 크기만 한 스마트폰은 존재하지 않았을 것”이라고 말했다.

하지만 엔지니어들은 물리 및 경제적인 문제로 인해 무어의 법칙이 향후 10년 이내에 사라질 것으로 전망하고 있다. 전통적인 컴퓨터를 양자 컴퓨터와 인간의 뇌 또는 신경계와 유사한 칩을 갖추고 현재의 프로세서와는 다르게 동작하는 시스템으로 대체될 것이다. 또한, 실리콘을 그라핀(Graphene)이나 탄소 나노튜브 등의 신소재를 이용하여 제작한 칩으로 대체할 수도 있다.

인텔은 무어의 관찰결과를 우선 제품에 적용하여 비트당 비용을 낮추었다. 그러고 나서 무어의 법칙을 통합된 회로에 적용했으며 인텔이 1971년 처음으로 제조한 칩인 4004에는 2,300개의 트랜지스터가 있었다. 인텔의 최신 칩에는 수십억 개의 트랜지스터가 있고 3,500배 빠를 뿐 아니라 9만 배 더 높은 에너지 효율을 낸다.

그 이후로 무어의 법칙은 컴퓨팅의 변화에 충분히 유연하게 적용됐다. 1990년대에는 컴퓨터의 성능을 발전시키고 지난 10년 동안 전력 소비량을 낮춘 원동력이었다고 인텔의 고위 임원 마크 보어가 말했다.

보어는 "요즈음 우리가 사용하는 노트북과 스마트폰의 성능은 15년 전의 데스크톱 성능과 맞먹는다”고 말했다.

무어의 법칙은 웨어러블, 사물인터넷 기기, 물체를 인식하고 결정을 내릴 수 있는 로봇 등의 개발에 지도 원리로 사용되고 있다. 또한, 자동차, 의료장비, 가전제품 등 기능을 위해 통합된 회로에 더욱 의존하는 광범위한 제품에 영향을 끼친다고 보어가 말했다.

하지만 엔지니어들은 칩이 원자의 크기로 작아지면서 무어의 법칙이 적용 한계에 도달했으며 인텔조차도 속도를 맞추기 어려운 실정이라고 말했다. 고든 무어는 지난 50년 동안 무어의 법칙을 되새기면서 그 지속성에 대해 여러 번 의구심을 드러냈다. 최근 IEEE 스펙트럼(IEEE Spectrum)과의 인터뷰에서 무어는 “속도를 따라잡기가 점차 어려워지고 있다”고 말했다.

최근 인텔의 혁신으로 무어의 법칙이 다시 한 번 실현될 수 있을지 이목이 쏠리고 있다. 최근 개발된 기술인 핀FET(FinFET)에서는 트랜지스터를 수직으로 쌓아 칩에 더 많은 기능을 내장할 수 있다. 인텔은 수십억 달러를 들여 새로운 공장을 지었고 강화 실리콘, 하이K(High-K) 금속 게이트, 핀FET 등의 혁신 덕분에 무어의 법칙의 수명이 늘어나게 되었다.

시카고에 있는 IIT(Illinois Institute of Technology)의 컴퓨터 공학 교수 샨헤 선은 "인텔이 열심히 노력한 덕분에 새로운 연산 집중형 애플리케이션들이 새롭게 등장하고 있다."고 말했다.

하지만 크기가 점차 작아지면서 광범위한 오류와 결함에 더욱 민감해지는 칩에서 더 많은 기능을 구현하기가 점차 어려워지고 있다. 칩 설계와 제조에 더욱 주의해야 하며, 오류를 방지하기 위해 추가 공정과 인력을 투입해야 한다.

또한, 신소재와 기술에 대한 연구가 진행됨에 따라 실리콘이 점차 사라지고 있으며 이로 인해 무어의 법칙이 근본적으로 바뀔 수도 있다. 갈륨 비화물이나 인듐 갈륨 비화물 등 주기율표의 3번째 및 5번째 열에 있는 요소에 기초한 소위 말하는 III-V 소재 군에 대한 관심이 높다.

반도체 업계 출신인 EPC(Efficient Power Conversion)의 CEO인 알렉스 리도우는 “"무어의 법칙이 신소재에도 적용되고 있다”고 말했다.

리도우는 EPC는 전하를 더욱 잘 전도하기 때문에 실리콘보다 성능 및 에너지 효율성이 우수한 갈륨 질화물(GAN)을 실리콘의 대체재로 연구하고 있다고 말했다. GAN은 이미 동력 변환과 무선 통신에 이용되고 있으며 언젠가 디지털 칩에도 사용될 수 있다. 하지만 언제쯤 실현될 지는 정확히 알 수 없다고 리도우는 덧붙였다.

리도우는 "60년 만에 처음으로 '작은 크기'보다 '뛰어난 성능'이 더욱 부각되는 후보 소재가 발견됐다”고 말했다.

더 작고 빠른 칩 제조의 경제성이 위태로운 상태이다. 최신 기술로 공정하는 공장을 짓는 비용이 더 비싸며 이런 칩 제조로 얻을 수 있는 대가도 점차 줄어들고 있다. 회로 패턴을 기질로 전달하는 EUV(Extreme Ultraviolet) 리소그라피 등의 도구로 칩의 크기를 더욱 줄일 수는 있지만, 아직 상용화되지는 않았다.

타이리어스 리서치(Tirias Research)의 수석 분석가 짐 맥그레거는 "반도체는 항상 과속 방지턱 같은 장애물을 만났다. 이제 다시 한 번 벽을 뛰어넘을 차례”라고 말했다.

전문가들은 앞으로 무어의 법칙이 얼마나 더 적용될지 예측할 수 없지만, 결국에는 더 작은 칩을 만드는 물리학과 경제학의 더 이상 실용적이지 못한 순간이 올 것이다. 그런데도 무어의 법칙의 유산은 구성요소의 가격을 낮추어 더욱 저렴한 기기와 컴퓨터를 탄생시킨 하나의 모델로 남아있을 것이라고 맥그레거가 말했다.

1965년에 무어가 작성한 기사는 기술 급변의 시대에 길잡이 역할을 했다. 맥그래거는 "방 크기의 서버를 모바일 칩 크기로 줄였다. 그 동안 우리가 달성한 결과물이 놀라울 따름”이라고 말했다. editor@itworld.co.kr 


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