ㅎㅇ 원래 반도체가 컴퓨터가 되는 과정이라고 여기에 글쓰던게 있었는데

어느샌가 컴퓨터구조론글이 되어 버려서 ㅡㅡ

너무 오래 걸릴 것 같더라고 ㅎㅎ

그래서 그냥 어떤 분야들이 모이고모여서 실리콘이 컴퓨터가 되는가를 간단하게 알려주려고해! ㅎㅎ

 

반도체 분야는 워낙 만들 분야들이 모이기 때문에 서로 보는 단위도 달라!

그래서 보고 abstraction level이라고 추상화 단계라고 할 수 있는데 이걸로 나뉘어서 서로를 구분하고는 해

반도체나 회로 설계하는 사람들은 자기는 high level이니 low level이니 이런 단위를 쓸꺼야.

이거는 게임처럼 높은 레벨이라기 보다는 추상화하는 범위가 높은거야! high level일수도 거시적인 시점에서 본다고 할 수 있지

 

시작해볼께!!

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먼저 반도체 공정의 시작 실리콘 웨이퍼야

이 원판에다가 레이저 같은 걸 이용해서 파고 전도성있는 물체나 다른 것들을 채움으로써 트랜지스터를 만들어

여기는 low level중에 low level이라고 할 수 있어

 

왼쪽 그림은 finfet이라는 기술로 만들어진 트랜지스터 그림이야, 오른쪽은 저걸 추상화 레벨을 한단계 올려서 회로 쪽의 트랜지스터 심볼이야

저런 트랜지스터를 모아서 CPU같은 걸 만들 수 있는데

웨이퍼에 얼마나 작은 트랜지스터들을 이용해서 만들수록 더 작은 칩이나 더 적은 전력소모를 낼 수 있는데

이런 기술력을 바탕으로 칩들을 만들어주는 회사가 우리나라의 삼성 DS부문의 파운드리 사업부나, 대만의 TSMC, 미국의 글로벌운드리 등등이 있지

아이폰이 삼성 파운드리 사업부의 14나노 공정으로 만들어졌다느니~ TSMC의 14+공정이니~ 이런 소리 하잖아? 

그건 애플에서 설계한 회로도면을 어느 회사의 반도체 제작 기술로 만들어졌냐, 뭐 이렇게 받아들이면 돼 ㅎㅎ

자 그럼 저 작은 트랜지스터로 어떻게 CPU를 만드냐?

 

 

먼저 논리 게이트를 알아야 해, 전기전자공학을 전공한 사람은 디지털 논리회로라는 과목에서 AND, OR, NOT 같은 논리 게이트를 배운적 있을꺼야

그 논리 회로는 트랜지스터들이 CPU가 되기위해 거쳐야하는 중요한 분야이지 ㅎㅎ

가장 왼쪽 회로도가 트랜지스터들을 이용해서 NAND라는 게이트를 만든거야. 가운데 그림은 저걸 실제 웨이퍼에 어떻게 그릴지에 대한 설계도고

오른쪽은 이걸 논리회로단계로 추상화단계를 올린 NAND 심볼이야 ㅎㅎ

아까 위에서 말한 파운더리 회사들이 자체적으로 우리 기술로 만들어지는 게이트들은 이런저런 특성을 가지고 있다~ 라고 메뉴얼? 같은 걸 만들어서

고객들한테 제공해 ㅎㅎ

 

논리 게이트들은 다시 모여서 특정 연산을 하는 하나의 연산기를 만들어

왼쪽 그림은 논리회로 레벨에서 1bit 덧셈기를 그린거고, 오른쪽은 레벨을 올려 논리 블록도 단계에서 1bit adder의 심볼이야.

이 때부터는 그냥 지도에서처럼 네모를 그리고 역할에 따른 이름을 그냥 써붙여 ㅋㅋ

위 그림에서 설명하는 1bit 덧셈기나, 입력 신호들중에 하나을 정해서 내보내는 MUX, 등등 다양한 역할을 하는 논리 회로들을

게이트들의 조합으로 만들어 내지. 이걸 만들어서 좁히는 이론은 디지털논리회로에서 논리식 AB = C 막 이런걸로 배우지.

근데 저기 1bit 연산기만 봐도 꽤 복잡한데, CPU같이 64bit 연산기 같은건 겁나 크고 복잡하겠지?

그래서 추상화단계를 올릴 필요가 있는거야.

 

자 그럼 이렇게 여러 역할을 논리 블록들을 이용한 CPU 설계도가 나왔네!

왼쪽은 intel cpu core의 논리블록도이고, 가운데는 이걸 실제 웨이퍼에 그렸을 때 칩하나를 찍은거야.

저게 패키징 작업을 끝내면 오른쪽같이 CPU칩이 돼 ㅎㅎ

캐시를 몇레벨까지 쓰고~ 쿼드 코어니~ 하는 얘기들은 다 이 단계에서 설계된다고 보면 돼

 

저렇게 각 레벨에서 설계하는 분야들은 다 따로따로고 쓰느 프래그램들도 다 다르지 ㅎㅎ 근데 그럼 프로그램들을 차차 거쳐서 결국엔 200억개나 되는 트랜지스터를 조합한 CPU를 만들 수 있는 거야 ㅎㅎ

이런걸 설계하는 회사가 인텔이나 퀄컴, AMD, 삼성 LSI사업부 등등이야.

 

 

 

추가로 다시 맨처음의 웨이퍼를 공정으로 통해서 칩을 그리고 나면 요렇게 나와.

이거 네모 하나가 위위 그림의 가운데꺼라고 보면 돼 ㅎㅎ 그럼 이거를 다 짤라서 네모하나를 패키징에서 CPU칩으로 내보내는거지.

 

 

그럼 이렇게 나온 칩들은 또 크게 한가기 역할을 하는 블록으로 간주돼. 그럼 이걸 블록들이 모아서 실제 main board PCB판에 어떻게 연결되고

동작할 것인지 설계하는 회사도 있지 ㅎㅎ asus같은 회사들이 이런걸 만드는 곳이지

 

자 여기까지 쭈욱 한번 훑어 봤어.

내가 이번글에서 설명해준 분야는 시스템반도체라고 불리는 분야야

보통 CPU나 모바일 칩 같은 연산기들을 설계하는 분야야.

 

삼성이나 하이닉스의 주력사업은 메모리반도체라고 불리는데.

CPU는 다양한 동작을 하기 위해서 여러 역할을 하는 논리 블록들이 다양하게 모여서.

다양한 동작을, 빠르게 하는게 목표였다면,

메모리는 같은 동작(데이터 저장)라는 회로를 같은 면적에 최대한 많이 넣어서

더 싸고, 큰 용량을 만드는게 목표라서

두 분야는 같은 반도체를 다루지만 성격이 많이 달라 ㅎㅎ. 사실 추상화 단계가 나뉘는건 오늘 알려준거랑 비슷한데

사진들은 다 완전히 다를꺼야 ㅎㅎ  기회되면 이쪽도 한번 소개 시켜줄께

 

좋은 밤되길 바래! 이거 쓰는거 생각보다 피곤하다!