[책: IT 세계의 괴물들] 반도체에 대해

서론 

비전공자인 백엔드 개발자 2년차로서 CS 지식이 너무 부족하단 것을 아직도 체감하고 있다. 

당연하다. 책을 사놓고 잘 읽지도 않고 읽고나서도 머릿속에 남지 않는다. 

그래서 이런 바보같은 나를 위해 읽히기도 쉽고 머리에도 잘 남는 IT 세계의 괴물들 이라는 책의 만화책을 사봤다.

(광고 및 협찬 아님 - 협찬 들어오면 좋겠다..IT 관련해서 들어오면 더 좋겠다 ..)

그런데 이 만화책이 생각보다 많은 내용을 포함하고 있어서 한번 정리를 해놔야겠다는 생각에 기록해본다. 

 

근데 읽자마자 최대한 책을 보지 않고 기록해볼 것이기 때문에 틀린 내용을 적을 수도 있다. 
또한 엄청 대충 기록할 것이기 때문에 추가적인 사항은 해당 책을 사보자 ^^ (다시 한번 말하지만 협찬 및 광고아님) 

 

반도체

• 트랜지스터
  전류가 흐르거나, 흐르지 않게 하여 0과 1의 2가지 경우의 수를 표현하는 컴퓨터의 세포다. 
  이것은 컴퓨터가 0과 1만 알아들을 수 있게 근본원리이다. 
  0 과 1로만 경우의 수를 표현하여 이진법을 사용한다. 
• 모스펫
  트랜지스터의 변환형으로 이 모스펫이 수십~수백억개가 모여 컴퓨터의 CPU(혹은 프로세서) 가 된다. 
  그리고 모스펫이 결합된 패키지를 IC(Integrated Circuit : 직접회로)  라고 한다.
• 나노 공정 
  트랜지스터를 IC에 많이 넣으면 넣을 수록 IC 의 연산 성능이 빠르게 발전한다. 
  즉, IC 의 회로 선폭을 가늘게 만들어 트랜지스터를 많이 넣을 수 있다.
  이 때 회로의 선폭 크기 단위가 나노단위로 만들어지고 있다. (연도가 지날수록 IC 의 선폭이 더 줄어들고 있음)
  2022년을 기준으로 IC 선폭은 3나노미터까지 가늘게 만들고 있다고 한다.
• 큐비트 
  만약 IC 의 선폭이 1나노미터를 넘어 원자보다 더 작아지게 된다고 가정했을 때
  미시세계에서의 물리법칙을 따라야한다.
  양자역학에서는 원자처럼 아주 작은 입자들이 동시에 여러형태를 가진다고 한다. 
  이를 비유하자면 '슈뢰딩거의 고양이' 라는데, 이 고양이는 상자에서 살아있거나 죽어있는 2가지 형태를 동시에 가진다고 한다. 
  양자컴퓨팅에서 트랜지스터의 역할을 하는게 큐비트 인데, 
  큐비트는 0이면서도 1인 상태를 동시에 가질 수 있어서 트랜지스터보다 훨씬 강력하고 빠른 계산이 가능하다.
  
  
• 팹리스<Fabless: Fabrication(생산) + less>
  IC 를 설계만 하여 생산은 위탁하는 회사로 대표적인 예는 애플이 있다.
  (삼성은 IC 의 설계와 생산을 모두 하는 종합반도체 회사라고 한다.)
• 파운더리 
  팹리스업체에서 위탁받아, IC 를 생산만 하는 회사로 대표적인 예는 TSMC 가 있다. 
• EUV 노광장비
  n나노공정 중에는 설계된 회로를 빛으로 웨이퍼에 상을 투사하는 노광작업이 필요하다고 한다.
  이 때 사용되는 빛이 EUV 라서 EUV 노광장비가 필요하다. 
  EUV 란 ? 
  인간 가시범위를 넘어간 극자외선이다.
  그래서 파운더리 업체들은 EUV 노광장비를 개발하는 회사에서 EUV 노광장비를 사기 위해 경쟁한다. 
• CPU 
  CPU 는 심장과도 같다. 
  CPU 의 클럭주기(Clock cycle)는 심장이고 
  CPU 의 클럭속도(Clock Speed) 심장박동 속도로 예시를 들어보자. 
  클럭주기는 CPU 의 연산을 위해 진동(심장박동)을 할 때마다 전기신호를 모스펫에게 전달한다.
  클럭속도는 1초에 심장박동(클럭주기)가 몇 번 뛰는지 측정하고 헤르츠(Hz) 로 표시한다. 
  즉, 클럭속도가 빠를 수록 더 많은 연산과 작업을 진행할 수 있다. 
  ex) 1초에 43억번 심장박동이 뛴다면 속도는 4.3GHz 이다. 
  
  
• CPU 의 코어 
  CPU 는 코어를 가지고 있으며 코어에는 컨트롤 유닛이 있다. 
  이 컨트롤 유닛은 할당받은 어플리케이션을 2진수로 해독한 뒤 명령을 일련의 작업으로 변환해서
  모스펫들이 On/Off 를 수행할 수 있도록 전달한다. 
  만약, 싱글코어일 경우, 여러 어플리케이션이 컨트롤 유닛에 할당되면
  여러 어플리케이션을 돌아가면서 작업해야한다. 
  이 때 돌아가면서 작업하는 것을 컨텍스트 스위칭이라고 표현한다. 하지만 코어가 한 작업에 리소스를 집중할 수 없기에 성능이 떨어지게 된다. 그래서 코어는 많으면 많을 수록 여러 어플리케이션을 작동시키기에 좋다. 
• GPU
  CPU 의 단점은 그래픽과 관련된 작업은 상당히 느리다는 점이다. 
  그래서 등장하게 된 것이 GPU. 
  GPU 는 수천개의 코어가 있기 때문에 그래픽이나 비주얼 작업할 때 병렬 작업에 최적화된 GPU 가 성능이 좋다. 
  그렇기에 CPU 와 GPU 가 협업해서 게임로직과 데이터 흐름을 제어하고, 물리엔진과 AI 를 관리하는 것은 CPU 가, 3D 모델, 텍스처 등 데이터를 GPU 로 보내면 GPU 는 받은 데이터를 처리하고 이미지를 생성하는 등 그래픽 렌더링과 비주얼 데이터를 처리한다. 
• RAM 
  CPU 가 필요한 데이터나 프로그램을 RAM 에게 요청하면 SSD 에서 데이터를 가져와서 보관해둔다.
  그러면 CPU 는 SSD 까지 갈 필요 없이 RAM 이 보관하고 있는 데이터에 빠르게 접근 할 수 있게 된다. 
  그래서 RAM 의 크기가 클수록 보관하는 용량이 많아지기 때문에 SSD 에 가는 횟수는 줄어들게 되므로 
  컴퓨터의 성능은 더 좋아지게 된다. 
  
  
• 캐시 
  CPU 내에는 캐시라는 것이 있는데
  웹 페이지, 쿠키, 최근 열었던 문서 같이 더 자주 접근해야 하는 것은 캐시라는 메모리에 저장해둔다. 
• 휘발성 메모리 
  컴퓨터가 꺼지면 메모리가 날아가는 것을 휘발성 메모리라고 한다.
  RAM 과 캐시가 여기에 속한다. 
  이 때 CPU 는 특정 데이터를 저장할 때 먼저 RAM 에 그 데이터를 쓰고 RAM 이 다시 SSD 에 저장한다.
  (조금더 책을 읽어보니 정확히는 RAM 이 직접적으로 움직이는 게 아닌 OS 에 의해서 데이터가 RAM 에서 SSD 로 옮겨진다고 한다.) 
• 비휘발성 메모리 
  SSD 는 전원이 꺼져도 저장된 프로그램이나 데이터가 휘발되지 않는다. 
  이유는 Flash Memory 의 특성 때문이라는데, Flash Memory 에는 특수한 기술이 적용되어 있다. 
  작은 전하가 고립된 게이트에 저장되어 전원이 차단되어도 데이터를 유지할 수 있다고 한다. 

 

 

끝

생각보다 기억이 잘 안나서 한번 더 다시 보면서 기록했다.. 

자주 반복하면서 읽어야 할 것 같다.