안녕하세요. 특강 강사 섭외 전문 기업 호오컨설팅입니다.

오늘 포스팅은 특강 강사 섭외 정인성 작가 강연 '반도체란 무엇인가' 강의 영상입니다.




it 혁명을 이끄는 반도체 기업들, 반도체란 무엇인가?

어떤 산업의 현 상황을 이해하기 위해서는 그 사업만이 겪는 독특한 특성을 이해하는 것이 정말 중요합니다.

이는 반도체 사업에서도 마찬가지입니다.

반도체 산업은 다른 산업들과는 달리 수많은 회사가 생겨나고 사라지며 다이나믹한 변화를 겪었고 지금도 엄청난 변화를 겪고 있습니다.

왜 이런 일이 일어나는지 이해하기 위해서는 반도체 산업 저변에 깔린 특성을 이해하는 것이 정말 중요합니다.

따라서 이번 시간에는 반도체 산업이 가지는 특성을 그 기술을 기반으로 하여 간단히 알아보도록 하겠습니다.




일단 제일 먼저 다뤄야 할 개념은 컴퓨터의 개념입니다.

컴퓨터라는 것은 쉽게 말하면 프로그램을 이용해 동작을 바꿀 수 있는 기계라고 할 수 있습니다.

예를 들면 집에 있는 의자는 말 그대로 의자 사람이 앉을 때밖에는 사용할 수 없습니다.

자동차는 완성되고 나면 하는 일은 주행밖에 없습니다.

하지만 컴퓨터는 단일한 물건으로 원한다면 1에서 천까지 숫자를 한 번에 더해주는 일을 시킬 수도 있고 자판기에서 음료를 나오게 할 수도 있으며,

방송국의 직원들은 동일한 컴퓨터를 받아서 영상 편집을 할 수도 있습니다.

나아가서는 지구와 우주의 법칙을 계산하는 일에도 사용됩니다.

정확하게 프로그램만 짜서 넣어주면 되는 것입니다.

한번 간단한 프로그램의 예를 보겠습니다.

어떤 숫자를 입력하면 1부터 해당 숫자까지 순차적으로 더하는 간단한 프로그램입니다.

한번 이 프로그램에 숫자 10을 넣어보겠습니다.

일단 입력된 숫자 10을 방 1에 저장해야 됩니다.

그다음 또 다른 방에다 숫자 0을 저장하겠습니다.

그리고 방 2에서 방 1의 값을 한 번 더 해주도록 하겠습니다.

방 1에서는 숫자 1을 빼주고 그다음에는 조건을 한번 확인해 보겠습니다.

방 1의 값이 0이 되면 방 2의 값을 출력해서 사용자에게 보여주고 0이 되지 않았다면 다시 세 번째 순서로 돌아가는 것입니다.




그럼 한번 이 프로그램을 실행시켜보겠습니다.

일단 위 작업들을 하기 위해서는 어떤 공간이 필요하다는 것을 알 수 있습니다.

두 값이 저장되어야 할 방 1과 2가 당연히 필요할 것이고, 또한 첫 번째부터 여섯 번째 단계의 작업이 어딘가에 적혀 있어야만 합니다.

컴퓨터에서 이렇게 데이터가 적혀 있어야 할 곳을 메모리라 부릅니다.

또한 첫 번째부터 여섯 번째까지의 작업을 이해하는 무언가가 있어야 함을 쉽게 알 수 있습니다.

그 무언가는 메모리에 적혀 있는 작업 내용을 읽고 그것이 무엇인지,

예를 들면 덧셈인지 뺄셈인지 등을 구분할 수 있어야 하며, 그에 맞춰서 계산도 할 수 있어야 합니다.

또한 특정 방에 접근해서 방 1이나 e에서 데이터를 가지고 오거나 혹은 다시 적어줄 수 있어야 하고,

특정 방의 값을 원하는 값과 비교해서 다섯 번째로 갈 건지 아니면 세 번째로 다시 돌아갈지, 

혹은 최종적으로 수행을 끝낼지 결정할 능력이 있어야 합니다.

이러한 일을 하는 부품이 CPU입니다.

놀랍게도 컴퓨터가 해낼 수 있는 수많은 일은 이런 단순한 작업들의 조합으로 이루어지게 됩니다.




한편 여기서 등장한 메모리와 CPU는 반드시 1개의 부품일 필요는 없습니다.

예를 들면 CPU라는 물건을 만들 때 여러 개의 다른 칩들을 결합해서 만들어도 좋고, 심지어 만들지 못한 부분은 인간이 대신 해도 상관이 없습니다.

이래도 CPU의 개념은 성립하고 실제로 CPU가 작동하게 됩니다.

실제로 초기의 CPU들은 수많은 칩이나 다이오드 트랜지스터들을 바깥에 주렁주렁 매달고 납대만 형태로 만들어졌습니다.

지금은 상상하기 힘들지만 제조 과정 역시 사람이 손으로 부품을 하나씩 연결해 만들던 시절이 있었던 겁니다.

위 이야기를 통해 우리는 컴퓨터란 개념이 반도체라는 개념과 일치하는 것이 아니라는 걸 쉽게 알 수 있습니다.

무언가 조작해서 행동이 바뀌면 컴퓨터가 됩니다.

실제로 우리 일상에서 컴퓨터를 쓰는 방식도 이와 비슷합니다.

직접 코드를 짜지는 않더라도 브라우저를 띄워 인터넷을 하거나 워드를 띄워 문서 작업을 하는 등

동일한 기계에서 계속 다른 일을 시킬 수 있다는 것도 알 수 있습니다.

또한 컴퓨터라는 제품은 반드시 전기를 써야 할 필요도 없고 반도체가 들어가야 할 필요도 없습니다.




실제로 1837년에는 수증기로 동작하는 컴퓨터인 해석기관이라 불리는 기기를 만들어보려다 실패한 사례가 있습니다.

1945년에는 애니악이라고 부르는 진공관을 이용한 컴퓨터도 있었습니다.

좀 극단적인 케이스로 제가 시키는 일을 100%로 잘 수행하는 하인도 일종의 컴퓨터라 부를 수 있습니다.

앞에서 알아봤다시피 컴퓨터와 유사한 개념은 이미 1800년대에도 존재했으며,

실제로 컴퓨터를 만들기 위한 시도가 계속되어 왔음을 알 수 있습니다.

하지만 100년이 넘는 시간 동안 큰 발전이 없이 시간만 지나왔다는 것도 알 수 있습니다.

아직 무언가가 부족했기 때문입니다.

우리가 아는 it 세상은 1990년대 되어서야 처음으로 그 모습을 드러낼 준비를 하게 되는데, 그것이 바로 트랜지스터의 등장 덕분입니다.

트랜지스터는 이름에서 짐작 가능하듯 무언가수를 바꾸는 전자부품입니다.

트랜지스터는 게이트라는 부분에 전압을 가해주면 전류가 흐를지 아닐지를 바꿀 수 있는 전자부품입니다.

쉽게 말하면 전류를 특정 방향으로 흐르게 했다가 흐르지 않게 했다가 할 수 있는 부품이라는 뜻입니다.

트랜지스터는 전류가 흐르는 영역과 게이트 영역의 반도체 물질들을 사용하면 만들 수 있습니다.




제가 방해 스위치는 초당 한두 번밖에 조작하지 못하고, 인간이 만든 자동차용 내연기관조차 초당 수천 회 정도 움직이는 것이 최선입니다.

이것보다 조금 더 빠른 모터들도 초당 수만 회에서 최대 10만 회 정도 회전하는 것이 보통입니다.

하지만 전자는 초당 수억 번 이상 상태를 바꿀 수 있을 정도로 빠를 뿐만 아니라 기계적인 스위치보다도 수명이 훨씬 길고 신뢰성이 좋습니다.

기계적 마모도 적고 제어 속도도 빠른 겁니다. 위에 설명한 수많은 기계 장치보다 사용하는 전력과 에너지도 훨씬 적습니다.

중요한 것은 과학자들은 이러한 전류를 끊었다 흘렀다 할 수 있는 회로들을 조합해서 메모리와 CPU를 만들 수 있다는 걸 알고 있었다는 겁니다.

하지만 최초의 트랜지스터는 우리가 알고 있는 물건과 조금 다릅니다.

BJT라고 불리는 물건으로 옆에 그림과 같이 생겼습니다.

BJT는 지금도 사용되는 물건이긴 하지만 이렇게 생긴 모습을 봤을 때 이것을 수억 개,

수십억 개를 대규모로 만들어서 좁은 공간에 모으는 것이 가능하지 않다는 걸 쉽게 알 수 있습니다.

그래서 지금의 BJT들은 기판에 납땜되어 굉장히 제한된 일만을 하고 있습니다.

BJT로 컴퓨터를 만들려고 한다면 아마 지금의 컴퓨터를 만들기 위해서 건물 하나를 빼곡하게 채워야 될 것이고,

그에 맞게 엄청난 전력을 소모하게 될 겁니다.




트랜지스터를 컴퓨터로 바꿔가는 또 다른 발견이 등장하게 되는데, 그것이 바로 모스펫입니다.

1959년 모스펫은 강대원 박사, 모하메드 박사가 발명해낸 디바이스입니다.

bjt와 유사한 연결 구조를 가지고 있고 하는 일도 비슷합니다.

하지만 여기서 중요한 것은 납작하다는 겁니다.

bjt처럼 입체적이고 각종 도선을 여기저기 늘어뜨리고 낙담을 해야 되는 형태가 아니기 때문에 어떤 물질의 표면을 잘 처리해내면

그 공간 안에 가득 만들어낼 수 있습니다.

그리고 그 무언가가 여러분이 한 번쯤은 들어보셨을 실리콘입니다.

실리콘은 물질 몇 종류를 조금만 주입해주면 반도체로 변화하는 독특한 특성이 있기 때문에 가능했던 겁니다.

이렇게 하여 여러분이 많이 뉴스에서 들어보셨을 실리콘 웨이퍼드 전자사업의 전면으로 나타나게 됩니다.

이런 기술 발전에 힘입어 몇몇 회사들이 모스펫을 이용해 CPU를 만들어보고자 하는 시도를 시작하게 됩니다.

모스펫을 위에 쌓아올리고 깎는 방식으로 제조할 수 있음을 이용하여 표면을 보호하는 마스크를 씌우고 씌운 마스크에 강한 빛을 쪼여

선택적으로 부품의 패턴만 남기고 파괴한 뒤 드러난 부분만 깎아내는 방식을 도입하게 됩니다.

마치 석판 인쇄를 하는 것과도 같다고 할 수 있습니다.




bjt였다면 공장에서 각 소자를 하나씩 전선으로 연결하고 있어야 할 텐데 모스펫이었기 때문에

웨이퍼 전체를 한 번에 처리하고 트랜지스터와 트랜지스터도 연결된 상태로 제조할 수 있게 된 것입니다.

이 과정에서 가장 혁신적인 일을 처음으로 해낸 것은 우리가 잘 알고 있는 회사 인텔입니다.

1971년 인텔은 CPU를 주문받아 제작하려 하고 있었습니다.

당시 고객은 약 7개의 다른 집으로 이루어진 계산기용 CPU 디자인을 제안했는데,

인텔은 이 과제를 하면서 다른 기능을 가진 7개 칩을 하나로 모은 단일 칩으로 생산할 수 있음을 알아내게 됩니다.

첫 번째 그림은 과거의 대형 컴퓨터 CPU의 일부분입니다.

고성능 대형 시스템의 경우 당시 더 많은 부품이 결합되고 작은 시스템의 경우

상대적으로 부품이 적게 연결되는 차이가 있지만 기본적으로는 이렇게 여러 가지 치과 부품들을 결합해야만 했습니다.




1971년 개발된 인텔 4,004는 저런 수많은 연결 관계를 가진 부품들을 칩 하나에 박아놓는 혁신적인 방식이었던 겁니다.

이를 통해 인텔은 최초로 한 칩이 1개의 CPU에 대응된다는 개념을 완성하게 됩니다.

이렇게 최초의 마이크로 프로세서가 등장하게 된 것입니다.

인텔은 인간 새끼 손톱보다 작은 면적 안에 2천 개가 넘는 트랜지스터를 모으고 트랜지스터 사이의 연결까지 구현하는 데 성공하게 됩니다.

세계를 바꿀 위대한 발명이 수많은 사람들의 손을 거쳐 드디어 탄생하게 된 것입니다.

누군가의 논문 속에서 개념으로만 존재했던 컴퓨터는 모든 인구의 손바닥 위에 올라갈 준비를 하게 됩니다.

이 혁신으로 인해 수많은 회사들이 CPU 사업에 진출하기 시작했고,

컴퓨터 제조사들 역시 저마다의 아이디어를 뽐내며 PC를 만들어내기 시작하였습니다.

그리고 최초의 마이크로 프로세서가 등장하고 10년 뒤인 1981년

IBM이 돌연 지금까지 보지 못한 새로운 개념의 컴퓨터를 디자인하여 내놓게 됩니다.




IBM PC라고 불리는 이 컴퓨터는 지금 우리가 알고 있는 컴퓨터의 특징을 상당수 가지고 있었습니다.

그 이전까지 컴퓨터 부품들은 컴퓨터 완제품 제조사가 정해주는 보조장치만을 쓸 수 있었고,

이로 인해 각 컴퓨터의 확장성이 제한되는 문제가 있었습니다.

이는 필연적으로 컴퓨터의 보조 부품과 제공되는 프로그램이 컴퓨터 제조사에 묶일 수밖에 없는 환경을 만들게 되었습니다.

하지만 IBM은 그 제한을 풀고 컴퓨터에 꼽을 수만 있다면 IBM이 제공하지 않는 보조장치도 쓸 수 있게 하겠다는 혁신적인 디자인을 내놓게 됩니다.

이후 이야기해서 좀 더 알아보겠지만 IBM은 이를 통해 매출을 크게 늘리고 경쟁사였던 애플을 완전히 눌러버리게 됩니다.

또한 이를 통해 컴퓨터용 하드웨어를 만드는 전문 회사들이 등장한 토대를 만들게 됩니다.

하지만 IBM PC의 진면목은 이런 것이 아닙니다.

 

정인성 작가님은 4차산업, 트렌드, 디지털기술, 미래, IT, Ai(챗 GPT), 미래기술 등 다양한 분야의 특강 강연을 진행하고 계십니다.