전자기기는 물리적 부품인 '하드웨어(Hardware)'와 운영하는 방식의 '소프트웨어(Software)'로 크게 2가지로 분류됩니다.
이번 개론은 하드웨어에 대한 Overview입니다.
조립형 PC와 완전체 Mobile
PC기반의 컴퓨터(desktop&labtop)는 데이터 연산과 모든 조작을 담당하는 두뇌 역할의 하드웨어로 CPU(Central Processing Unit)라는 중앙처리장치가 있습니다. 그리고 데이터 저장을 위한 메모리, 이미지 담당 그래픽카드 등등의 주변 하드웨어들이 따로 있어 이들을 조립해 만듭니다.
반면, 모바일 기반의 핸드폰(Cell/smart phone)은 모든 기능의 하드웨어가 하나로 묶인 AP(Application Processor)가 들어있습니다.(AP안에 CPU, GPU, 메모리, 그래픽 카드 등이 모두 들어있는 SoC(System on Chip))
전자기기의 두뇌, CPU
하드웨어 프로세서들이 따로 분리된 PC든 한집살림으로 묶여있는 mobile이든
두뇌는 CPU(중앙처리장치)라는 하드웨어입니다. 사용자가 입력한 명령(input)을 'OS운영체제'라는 메인 시스템 소프트웨어를 통해 받아 데이터들을 연산한 뒤 주변 다른 하드웨어들이 동작하도록 명령을 내리는 역할을 합니다.
컴퓨터의 CPU는 x86계열로 복잡한 명령어를 통해 연산을 하는 CISC(Complex Instruction Set Computer)방식입니다. 복잡한만큼 트랜지스터의 집적도가 과다하게 높아 자유도는 높으나 소비전력이 크고 발열도 많습니다.
모바일의 AP안 CPU는 ARM계열로 명령어를 한정해 심플하게 만든 RISC(Reduced Instruction Set Computer)방식으로 자유도는 낮지만 소비전력과 발열이 작습니다.
CPU 하나를 코어(Core)라고 하며 CPU자체의 성능(빠른 주파수)도 중요하지만 여러개의 코어를 연결한 멀티코어(Multi-Core)를 탑재할 수록 고성능에 저전력, 발열이 감소됩니다.(286, 386, 486, 펜티엄까지는 1개 코어로 주파수를 늘려 개선)
여러 프로그램을 동시에 돌리는 멀티테스킹에 적합한 PC의 경우 8개의 옥타코어를 넘어 작년 AMD사에서는 64개 코어까지 나왔었습니다. 모바일은 성능보다도 소비전력, 발열을 줄이기 위해 멀티코어를 사용합니다.
전자기기의 세포, Transistor
CPU뿐 아니라 모든 하드웨어의 근간은 트랜지스터입니다. CPU는 두뇌, 그래픽 카드는 눈, 등.. 각각의 하드웨어 프로세서가 인체의 장기라고 하면 트랜지스터는 이 모든 것들을 이루는 세포라고 할 수 있습니다. 어떤 식으로 회로를 구성하느냐에 따라 기능이 달라지죠.(회로를 구성하는 설계는 마치 Genom 유전자지도?)
트랜지스터는 일반적으로 MOSFET을 씁니다. Metal Oxide Silicon Field Effect Transistor의 약자로 그 동작 원리를 흔히 수도꼭지에 비유합니다. 수도꼭지를 개폐하는 손잡이를 게이트(Gate)라고 보면되는데, Metal특성의 게이트에 전위를 가하면 전자기장(Electro-magnetic Field)이 인접한 Oxide를 분극시키고 반대편 반도체 실리콘(Silicon)과 인접한 표면에 채널(channel)이란 통로를 형성합니다. 그럼 소스(Source)와 드레인(Drain)간에 전자(electron)이 마치 수돗물처럼 흐를 수 있게 되죠. Source는 항상 접지해둔 0V의 상태고 전자흐름의 방향은 drain에 어떤 전위를 거느냐에 따라 달라지니 굳이 수도꼭지 그림의 reservoir, 수원지처럼 souce로부터 항상 전자가 나오는 방향이여야 하는게 아니냐고 따질 필요는 없습니다.(옛날 학생 때 저는 이 부분이 괜히 헷갈렸어서요)
근간인 트랜지스터의 성능이 좋아야 이를 회로로 연결한 하드웨어 프로세서들의 성능도 좋아집니다. 다음 포스팅에선 트랜지스터의 성능을 대표하는 가장 중요한 수식 몇가지를 정리해 어떤 부분의 실제 개발되고 있는지 알아보도록 하겠습니다.
깨알 상식 : 부품별 담당 기업(회사)
위에서 아주 작게 언급한 "저장을 위한 메모리" 이것이 우리나라 1등 기업 삼성과 SK하이닉스가 세계에서 가장 잘하는 메모리 분야이며(애플처럼 감성적으로 은하 마크 하나 딱 넣으면 좋을 것 같은데.. 너무 표절 같으려나?)
두뇌 역할의 CPU(중앙처리장치)는 미국 기업 인텔이 꽉 잡고 있고 그래픽 카드는 역시나 미국 기업 Nvidia, 모바일의 AP 또한 미국 기업 퀄컴(Qualcomm, 스냅드래곤), 그리고 삼성도 약간 합니다.(엑시노스)
이것들을 비메모리 분야라 취급하는데 외국에서는 Logic이라 부르며 기술력의 난이도와 진입장벽은 Logic쪽이 훨씬 우위입니다. 단순한 구조로 작은 면적의 메모리에 비해, Logic은 매우 복잡한 design으로 회로가 설계되어 제작 시 주변 환경 요소를 고려할 것이 많은 데다 넓은 면적으로 하나의 단위체라 defect(불량)이 조금만 떨어져도 못쓰게되니 난이도가 매우 높습니다.
Logic의 설계만 담당하는 Fabless기업이 바로 애플, 퀄컴 등이며 설계를 받아 Fab(공장)에서 직접 제작해주는 Foundry산업은 대만의 TSMC가 독보적 1위, 후발 주자가 바로 최근 이 산업에 뛰어든 삼성 LSI입니다. 설계대로 만드는 기술력조차 위에서 언급한대로 단순한 구조인 메모리와 비할 바 없이 난이도가 높습니다. 그러니 Foundry산업을 무시 못할 만큼 시장이 크죠.(직접 겪고 있는 바 거의 하청 수준입니다만)
그리고 재료비 없이 설계로만 먹고 사는 실리콘벨리의 미국 기업들은 이익이 더 크겠죠 ㅎㅎ
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