햇빛 저금통 만들기

 

햇빛 저금통을 만들다 보니 ic chip 에 대해 알게 되고 

반도체에 관심을 가지게 되어 자꾸 찾게 된다. 

 

https://www.youtube.com/watch?v=j4Z6u6Wbe2s

 

https://simple-isthebest.tistory.com/560

 

삼성전자의 문제에 대해서도 관심을 가지게 되고...

오픈 AI도 MS도 일론머스트도 모두 슈퍼 컴퓨터 시대 설계하고 있다. 

 

엔비디아의 경쟁력은 고성능 GPU 제품으로 시장점유, 핵심소프트웨어가 장점이다,

그리고 AI 슈퍼컴퓨터 직접 개발, AI 기반 단백질 신약 개발 주도하고 있기 때문이다. 

 

(1) 반도체란 무엇인가? 

반도체는 부도체와 도체의 역할을 어떤 특정 조건하에서만 도체 역할을 하는 물질을 말한다.

반도체는 어떤 특별한 조건하에서만 전기가 통하는 물질로, 필요에 따라 전류를 조절하는데 사용된다.

반도체의 역할은 3가지로 크게 요약되는데, 브레인의 역할, 메모리의 역할, 마지막으로 컨버트의 역할로 나눌 수 있다.

반도체는 필요에 따라 전류를 조정하는데 사용되기 때문에 내가 원할 때 on off가 가능하다.

반도체의 동작 원리를 쉽게 설명하면 컴퓨터의 2진법을 예로 들 수 있다.

0이 on이고 1이 off라면 반도체의 특징을 이용해 때로는 도체이면서 때로는 부도체인 이 성질을 어떤 특정 조건 하에 컨트롤을 하면서 이것을 기반을 컴퓨터와 소통을하고 컴퓨터끼리 소통을 할 수 있게 된다. 이것이 바로 반도체 소자이다.

 

(2) 반도체가 갖추어야 할 조건

첫 번째로 발열이 적어야하고, 전력소모가 적어야하며, 속도가 빨라야한다.

앞서 반도체의 on off로 컨트롤을 하게 되는데,

여러가지 작업을 하기 위해서는 수많은 소자들이 이러한 작업을 반복하면 할수록 반도체에서 발열이 나기 시작한다.

왜냐하면 전류가 계속해서 반도체를 컨트롤하기 때문이다.

이러한 발열을 줄이기 위해서는 전력소모를 줄여야 한다.

마지막으로 시간이 흐를수록 프로그램들의 무게가 무거워져 구동하는데

많은 반도체 컨트롤이 필요하게 되기 때문에 속도가 빨라야 한다.

​

 

(3) 반도체의 종류반도체는 

웨이퍼라는 기초 기판 위에 메탈을 올린 것을 말한다. 

메탈을 올리는 이유는 금속은 전기가 통하기 때문이다. 

웨이퍼에 메탈을 쌓는 방식에 따라 메모리 반도체가 되고, 비메모리 반도체가 되는지 결정된다.

1) 메모리 반도체: 정보 저장을 주 목적으로 하기 때문에 구조가 상대적으로 단순하다.

    -  대량생산이 가능하고 비교적 가격이 저렴하다. 

    - 기기의 전원을 껐을 때 정보의 소멸 여부에 따라 RAM과 ROM으로 구별된다.

   -  RAM은 기기의 전원을 끄면 저장된 정보가 사라지고 데이터 탐색 속도가 비교적 빠른 특징인 휘발성을 지니고 있다.

     ( 메모리 반도체의 종류는 DRAM, SRAM, SDRAM 등이 있다.)
  - ROM은 비휘발성 메모리로, 전원이 꺼져도 정보가 계속 저장되며, ERPOM, EEPROM, NAND Flash 등이 있다. 
  -   RAM은 일정량의 데이터를 임시로 저장해두고 필요할 때마다 CPU에 빠르게 전달해주는 역할을 하므로 용량이 클수록 처리 속도가 빠르다고 볼 수 있다.

NAND flash는 이전에는 HDD라고 불렸다.

D램은 보조기억장치로 휘발성 메모리이다. 전원이 끊기면 정보가 사라진다.

그래서 D램의 용량이 8기가, 16기가, 32기가 등 크지 않은 이유이다.

D램을 사용하는 이유는 컴퓨터가 켜진 상태에서 계속 D램을 이용하여

데이터를 빠르게 불러올 수 있기 때문이다.

과거에 HDD를 사용하셨던 분들은 아시겠지만 컴퓨터 부팅시간도 굉장히 오래걸렸다. 

NAND flash는 D램과는 반대로 비휘발성 메모리로 전원이 끊겨도 저장된 정보가 사라지지 않는다.

대표적인 예시로 usb가 있다.

NAND flash라고 불리는 이유는 포맷을 하기 위해서 전기를 강하게 가하면 보든 데이터가 사라지기 때문이다.

 

2) 시스템 반도체: 데이터 처리와 연산을 담당하기 때문에, 더 복잡한 구조를 가지고 있다.

비메모리 반도체는 시스템 반도체라고도 불린다. 각종 연산, 제어, 정보처리 등을 목적으로 하는 우리 사회의 전반에 사용되는 반도체이다. CPU, 센서 등이 이에 속하는데, 예를 들어 핸드폰으로 전화를 걸거나 사진을 보여주는 행위, 의상을 추천하는 등의 일들을 이 시스템 반도체가 담당하는 것이다.

 

시스템 반도체는 고부가가치 산업으로, 소량생산에도 많은 이윤을 남길 수 있다. 하지만, 국내 시스템 반도체 사업 성적은 메모리 반도체 사업만큼 성적이 좋지 못하다. 반도체 시장의 비율을 살펴보면 시스템 반도체가 7~80%로 큰 비중을 차지하고 있으며, 주로 퀄컴, 인텔 등 외국계 기업이 시장을 장악하고 있다.

시스템 반도체는 사물인터넷(IoT), 인공지능(AI), 자율주행차 등 4차 산업혁명의 기술에 매우 필요한 존재이다. 따라서 시스템 반도체 기술 개발은 선택이 아닌 필수라 할 수 있다. 국내 어느 한 대기업은 2030년까지 시스템 반도체에 133조 원 투자 계획을 발표하기도 했다.

메모리 반도체는 정보를 저장하는 장치로 대표적으로 D램과 NAND flash가 있다.

 

비메모리 반도체의 가장 큰 두개의 제품은 바로 Mobile AP와 CIS이다.

비메모리 반도체는 논리와 연산 기능을 수행하면 메모리 반도체 처럼 데이터를 저장하지 않고 데이터를 처리해준다.

CIS는 입력된 지시사항을 처리하고 렌즈를 통해 들어오는 빛을 전기적인 영상 신호로 바꿔주는 장치이다.

 

스마트폰 내부에 있는 반도체에는 무선충전 칩, 광대역 칩, 모바일AP도 존재하는데

이중 모바일AP에 대해서 먼저 알아본다. 

 

모바일AP은 인간으로 비유하면 머리의 역할을 담당하고 있다.

여기서 AP는 application process의 약자이다.

모바일AP는 컴퓨터의 CPU와 같은 역할을 한다.

Connectivity는 WIFI, LTE, 5g 칩들과 통신을 연결하는 역할을 한다.

GPU는 그래픽칩과, Security는 말 그대로 보안관련칩을,

MPU는 AI, 인공지능 관련담당 칩들과 통신하고 있다.

모든 것들이 이 안에서 컨트롤하고 로지컬하게 연산하고 생각하고 배분하는 것이 application process이다.

 

(3) 반도체 공장의 종류

반도체 공정을 하는 공장을 fab라고 하고 fab만 가지고 있는 회사는 foundry라 한다. 

   - 우리나라의 삼성, 대만의 TSMC가 있다.

  (OSAT는 제조된 반도체를 다른 외부적 요소들과 연결할 수 있게 배선, 조립, 검사를 해주는 업체를 말한다.

    우리나라의 SFA반도체, 하나마이크론이 있다. 설계 공정, 검사과정을 다하는 종합반도체업체를 IDM이다.

    우리나라의 삼성전자, SK 하이닉스가 여기에 해당한다ㅏ. )

반도체 설계만 하는 기업을 fabless업체라고 한다.

반도체 설계만 하는 회사는 미국의 퀄컴, 애플이 있다.

반도체 산업은 메모리 반도체와 시스템반도체로 산업구조가 나누어진다. 

 

CPU와 GPU의 차이들을 먼저 알아보았다.

 

 

CPU는 강력한 연산 처리능력으로 개별적인 작업을 신속적으로 처리

GPU는 작은 캐시와 다수의 연산 장치가 있어 데이터를 병렬로 대량처리

   ( 그래픽 처리 출력을 빠르게 렌더링)

 

AMD의 MI300X가 더 스펙이 좋을 수도 있다 

식당에서 밥을 먹을 때, 분위기를 더 보게 된다. 

 

 

 

 

 

 

IC 칩, 작은 세상 속 거대한 가능성

IC 칩이란 집적 회로의 줄임말로, 수많은 트랜지스터와 같은 전자 부품들이 아주 작은 실리콘 기판 위에 집적되어 있는 것입니다. 마치 도시의 건물들이 빽빽하게 들어선 모습과 비슷하다고 생각하면 쉽게 이해할 수 있습니다.

IC 칩이 작동하는 원리

1. 트랜지스터: IC 칩의 가장 기본적인 구성 요소는 트랜지스터입니다. 트랜지스터는 전류의 흐름을 조절하는 스위치 역할을 하며, 이를 통해 정보를 처리합니다.
2. 논리 게이트: 여러 개의 트랜지스터를 연결하여 AND, OR, NOT 등의 논리 연산을 수행하는 논리 게이트를 만들 수 있습니다.
3. 회로: 논리 게이트들을 연결하여 더 복잡한 기능을 수행하는 회로를 구성합니다.
4. 실리콘 기판: 모든 부품들이 올라가는 기판으로, 주로 순수한 실리콘을 사용합니다.

IC 칩이 중요한 이유

• 소형화: 매우 작은 크기에도 불구하고 강력한 기능을 수행할 수 있습니다.
• 저렴한 비용: 대량 생산이 가능하여 가격이 저렴합니다.
• 높은 성능: 빠른 처리 속도와 높은 정확도를 제공합니다.
• 다양한 분야 활용: 컴퓨터, 스마트폰, 자동차 등 우리 주변의 모든 전자 기기에 사용됩니다.

IC 칩 제작 과정 (간략하게)

1. 웨이퍼 제작: 순수한 실리콘 덩어리를 얇게 썰어 웨이퍼를 만듭니다.
2. 포토리소그래피: 웨이퍼 위에 회로 패턴을 그려 넣습니다.
3. 식각: 불필요한 부분을 제거하여 회로를 형성합니다.
4. 도핑: 실리콘에 불순물을 첨가하여 트랜지스터의 성질을 조절합니다.
5. 배선: 각 부품들을 연결하는 배선을 형성합니다.
6. 패키징: 칩을 보호하고 외부 회로와 연결하기 위한 패키징 작업을 합니다.

IC 칩의 종류

• 마이크로프로세서: 컴퓨터의 중앙 처리 장치
• 메모리 칩: 데이터를 저장하는 장치
• 로직 칩: 특정 기능을 수행하는 장치 (예: 산술 논리 연산 장치, 제어 장치)

더 궁금한 점이 있으시면 언제든지 질문해주세요.

예를 들어, 다음과 같은 질문을 해볼 수 있습니다.

• IC 칩은 어떻게 만들어지는 건가요?
• IC 칩의 종류에는 어떤 것들이 있나요?
• IC 칩은 우리 생활에서 어디에 사용되나요?

자세한 내용을 원하시면 관련 전문 서적이나 온라인 자료를 참고하시기 바랍니다.

핵심 키워드: IC 칩, 집적 회로, 트랜지스터, 논리 게이트, 실리콘, 포토리소그래피, 마이크로프로세서, 메모리 칩

이 설명이 IC 칩에 대한 이해를 돕는데 도움이 되었기를 바랍니다.

 

올해 노벨상도 인공신경망에서 나왔다. 

그만큼 반도체의 공급이 더 중요해진다. 

 

올해 노벨물리학상은 물리학을 활용해 인공신경망을 훈련시킨 과학자 2명이 수상했다.

스웨덴 왕립과학원 노벨상위원회는 8일 2024년 노벨물리학상 수상자로 존 홉필드(91) 미국 프린스턴대 교수와 제프리 힌턴(77) 캐나다 토론토대 컴퓨터학과 교수

두 연구자는 인공지능(AI)의 기본으로 여겨지는 머신러닝 발전에 물리학을 활용해 기여했다.

존 홉필드 교수는 패턴을 저장하고 재생성하는 방법을 사용하는 '홉필드 네트워크'를 발명했다.

홉필드 네트워크는 물리학에서 말하는 원자 스핀의 에너지로 물질의 특성을 설명한다.

홉필드 네트워크에 왜곡·불완전 이미지가 공급되면 네트워크는 단계적으로 작동해

불완전한 이미지와 가장 유사한 저장된 이미지를 찾는다.

 

제프리 힌턴 교수는 홉필드 네크워크를 기반으로 새로운 네트워크를 개발했다. 힌튼 교수는 통계물리학을 활용해 기계를 학습시키는 '볼츠만 머신'을 개발했다. 볼츠만 머신은 이미지를 분류하거나 학습된 패턴 유형에 대한 새로운 예시를 만드는 데 사용된다.