'K-엔비디아'를 육성 한다는 소식에 드는 기대

'K-엔비디아'를 육성 한다는 소식에 드는 기대

정부는 국산 AI 반도체의 설계와 생산을 지원하는 이른바 'K-엔비디아' 육성 프로젝트를 추진 중이라고 합니다. 국민성장펀드를 활용해 K-엔비디아 프로젝트에 5년간 50조 규모의 대규모 자금을 투입할 계획 이라면서 17일 민관 합동 간담회를 가졌다는 소식입니다. 이 간담회에  금융 위원회와 과학기술 정통부 장관이 참석했다고 합니다. 금융 위원회의 정책 발표라는 것이 좀 특이 합니다.

'K-엔비디아' 육성, 10조 원 AI·반도체 투자
https://youtu.be/rwB9tpCEOuw

이 소식을 접하면서 30년전 메모리 반도체에서 "시스템 반도체"를 해야 한다고 부산을 떨던 기억이 떠오릅니다. "한국형 닌텐도"라는 해프닝도 기억 합니다.

학생들의 설계를 무료로 칩(반도체 부품)으로 제작해 주는 "내 칩 제작 서비스"를 시행한지 벌써 3년째를 맞이하고 있습니다. 이 사업에 참여 하면서 가장 많이 듣는 느낌은 우리의 반도체 교육이 소자와 공정에 치우쳐 있다는 것입니다.  ARM 에 맞서 한국형 CPU를 가져야 한다며 상당한 투자를 하던 그때는 설계 교육이 활발 했었습니다. 크린 룸(반도체 제조시설)을 갖추기가 쉽지 않아서 그랬는지 당장 해볼 수 있는 반도체가 "설계"였을 지도 모릅니다. 각 대학마다 "베릴로그"니 "VHDL" 이니 하면서 설계 과목이 빠지지 않았었습니다. 요즘 "내 칩 MPW"를 홍보하면서 만나는 관계자(?)들의 말을 빌면 학생들이 "설계"를 너무나 어려워 한답니다. 그 이유로 대학의 교과에 소위 "설계"가 없기 때문이라는데 지난 30년간 반도체 공장을 짖느라, 크린 룸 첨단화 하느라 "설계"가 부족 했다고 합니다. 이를 가르칠 전공자 양성도 등한시 되어 지방의 대학에서는 "디지털 설계"를 가르칠 교원이 부족하다는 말을 합니다.

인공지능 반도체는 디지털 설계의 집합체 입니다. 소규모 디지털 계산기를 거대하게 묶은 프로세서 입니다. 다양한 이유로 디지털 계산기를 "소자"로 해결해 보려는 연구와 노력이 있지만 실효성이 별로 없는지 "엔비디아"는 여전히 대규모 디지털 계산기 입니다. 인공지능 반도체의 골든 타임을 놓치지 않기 위해 시행 된다는 'K-엔비디아' 프로젝트가 남의 칩을 사용하는 AI와 반도체 공장에 큰 혜택이 가겠지만 "반도체 설계"에도 한 몫 돌아가길 기대 합니다.

반도체 설계 인력 양성의 한 축을 담당하고 있는 "내 칩 MPW" 제조 공장의 과제에 더이상 "노후 장비"라는 말이 나오지 않길 바랍니다. 학생들이 설계한 "내 칩"이 안정적으로 제조되길 바랍니다. "소프트웨어" 코딩 만큼이나 "반도체 설계"도 다르지 않게 받아들일 수 있길 바랍니다. 반도체 설계 교육을 받는 학생들이 지루하지 않길 바랍니다.  오롯이 내가 설계한 반도체 IC를 써서 기계 부품을 움직이고 소리를 내고 반짝이는 모습을 보면 그 감동은 평생 잊지못한 기억이 될 것입니다. 우리가 정보통신 강국이 되었던 요인에 컴퓨터 실습실에서 내 무릅 위로 옮겨온 "노트북"이 큰 기여를 했듯이 반도체 설계 실습 "장비"가 학교 실험실에서 묶여있지 않길 바랍니다. 오픈-소스 EDA(소프트웨어 및 하드웨어)를 활용하면 반도체 설계 "도구"를 내 책상위에 꾸미는데 큰 비용이 들지 않습니다. 정보통신 학과 입학생에게 "노트북"을 제공 했듯이 "반도체"를 설계하려는 모든 학생들에게 개발 "장비"를 사줄 수 있길 기대합니다.

"적을 알고 나를 알면 백전백승"이라고 합니다. 기왕 "K-엔비디아"를 목표로 삼은 참에 GPU 가 어떤 물건인지 알아봅시다.

https://youtu.be/h9Z4oGN89MU

반도체 설계 공부에 재미를 붙일 수 있을 만한 예제도 마련해 봤으니 살펴봐 주세요. 그리고 이 작은 반도체 설계에도 거대한 GPU와 유사한 개념도 담겨 있으니 찾아보면 흥미로울 것입니다.

["내 칩" 베릴로그 RTL 예제] 탁구 게임기
https://fun-teaching-goodkook.blogspot.com/2026/02/rtl.html

"내 칩" 에뮬레이션 검증 키트/MyChip on MyDesk
https://fun-teaching-goodkook.blogspot.com/2026/01/1.html

물리 인공지능의 종결자는 기계공학

물리 인공지능의 종결자는 기계공학

전기전자공학과 AI 반도체가 세상을 지배하는 듯이 굴지만 결국은 "물리" 인공지능의 종결자는 기계공학입니다.

https://youtu.be/O8txvk5m6VM?si=93CFIpKV-V_8uITy

이 유튜버는 작은 스팀 엔진을 만들기 위해 현미경을 보며 쇠를 깍고 연마 합니다. 그도 전자 계산기의제어 도움을 받는 CNC나 3D 프린터가 효과적일 수 있다는 점은 알고 있지만 굳이 손수 선반(lathe)과 밀링(milling)기를 사용하는 이유가 있다고 합니다. 3D 프린터는 숙련 기술자의 손을 따라갈 만큼 정밀하지 않고 거창한 CNC 장비는 "적정" 하지 않습니다. CNC 대신 작은 부품을 가공하기 위해 펜토그래프를 활용하고 있습니다.

각고 끝에 만든 작은 엔진은 잘 작동합니다. 작지만 흡기와 배기 사이의 운동을 이어주기 위한 플라이 휠이 제역활을 합니다. 작은 엔진이 고유의 운동 주파수(진동 주기)를 가지고 있어서 고속으로 돌리면 동조 현상이 있어서 진동이 격렬해 집니다. 흡배기 직선 운동이 회전운동으로 전달되어야 하는데 고유 진동수 증폭으로 소모되면 곤란하겠습니다. 실시간 진동을 퓨리에 변환으로 측정해보니 약 700 헤르츠에서 최고치가 나왔습니다. 이 진동수를 피하는 대책을 세울 것 이라고 합니다.

시간 상의 진동 현상을 주파수 축으로 변환하여 분석하는 기법은 공학의 다양한 분야에서 활용됩니다. "내 칩" 디자인 킷 예제에 FIR 필터를 설계하면서 특성을 분석하기 위해 퓨리에 변환 기법을 사용하고 있습니다.

https://github.com/GoodKook/ETRI-0.5um-CMOS-MPW-Std-Cell-DK/tree/main/Projects/HLS/FIR8

이 설계는 "내 칩 제작 서비스" MPW를 통해 제작 되었습니다.

제작된 "내 칩"을 테스트 하는데 퓨리에 변환으로 주파수 특성을 확인합니다. 양품 칩의 모습은 다음과 같습니다.

아래 그림은 시간 축상 출력이 그럴듯 하지만 주파수 변환을 해보면 제대로 작동하지 않는 불량 칩의 모습입니다. 차단 주파수 대역의 모습을 보여주지 못하고 있습니다.

기적은 없습니다

기적은 없습니다.

한때는 나도 뭐라도 될줄 알았다. 그러다가 둔재라는 것을 깨닳고는 전과를 했다. 물리학에서 전자공학으로... 그렇게 약간의 패배감을 안고 수십년을 살아오다 말년이 되서 어느 천재의 한마디에 위로를 받는다.

"기적은 없습니다."

https://youtu.be/JX-YL2xNXgo?si=HE_50nPAD-56bDnw&t=277

재능있는 사람들이 부럽긴 하다. 오늘도 재능있는 누군가를 쫒다가 코가 깨졌다. 가랭이가 찢어질 판이지만 한걸음씩 가보자.

FPGA로 구현하는 복고 컴퓨팅(Retro-Computing)

FPGA로 구현하는 복고 컴퓨팅
(Retro-Computing in FPGA)

FPGA 를 이용하여 반세기 전, 개인 컴퓨터가 태동하던 시절의 역사를 되살려보려는 취미가(메이커)들이 한둘이 아니다. 그들이 구현한 짧은 동영상을 보면 당장 해봐야 겠다는 충동이 든다. 이것저것 찾다보면 가랭이가 찢어질 판이다. 그중 몇가지만 소개해 본다.

MicroCore Labs[link], FPGA 에 6502를 심어 Apple-][를 완벽히 동작시키고 있다.

MicroCore Labs의 유튜브 채널,
https://www.youtube.com/@microcorelabs7698

6502뿐만 아니라 68K, 8086/88등을 FPGA에 구현하고 있다. 뿐만 아니라 틴지(Teensy 4.1)보드에 에뮬레이션으로도 구현되었다. 베릴로그와 C 코드들을 전부공개하고 있다.

https://github.com/MicroCoreLabs/Projects

Lans Boards LLC[link], 쪽 보드(breakout board)를 만들어 판매하는 작은 회사(아마 가족 회사인듯)인데 재미있는 것들이 많다. 그중 FPGA를 활용하여 복고 컴퓨팅,

Retro Computing in FPGA,
https://www.youtube.com/playlist?list=PLn__0BqzWEWMcUgzBroNNJYQP1keD--gu

TinyFPGA[link], 다소 생소한 FPGA 브랜드이긴 한데 Apple-1을 구현했다.

깃허브 저장소에 공개되어있다.

Apple 1 FPGA github project
https://github.com/alangarf/apple-one

그외...

디지키(DigiKey), 엘리먼트14 등 대형 부품상 뿐만 아니라 중소 부품상들도 자기들이 취급하는 부품을 판매 하는데 그치지 않고 각종 교육 동영상(프로그램)들을 제작 배포한다. 이 보고 있자면 "메이커"의 본능을 자극한다. 자연스럽게 구매 버튼을 누를 수 밖에 없다. 손님을 유인한다는 말이 있다. 앉아서 장사하기에는 경쟁자들이 너무 많다.

DigiKey Introduction to FPGA
https://www.youtube.com/playlist?list=PLEBQazB0HUyT1WmMONxRZn9NmQ_9CIKhb

Introduction to RTOS
https://www.youtube.com/playlist?list=PLEBQazB0HUyQ4hAPU1cJED6t3DU0h34bz

Master Inverse Kinematics for Arduino Robots – Easy Math, Full Code, Real Results
https://youtu.be/WAsMAeKDc4U?si=-oOgyUKXrJKVjnhx

Analog Designs by Land Boards, LLC
https://www.youtube.com/playlist?list=PLn__0BqzWEWPTvf7TbCX_frHYbBrt2UhU

Measure Op Amp Input Offset Voltage

Uni-OpAmp Kit(Board)
https://land-boards.com/blwiki/index.php?title=UNI-OPAMP-04

필기 "연구노트"를 작성하자.

필기 "연구노트"를 작성하자.

메모 앱, 문서 작업 소프트웨어, 화면 캡춰 등 모든 일상이 디지털 화한 요즘 수기로 기록하는 일이 드믄것 같습니다. 쉽게 메모를 남길 수 있다는 장점은 오히려 생각을 덜하게 되고 보관을 해두는 것으로 마치 내것 인양 여길 때도 있습니다. 내 컴퓨터 하드디스크 어딘가에 고이 저장해 두고는 다시 꺼내보지도 않고 정작 필요할 때 또 인터넷 검색을 합니다. 남의 정보는 그렇다 쳐도 내가 겪은 일들은 기록해 두도록 합시다. 실험하면서 겪은 각종 사건들, 사소한 실수들, 갑자기 떠오른 생각들 지나다가 발견한 물건들 등등, 하찮아 보이더라도 모든 것들을 기록해 둡니다. 나의 "연구 노트"는 내 인생의 중요한 자산이 될 것입니다.

저의 "연구노트"에 대한 경험을 풀어봅니다. 재작년(2023년)에 반도체를 무료로 제작해주는 정부사업인 "내 칩 제작 서비스"를 접하고 너무나 반가웠습니다. 하지만 설계를 하려면 도구(소프트웨어)가 필요했는데 "반도체"가 들어가면 뭐든 큰 비용이 듭니다. 학생들에게 "무료"로 칩을 제작해 준다지만 반도체 설계 도구라는 장벽을 넘기는 쉽지 않았습니다. 다행히 "오픈-소스" 운동이 활발해 설계 소프트웨어 역시 높은 완성도를 갖추고 있어서 예전의 경험을 바탕으로 표준 셀 디자인 킷을 어렵지 않게 만들 수 있었습니다. 몇번의 시행 착오를 격은 끝에 "실리콘 검증"을 마치고 상당히 안정된 디자인 킷을 갖추게 되었습니다.

20여년 전에 만들었던 IP 검증용 FPGA 에뮬레이션 보드. USB가 흔치 않던 시절이라 PCI 슬롯에 꼽는 방식이었다.

반도체 설계와 검증 도구에 관심을 가졌던 때가 Magic 이라는 레이아웃 도구를 처음 접했던 30년전 쯤으로 기억됩니다. 서울대학교 반도체 공동연구소에서 MPW 칩 제작을 해준다기에 레이아웃 그리는 소프트웨어를 찾다가 인터넷(1990년대의 끝자락!)을 통해 알게 되었습니다. 정확하지는 않은데 버클리의 어느 FTP 사이트에서 소스를 받아 썬 워크스테이션에서 컴파일해서 썼던 것으로 기억됩니다. 내인생의 첫 "내 칩"을 받아들었을 때의 감동이 아직도 생생하군요.

 
샘플 칩 제작의 추억[링크]

그후 하드웨어 언어(베릴로그와 VHDL)를 접하고 반도체 설계 방법론 탐구에 빠져 지냈습니다. HDL 시뮬레이터가 어찌나 신기했는지 모릅니다. 코뿔소 그림이 새겨진 VHDL 시뮬레이터를 지도교수님을 졸라서 연구실 프로젝트 비용을 떼서 구입 했는데 그게 인생의 전환점이 됐군요. 한 카피에 학생 할인 가격이 500만원으로 기억됩니다. 수십년이 지난 이야기 이지만 그때 몇가지 소프트웨어의 라이센스(프린터 포트에 꼽는 락 드라이버)를 디스 어셈블 크랙해서 나눠 쓰곤 했습니다. 그 때 시뮬레이션과 에뮬레이션 검증에 미쳐서 세월이 가는 줄도 몰랐습니다. "모래시계"라는 드라마의 열풍도 IMF 라는 국가부도의 위기도 몰랐으니까요. 실험실 귀신으로 지내던 시절이었습니다. 그때 날밤 새며 궁리했던 FPGA 에뮬레이션 검증 기법이 오늘의 "내 책상 위에 내 칩(MyChip-on-MyDesk)" 설계 방법론으로 되살아 나게 될 줄은 몰랐군요.

수십년이 지나 소위 "인생 2막"을 "반도체 설계"로 행복하게 맞이할 수 있던 토대는 바로 그 시절에 작성해 뒀던 "연구노트" 입니다. 그때 정성스레 작성한 전자문서(HWP)는 저 먼 우주로 날아갔지만 손으로 작성해 뒀던 공책은 내 책상 위에서 건재합니다. 2001년에 작성했던 노트를 2023년에 꺼내 "내 책상위의 반도체 설계실"을 구축했으니 그때 손으로 작성했던 "연구노트"가 여간 소중하지 않군요. "연구노트"는 이공계 인생의 일기이자 비망록 입니다. "연구노트" 작성으로 앞으로 펼쳐갈 인생 자산을 풍부히 하시기 바랍니다.