This blog is about country life of myself; raising kitchen garden, star gazing, studying math., HAM Radio, homebrewing electronics. You can visit my other blog "Teaching with Fun" about Semiconductor Design. Postings on this blog are written in Korean. Foreign visitors can read through Google's translation service. AI translation is sometimes IDIOT. ;-)
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.
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.
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.
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.
Germany’s Oldest Street-Legal Car | 1894 Benz Victoria | German Cars https://www.youtube.com/watch?v=bQ4vB55z0RE
편리함을 맛본 인간은 백년이 안되서 게을러 졌죠. 운전마져 귀찮아지기 시작한 겁니다.
Early Driverless Car in 1971 https://www.youtube.com/watch?v=5ocvNxjN3dc
나혼자 도로를 온통 독차지 할 수 있다면 좋았겠지만, 도로로 나가면 별의별 미친놈들이 넘쳐나는 무법천지에 쌍욕이 저절로 튀어나옵니다. 그래도 도로에서 무사할 수 있는 것은 인간의 "지능" 덕분입니다. 별로 바빠보이지 않은 인간은 운전하기 싫음의 미련을 버리지 못했지요. 그렇다면 운전에 지능을 넣어볼까? 라는 생각을 진작부터 해왔습니다.
NavLab 1 (1986) : Carnegie Mellon : Robotics Institute History of Self-Driving Cars https://www.youtube.com/watch?v=ntIczNQKfjQ
수십년이 지났지만 도로위의 자율주행의 희망은 지난할 뿐이었습니다.
Autonomous Vehicles at CMU Robotics Institute: 1984-2007 https://www.youtube.com/watch?v=N49_CmjbcQ8
History Channel 1998 : Driverless Car Technology Overview at Carnegie Mellon University https://www.youtube.com/watch?v=2KMAAmkz9go
급기야 운전 로봇이 등장하긴 했는데 ....
Inside Zoox: The robot vehicle totally changing transportation | Hard Reset by Freethink https://www.youtube.com/watch?v=tGgGdqr2aIc
운전이 별거 있나요. 상황을 인지하고 문제를 해결한 후 전진!
Sense, Solve, and Go: The Magic of the Waymo Driver https://www.youtube.com/watch?v=hA_-MkU0Nfw
"자동차"는 원래 스스로 달리는 탈것 입니다. 여기에서 인간은 굳이 배제하고는 "자율주행"이라고 합니다. 이미 운전자 없는 "지하철"이 사고없이 지하철로를 누비고 있습니다. 정해진 선로위를 달리면서 말이지요. 그런데 이것은 그간 꿈꿔왔던 "자율 주행"은 아니잖아요?
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아주 단순한 자율 주행(?) 로봇으로 "라인 트레이서" 또는 "Line Follower"는 해볼만 합니다. 알리상회에서 아날로그 키트를 팔고 있는데 CDS 센서, OpAmp 전압 비교기, 트랜지스터 모터 구동기로 구성된 간단한 회로를 가지고 있고 차대와 기어 모터 포함하여 단돈 3천원 입니다. 만들어 봤는데 꽤 쓸만 합니다.
https://www.youtube.com/watch?v=1R2xdOOmbDs
아이들 장난감 같지만 만들기에 그치지 않고 회로 분석을 해보면 많은 것들을 알 수 있습니다. 차대와 기계 부품은 그대로 사용하고 디지털 제어로 개조하면 재미 있을 겁니다. 재미있게 설명한 동영상이 있네요.
https://www.youtube.com/watch?v=QoNkpnpvEqc
https://www.youtube.com/watch?v=8Lj5ycrT9Fw
Line Follower 는 한때 우리나라에서도 마이크로 마우스와 함께 인기있는 종목중 하나 였었습니다. 해외에서는 여전히 인기가 있어 보입니다.
