마이크로프로세서 설계의 역사를 개척한 32비트 벨맥-32

마이크로프로세서 설계의 역사를 개척한 32비트 "벨맥-32"

2025년 5월 22일자 IEEESpectrum 온-라인 기사로 마이크로 프로세서 "벨맥-32"의 설계자들의 이야기가 실렸다.

32 Bits That Changed Microprocessor Design Bell Labs’ Bellmac-32 paved the way for today’s smartphone chips

마이크로프로세서 설계를 바꾼 32비트 Bell Labs의 Bellmac-32는 오늘날의 스마트폰 칩의 길을 열었습니다.

https://spectrum.ieee.org/bellmac-32-ieee-milestone

요약하면,

- 80년대 초에 NMOS 또는 PMOS 만으로 구성된 회로의 반도체 제조에 CMOS는 혁신적인 시도였다.  CMOS는 매우 위험한(!) 시도였다고 한다. Apple-I/II에 사용된 CPU 6502 는 NMOS 공정으로 만든 칩이다.

- 최초 "벨맥-32"은 3.5um CMOS 공정이었다. 목표 동작 속도는 4Mhz 였으나 실제 동작은 2Mhz에 그쳤다. 반도체 제조시설(오늘날의 "클린 룸" 이라고 하기도 민망하지만)을 설계자들이 직접 청소까지 했다고 한다. 1980년대의 최신 16-비트 IBM-PC의 CPU 8088의 동작 속도는 4.77Mhz 였다.

펜으로 6502 CPU의 레이아웃을 그리고 있다(1979)[출처]

- 레이아웃은 플로터로 출력한 도면을 바닥에 펼쳐놓고 색연필로 따라가며 오류를 찾았다고 한다. 현대적인 레이아웃 툴, 시뮬레이터는 없었다.

무려 15만개의 트랜지스터가 그려진 벨맥-32의 레이아웃을 바닥에 펼쳐놓고 색연필로 디버깅. 도면의 크기가 가로세로 6x6메터(20x20 피트)에 달했다고 한다. 적어도 플로터는 있었다고 한다[출처].

- 이들이 만든 32비트 마이크로 프로세서는 C 언어로 프로그램을 짤 수 있도록 감안 하였고(C 언어 특유의 함수 호출 방식, 포인터와 인수 호출과 지역변수에 스택 활용 등) 유닉스와 유사한 운영체제를 돌릴 수 있었다.

- 이 혁신적인 설계에 참여한 한국인 강성모가 있었다. 그는 한국에 돌아와 KAIST 총장을 역임 했다.

이 기사를 읽고 문득 이런 의문이 들었다,

- 우리에게도 이렇게 선구자들이 있었는데 그 "설계의 전통"을 볼 수 없는 것은 내가 찾지 못하는 것일까?

- 설립 80주년이 눈앞인 둔 한국전자공학회, 반도체 강국을 대표하는 이 학술 단체의 홈페이지에 이런 기사가 실리는 모습을 생전에 볼날이 있을까?

- 0.5um CMOS 공정으로 무료로 칩을 만들어 주는 서비스가 진행 중이다. 오픈-소스 반도체 설계 소프트웨어와 그를 활용한 디자인 킷도 구비되었다. 너도나도 달려 들어야 하는 것 아닐까?

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