반도체의 기하급수적 발전, 그리고 지금

우리가 생각하는 성능을 높이는 방법은 무엇일까? 21세기인 지금 IT의 기술력은 날이 갈수록 좋아지고 있다. 이 때문에 더 작고 더 높은 성능을 뽐내는 칩이 개발되고 있다. 하지만 기술이 그렇게 좋지 않던, 에니악이 막 출시된 1950년대, 성능을 높이는 방법으로는 그저 부품을 많이 꽂을 수밖에 없었다. 2세대 컴퓨터인 CDC1604는 진공관보다 성능은 좋고 더 작은 부품인 트랜지스터만 2만 5천 개, 다이오드가 무려 10만 개나 들어갔다. 이런 기술력으로 만약 항공모함이나 로켓 유도장치에 들어가는 컴퓨터를 만들려면 수백만 번에 이르는 납땜을 해야 했기 때문에 반도체 업계에서는 비상이 걸린 상황이었다. 이런 상황에서 텍사스 인스트루먼트사에서 근무하던 잭 킬비가 부품을 선으로 일일이 연결하는 것이 아닌 알루미늄 선으로 연결한 회로를 실리콘 위에 심는 방식으로 최초의 집적회로를 제작해냈다. IT의 기술력이 시간이 지남에 따라 비약적으로 발전했고, 집적회로의 규모도 상상을 초월할 정도로 커졌다. 대규모 집적회로(LSI), 초대규모 집적회로(VLSI)가 개발됨으로 인하여 단순히 디지털 분야의 IC를 개발하기 위한 목적이 아닌 특정 목적을 위한 IC, 즉 임베디드 시스템분야의 성장이 커졌다. 임베디드 시스템은 초고밀도 IC가 개발되었다고 해서 바로 성장한 것이 아니라 최근 들어 임베디드 시스템의 발전 가능성과 시장규모의 확대로 인하여 성장하였다.

자신이 사용하는 전자기기를 한 번쯤은 분해해본 경험이 있을 것이다. PC를 제외한 전자기기에는 대부분 특정한, 수많은 작업을 수행할 수 있는 규모가 있는 전자적 시스템, 임베디드 시스템이 적용되어 있다. 임베디드 시스템은 우리가 상상하는 것 그 이상으로 많은곳에 활용된다. TV, 에어컨, 카메라라, 세탁기. 심지어 자동차에 이르기까지 우리가 사용하는 대부분 전자기기에 적용이 되어있다. 하지만 이것들은 모두 인간의 산물이며 일반인이 만들기에는 너무나 많은 비용과 기술력이 필요하다. 한 제품을 만들기 위해서는 끈질긴 노력과 실패를 거듭한 반복을 통하여 만들어지는데 이러한 부담을 감당하기 힘들다면 어떻게 해야할까? 

이러한 한계점을 극복하기 위하여 개발된 것이 바로 마이크로 컨트롤러 [Micro Controller Unit]이다. 마이크로 컨트롤러는 ARM [Advanced RISC Machine],  AVR [Atmel사의 MCU], DSP [Digital Signal Processor] 등 여러가지 칩이 있지만, 일반인이 사용하기에는 많이 어렵기 때문에 최근 오픈소스를 기반으로 만들어진 단일 보드 MCU가 많이 개발되고 있다.

이것은 상상이 아닌 현실이다! Arduino

아두이노(Arduino)는 이탈리아에서 개발된 보드 마이크로 컨트롤러이다. Atmel사에서 개발한 MCU의  한 종류인 AVR을 기반으로 하고 있다. 아두이노는 하드웨어와 소프트웨어 모두 오픈소스로 공개되어 있기 때문에 누구나 손쉽게 만들 수 있으며 소프트웨어 개발을 위하여 쓸데없이 용량을 잡아먹는 이클립스 (Eclipse)나 Visual Studio을 설치할 필요 없이 적은 용량과 많은 예제를 제공하는 통합 개발환경인 스케치 프로그램이 있다. 예전에는 자신이 선택한 부품을 기반으로 시뮬레이션을 돌리고 만능기판에 납땜을 하고 일일이 핀을 연결해야 했다. 또한 특정한 기능을 수행하기 위해선 MCU내부에 존재하는 하드웨어를 소프트웨어로 연결하는 작업인 레지스터 설정을 필요로 했기 때문에 복잡했다. 아두이노는 그저 입/출력 핀에 선을 꽂으면 끝이다. 심지어 이는 학생들도 쉽게 프로그래밍 하고 만들기 쉽기 때문에 교육이나 취미, 연구개발용으로 많이 활용되고 있는 추세이다. 

먹지마세요, 머리에 양보하세요. Raspberry Pi

라즈베리파이? 처음 듣는 사람들에게는 ‘라즈베리가 들어간 파이’라고 상상할 것이다. 블루베리 파이, 스트로베리 파이, 그저 이름은 갖다 붙일 뿐이다. 조금 더 상상력을 가미한다면 이것은 먹는 것이 아닌 우리의 상상과 현실을 아주 끈끈하게 이어주는 매력 덩어리이다. 라즈베리 파이는 영국의 라즈베리파이 재단이 기초 컴퓨터 과학 교육을 목적으로 만든 싱글 보드 컴퓨터이다. 

“저 조그마한 것이 컴퓨터라고?” 외치는 분들이 많을 것이다. 라즈베리파이는 PC와 비교했을 때는 많이 부족한 점이 많다. 하드디스크도 없는데다가 메모리도 매우 작고 중앙처리장치의 성능이 낮기 때문이다. 하지만 라즈베리 파이 재단 측에서는 오픈소스인 리눅스 ( 데비안, 우분투, 페도라 등)를 사용하여 낮은 성능에서도 잘 구동되도록 했다. 개발 언어로는 BBC 베이직, C등 여러 언어에서 개발할 수 있도록 했으며 라즈베리 파이와 리눅스를 동시에 공부할 수 있는 파이썬을 대표적인 개발언어로 선택했다. 아이들도 손쉽게 프로그래밍할 수 있도록 Scratch 라는 통합개발환경을 제공하고 있으며 추후에 더 많은 툴을 개발할 계획이라고 한다.

프로토타입과 마이크로 컨트롤러의 전망

많은 스타트업이 가장 고민하는 것이 프로토타입 제작이다. 만약 시중에 존재하지 않는 보드를 만들기 위해 PCB를 주문해야 한다면 200핀 이하의 PCB인 경우 기본적으로 $200 이상이 청구되기 때문에 스타트업의 입장에서는 매우 부담되는 가격일 것이다. 하지만 기본적인 납땜만 할 줄 안다면 아두이노를 개당 $10 이내로 제작을 할 수 있기 때문에 많이 절약될 것이다. 최근 들어 킥스타터에서는 작은 변화가 생겨나고 있다. Technology 탭에선 복잡하고 어려운 제품이 아닌 아두이노, 라즈베리 파이 등 다양한 임베디드를 활용한 제품들이 많이 등장하고 있다. 이런 싱글 보드 MCU는 대부분 스타트업의 프로토타입 제작 및 동아리 등 전자전기를 기초로 하는 곳에서 많이 쓰였지만, 이제 교육에도 사용되고 있다. ArcBotics라는 스타트업에서는 아두이노를 기반으로 한 교육용 로봇키트인 Sparki를 만들어 여느 종합키드에 비해 저렴한 가격으로 각종 센서와 모터를 활용한 로봇제어 등 다양하고 쉽게 실습할 수 있도록 했다. 

 예전에는 비용이 많이 들고 아무나 할 수 없었던 작품제작과 프로그래밍은 어렵고 복잡하다는 고정관념을 벗어나 쉽고 아무나 할 수 있는 범용적인 분야로 바뀌고 있다. 물론 아두이노와 라즈베리 파이와 같은 싱글보드 플랫폼을 갖춘 영역에 한해서지만 앞으로 더 큰 변화가 있을 것이다. 더 나아가 스타트업이 선두주자로 나서서 이런 플랫폼을 더 개발하여 학생뿐만 아니라 일반인도 쉽게 배울 수 있는 플랫폼을 개발하여 누구나 쉽게 접하고 제작하는 시장이 형성되리라 예상한다.