"내 칩 MPW"로 간지나는 아날로그 컴퓨터를 만들어볼까?

"내 칩 MPW"로 간지나는 아날로그 컴퓨터를 만들어볼까?

그동안 디지털 컴퓨팅 회로만 다뤄오다가 아날로그 컴퓨팅 회로가 궁금해졌다.

아날로그 컴퓨터를 처음 구경해 봤던것은 거의 40년 전쯤 방위병 군복무 때였다. 발칸포 부대의 정비대에서 배치되었었는데 심심하여 야전 매뉴얼이 있길래 회로도를 봤다. 거기에 아날로그 컴퓨터가 있었다. 레이더를 조준하고 전파를 발사하면 반사파를 받아 조준경에 선도각을 계산해 주는 컴퓨터였다. 짬밥이 늘어 전역할 즈음 선임병에게 부탁해 전동으로 작동하는 포탑에 타볼 수 있었다. 지나가는 비행기에 조준하고 레이더 전파를 발사하자 순간적으로 포탑을 휙 돌아갔다. 너무 신기한 나머지 작동 원리를 알려주고 싶었지만 석사출신 늙은(?) 방위병의 말을 들어줄리는 없어 입이 근질 거렸지만 참았다. 아날로그 컴퓨터의 경험은 그렇게 기억속에 뭍혔다.

인공지능을 "신경망"으로 구현한다는 디지털 컴퓨터가 초미의 관심사가 되었다. 디지털 컴퓨팅의 단점이라며 이런저런 이야기를 하며 아날로그 컴퓨팅이 미래라고 한다. Op-Amp 회로에 가산기, 적분기 같은 회로를 꾸밀 수 있으니 신경망을 구현할 수 있다는 것이다. 차동 증폭기를 응용하면 미분 방정식을 풀어 낸단다.

오픈-소스 아날로그 컴퓨터 키트 The Analog Thing 으로,

기계 진동을 해석하고,

뉴런 발화를 실험해보고,

로렌쯔 어트랙터를 실험할 수 있단다.

미분 방정식을 풀 수 있다니 호기심이 발동한다. 이 키트는 깃-허브에 공개되어 있다.

https://github.com/anabrid/the-analog-thing

https://the-analog-thing.org/

키트의 판매 가격이 만만치 않다.

한대 사볼까 하다가 마침 Op-Amps를 가지고 빵판 위에 아날로그 컴퓨터를 실험하는 동영상 이 있었다.

Building an Analog Computer with Op Amps

https://www.youtube.com/playlist?list=PL_R4uxT5thflWVbSWtl-rx5_C_q0RxjyV

마침 방학도 됐고 하니 시간이 있다면 따라해 보면 좋겠다. 아날로그 컴퓨터가 "인공지능 시대의 간지폭풍" 이란다!

단품 트랜지스터와 다이오드, 저항, 케패시터로 Op-Amp를 만들어 볼 수도 있다.

DIY Operational Amplifier

https://www.electroschematics.com/diy-operational-amplifier/

마침 동영상도 있다. (유튜브에는 없는게 없구나!)

Op-Amps

https://www.youtube.com/playlist?list=PLXDK0MeyK4ZgWkzd59wLkir7ZjI7fIsFn

Op-Amp를 넣어 "내 칩 MPW" 를 도전해 볼 만도 하겠다. 레이아웃 그리기는 그냥 "그리기"일 뿐이다. "설계"는 이해가 먼저다.

진출하기 전에 살펴보는 "파운드리에서 회로설계 엔지니어의 업무"

진출하기 전에 살펴보는 "파운드리에서 회로설계 엔지니어의 업무"

대학입시와 취업의 계절에 즈음하여 반도체관련 직군의 업무를 설명하는 정보(주로 유튜브 동영상)를 많이 접하게 된다. 마침 "파운드리에서 회로설계 엔지니어가 필요한 이유 (메모리 아니고 S.LSI 아니고 파운드리에 지원하는 이유)"라는 제목의 동영상을 접하게 됐다.

앞으로 "반도체" 분야로 진출할 생각이 있다면 이 동영상을 보면서 혼자 또는 여러 동료 학생들과 토론을 해보길 바란다. 그리고 다른이의 생각은 어떤지 그 아래 달린 댓글들도 살펴보자. 지난 몇년동안 학교에서 배웠던 그리고 수행했던 과제와 현재 실무자가 말하는 업무 내용은 다른 점이 많을 것이다. 동영상 내용 중 설계 도구(소프트웨어)에 대한 언급(오해?)도 있으니 주의깊게 들어보고 지적해 보자.

위의 동영상에서 말하는 내용은 다분히 디지털 설계에 치우쳐 있다. 반도체 물질(물리화학), 공정과 같은 제조와 장비(광학, 기계, 자동제어), 아날로그와 디지털 회로 설계(전자공학), 반도체 물류(경영, 산업공학), 테스트 기법, 설계 도구(소프트웨어)등 반도체 산업의 직군은 굉장히 넓다. 그중 디지털 설계는 한부분에 불과하다. 더 넓게 보자면 기본 구동 펌웨어(BIOS Firmware), 실시간 운영체제(RTOS)도 메모리의 내용을 설계하는 "반도체" 분야라 할 것이다. 웹 서버 같은 운영제제나 응용 프로그램도 역시 "반도체" 위에서 작동하는 것이지만 그렇게 까지 넓히지는 말자.

최근 "반도체"관련 인력난 이라면서 관련 학과 증원이 상당히 늘어 났다고 한다. 학과명 들도 미묘한 차이가 있다. 아마도 각 학교마다 보유한 교수인력의 특성에 따라 정해진 듣하다. 진학을 염두에 두었다면 "반도체" 만 볼 것이 아니라 해당 학교의 교수님 홈 페이지에 들러 내가 생각한 분야와 맞는지 한번쯤 살펴보길 권한다. 각 대학에 설치된 "반도체" 학과명들을 대략 나열해보면 아래와 같다.

"반도체 학과"
"반도체 공학과"
"나노 반도체 학과"
"지능형 반도체 공학과"
"반도체 과학기술학과"
"반도체 시스템 공학과"
"시스템 반도체 공학과"
"융합 반도체 공학 전공"
"지능형 반도체 융합 전자공학전공"
"물리반도체 학부"

무슨 차이일까? 위의 학과가 설치된 학교의 홈페이지들을 방문해 보면 단서가 잡힌다. "반도체 공학과"는 특색없이 전자공학과나 다름없어 보인다. "물리반도체"는 그냥 고체 물리학(Solid-State Physics)이다. 여기에 "지능형" 이라고 붙인 것은 혹시 "인공지능" 유행을 타려는 것 같아 마치 "바나나 맛" 우유가 연상되 개운치 않다. "반도체 시스템"은 반도체 제조공정을 강조하는 듣하고 "시스템 반도체"는 소위 말하는 SoC 설계에 자신이 있었나보다. 설계보다 검증과 테스트의 부담이 "무어의 법칙"을 무효화 시킨 원인이라는 점을 부인하지 못하지만 정작 검증과 설계 방법론(설계도구 소프트웨어)을 다루는 학과목이 눈에띄지 않는다.

우리나라의 "반도체" 산업이 제조에 치우친 탓인지 대부분 학과 내용이 "공정"이라는 인상을 준다. 학교에 직접 들어가 보지 않고 그들의 홍보 영상을 보니 그렇다는 것이다. 물론 설계 과목에서 검증을 다루고 있으리라 믿는다. 학교는 물론 학생 당사자들도 취업이 당장의 과제이니 업계에서 요구하는 인력양성 과정에 맞춰 지는 것은 어쩔 수 없는 현실인가보다.

반도체 웨이퍼 공정을 설명하는 두 동영상을 비교해 보자

반도체 웨이퍼 공정을 설명하는 두 동영상을 비교해 보자

두 그림의 다른 부분찾기를 가지고 지능이 어떻다느니 두뇌 나이가 어떻다느니 하는 것을 종종 본다. 좋지 않은 결과가 나오면 못마땅 하지만 하다보면 심심풀이 삼아 시간 죽이기는 그만이다.

아래의 두 동영상은 반도체 웨이퍼를 가공하는 과정을 설명하고 있다. 두 동영상을 비교하여 서로 어느 부분이 같게 또는 다르게 설명하고 있는지 찾아보자. 그러다 보면 반도체 칩 제조 과정의 이해를 한층 높일 수 있을 것이다.

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[공정 소개] SK hynix Wafer Fabrication

반도체 칩 제조 과정을 보기좋게(?) 보여주고 있다.  이 애니매이션의 제작자는 반도체 관련분야의 전공자가 아닐 것이다. 하지만 제작하면서 전문가의 조력을 받았을 것이고 사후 감수도 했을 텐데 아쉬운 부분이 여럿 눈에 띈다. 아래의 동영상을 보고 불편한 부분을 지적질 해보자.

Chip Manufacturing - How are Microchips made? | Infineon

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https://www.youtube.com/playlist?list=PLKtxx9TnH76QY5FjmO3NaUkVJvTPN9Vmg

디지털/아날로그 반도체 설계 자동화 도구를 소개하는 동영상

디지털/아날로그 반도체 설계 자동화 도구를 소개하는 동영상

수 많은 재능있고 헌신적인 사람들이 동영상을 자발적으로 만들어 보여주고 있다. 내용의 품질을 떠나 그들의 짧은 동영상 덕분에 편협함을 깨우칠 기회가 되어 고맙다. 반도체 설계도 예외는 아니다. 반도체 설계 도구를 설명하는 동영상을 발견 했다.

이 동영상들은 10분 미만의 시간에 반도체 설계 도구 들을 설명한다. 이 동영상에 여러 전문어(jargon)들이 등장한다. 짧은 시간내에 여러 도구들을 소개하려니 상세하지 않다. 간혹 세심함이 부족한 경우도 있다. 만일 생소한 용어나 약어들이 있다면 찾아서 자신만의 정의를 내려보자. 당장 취업을 앞두고 해당 업계 종사자들이 사용하는 전문어들에 익숙해보자. "말귀를 알아듣는 유능한 신입"이 될 것이다.

아래의 동영상을 보면 그가 말하는 것들이 부족 할 수도 있다. "내 칩 MPW"는 부족하거나 모호한 용어들을 실습을 통해 내것으로 만들 수 있는 기회가 될 것이다.

반도체 아날로그 회로설계 툴 8가지 소개! (아날로그 직무 지원자 필수 시청 영상)

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디지털 회로설계 툴 9가지 소개 1편! (디지털 직무 지원자 필수 시청 영상)