컴퓨터 칩이란 무엇인가요?
컴퓨터 칩은 전자 회로가 내장 된 반도체 재료의 작은 웨이퍼입니다. 컴퓨터 칩에는 데이터 신호를 전송하는 트랜지스터라는 수백만 개의 미세한 전자 부품이 포함되어 있습니다. 처음에 칩은 물리적으로 컸고 컴퓨팅은 국립 연구소, 대학 또는 대기업에서만 수행하는 작업이었습니다. 컴퓨터 칩 기술의 추가적인 혁신은 모든 유형의 고급 분석, 그래픽 및 기계 학습 애플리케이션을 지원하는 고성능 프로세서의 개발로 이어졌습니다. 컴퓨터 칩의 크기가 줄어들면서, 집에서 사용할 수 있는 더 작은 컴퓨터를 만드는 것이 가능해졌습니다. 오늘날 컴퓨터 칩은 전자레인지에서 칫솔에 이르기까지 우리 생활의 어디에나 존재합니다.
컴퓨터 칩은 어떻게 만들어지나요?
컴퓨터 칩은 일반적으로 제조 공장 또는 팹이라는 공장에서 제조되며, 모래에서 발견되는 일반적인 화학 원소인 실리콘을 주원료로 합니다. 실리콘은 반도체로 전기 전도성이 구리와 같은 금속과 유리와 같은 절연체 사이입니다.
다음은 칩 제조 과정을 요약한 것입니다.
실리콘 추출 및 성형
단결정 실리콘 잉곳은 모래를 녹이고 정제하여 추출됩니다. 잉곳은 거의 100% 순수하며, 세척, 연마 및 이산화규소 층으로 코팅된 매우 얇은 칩으로 절단됩니다. 포토레지스트라는 화학 물질의 추가 코팅이 실리콘 웨이퍼 위에 추가되어 감광도를 높입니다. 이 과정에서 먼지나 기타 이물질로 오염되지 않도록 엄격한 예방 조치가 취해집니다. 기본 실리콘 칩이 준비되면 그 위에 전자 회로가 에칭됩니다.
회로 에칭
실리콘 웨이퍼는 마스크라는 회로 패턴 플레이트로 덮여 있으며 자외선에 노출됩니다. 빛은 회로 패턴에서 노출된 포토레지스트 재료를 경화시킵니다. 그런 다음 뜨거운 가스가 노출된 물질을 녹여 아래에 있는 이산화규소를 드러냅니다. 마스크의 회로 설계 패턴을 복제하는 3D 환경은 남겨집니다.
칩 제조 공정에서 에칭은 웨이퍼에서 층을 화학적으로 제거하는 것이고 도핑은 웨이퍼를 변형시키기 위해 불순물을 넣는 것입니다. 더 복잡한 집적 회로를 만들기 위해 동일한 컴퓨터 칩에서 에칭과 도핑의 과정을 수백 번 반복할 수 있습니다.
컴퓨터 칩은 어떻게 작동하나요?
컴퓨터 칩은 회로 요소를 통해 전기 신호를 전송하여 작동합니다.
아날로그 집적 회로
아날로그 회로는 주어진 시간 동안 연속적이고 다양한 신호를 전송합니다. 출력 신호는 전압이 정비례하는 입력의 선형 함수입니다. 이러한 유형의 집적 회로는 타이머, 비교기, 전압 조정기 및 연산 증폭기와 같은 디바이스 기능에 사용됩니다. 아날로그 칩은 스위프 발생기, 발진기, 오디오 증폭기 및 필터에 사용됩니다.
디지털 집적 회로
디지털 회로는 불연속 또는 이진 신호를 전송합니다. 출력 전압은 높거나 낮을 수 있습니다. 고전압은 부울 값 1을 나타내고 저전압은 값 0을 나타냅니다.
디지털 회로는 AND, OR 및 NAND와 같은 다양한 논리 연산을 수행하도록 설계되었습니다. 예를 들어 논리 OR 연산은 부울 덧셈에 해당하며 컴퓨터 덧셈 연산의 기초가 됩니다. 따라서 디지털 집적 회로는 모든 컴퓨팅 작업의 기초를 이루며, 모든 프로그래밍 가능 장치, 로직 보드, 마이크로 컨트롤러 및 메모리에 매우 중요합니다.
혼합 신호 집적 회로
혼합 칩은 아날로그 칩과 디지털 칩의 요소를 결합합니다. 하이브리드 설계를 통해 디지털-아날로그 및 아날로그-디지털 변환기 역할을 하는 칩을 만들 수 있습니다. 이러한 고급 집적 회로는 현대 컴퓨팅의 또 다른 핵심 구성 요소입니다.
양자 회로
양자 회로는 컴퓨팅 진화의 다음 단계입니다. 양자 회로는 기본 큐비트 또는 양자 비트에 대한 일련의 논리적 양자 연산을 정의하는 컴퓨팅 루틴입니다. 큐비트는 부울 디지털 신호와 다른 양자 입자로 표시됩니다. 부울 신호는 1 또는 0이지만 큐비트는 상태의 중첩에 배치할 수 있습니다. 양자 회로가 있는 칩은 신흥 기술인 양자 컴퓨팅의 기초를 이룹니다.
컴퓨팅 칩에는 어떤 것들이 있나요?
컴퓨터 칩은 기능에 따라 크게 네 가지 범주로 분류됩니다.
메모리 칩
메모리 칩은 컴퓨터와 스토리지 디바이스에 프로그램과 데이터를 저장합니다. RAM 칩은 임시 스토리지를 제공하는 반면 플래시 드라이브와 솔리드 스테이트 드라이브(SSD)는 정보를 영구적으로 저장할 수 있습니다. 플래시 메모리 장치는 전류가 차단된 경우에도 데이터를 저장할 수 있습니다.
로직 칩
로직 또는 프로세서 칩은 작업을 완료하기 위해 데이터를 처리하며, 현대 전자 디바이스의 두뇌 역할을 합니다. CPU는 서버 및 기타 컴퓨팅 하드웨어의 마이크로프로세서에서 발견되는 주요 로직 칩 유형입니다. 그러나 특정 기능용으로 로직 칩을 설계할 수도 있습니다. 다음은 몇 가지 예입니다.
- 그래픽 처리 장치는 시각적 디스플레이를 최적화하도록 설계되었습니다.
- 신경 처리 장치는 딥 러닝 및 기계 학습 애플리케이션용으로 설계되었습니다.
ASIC
ASIC(Application-Specific Integrated Chip)는 특정 용도를 위해 반복적인 처리 루틴을 수행하도록 설계되었습니다. 이러한 최신 칩은 바코드 스캐너와 같은 단일 용도 어플라이언스를 위해 대량 생산됩니다. 또 다른 예로 ASIC가 새로운 비트코인을 생산하는 데 필요한 복잡한 수학적 루틴을 수행하는 비트코인 채굴이 있습니다.
SoC
SoC(System on a Chip)는 최신 유형의 칩으로, 전체 시스템에 필요한 모든 전자 부품이 하나의 칩에 내장되어 있습니다. SoC 기능은 마이크로컨트롤러보다 더 광범위합니다. 마이크로컨트롤러는 일반적으로 CPU를 메모리 및 I/O 처리와 결합합니다. 그러나 SoC는 그래픽, 오디오, 카메라 및 비디오 처리를 통합할 수 있습니다.
AWS는 컴퓨터 칩 혁신에 어떻게 기여할까요?
Amazon Web Services(AWS)는 클라우드에 최적화된 사용자 지정 컴퓨터 칩을 설계하는 데 수년을 투자해 왔습니다. 그 결과 Amazon Elastic Compute Cloud(Amazon EC2)는 다양한 컴퓨팅, 메모리 및 스토리지 집약적 워크로드에 최적화된 AWS 설계 프로세서를 기반으로 하는 인스턴스를 제공합니다. 또한 Amazon EC2는 기계 학습(ML) 훈련 및 추론을 위한 목적별 기계 학습 칩도 제공합니다.
다음과 같은 AWS 혁신 기술도 있습니다.
- AWS Nitro System은 차세대 Amazon EC2 인스턴스를 위한 기본 플랫폼입니다. 이를 사용하여 더 빠른 속도로 혁신하고, AWS 고객이 부담하는 비용을 추가로 줄이고, 향상된 보안 및 새로운 인스턴스 유형 등의 추가 혜택을 제공할 수 있습니다.
- AWS Graviton 프로세서는 애플리케이션에 최상의 가격 대비 성능을 제공합니다. AWS Graviton 기반 인스턴스는 동급 x86 기반 인스턴스보다 최대 40% 더 뛰어난 가격 대비 성능을 제공합니다.
- AWS Inferentia 액셀러레이터는 딥 러닝 추론 애플리케이션에 필요한 고성능을 최저 비용으로 제공하도록 설계되었습니다.
- AWS Trainium 기계 학습 칩은 클라우드에서 딥 러닝 모델 훈련을 위한 최상의 가격 대비 성능을 제공하도록 설계되었습니다.
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