CEO 수필 2020_03_30

CPU(Central Processing Unit, 중앙처리장치, 마이크로프로세서)는 전자 두뇌 반도체 칩이다.

손톱만한 실리콘 반도체 돌 조각 위에, 수십억 개의 트랜지스터를 올려놓고 원자 3~4개 크기로 컴퓨터 회로를 새겨 넣은 후 전기를 연결 해주면, 눈 깜빡 할 사이인 1초동안 수십억 번 계산을 해내며 PC와 휴대폰의 전자 두뇌 역할을 해 준다.

1982년 3월 경상북도 구미, 정부 출연 연구기관인 한국전자기술연구소 (현재는 ETRI, 한국전자통신연구원) 실험실 현미경 아래, 마치 스타워즈의 데드스타에서 보았던과 같은 거대한 금속 도시가 눈부시게 펼쳐져 있었다.

수천 수만개의 주황빛 트랜지스터와 초록빛 연결 고리, 황금빛 금속선들이 휘황 찬란하게 빛나던 초소형 전자두뇌, CPU 반도체 칩. 새끼 손톱만한 크기인 가로 세로 0.5cm, 두께 1mm의 실리콘 칩을 현미경위에 올려놓고 몇 시간씩 넋을 잃고 들여다 보며 마치 꿈속에서나 본 듯한 미래의 금속도시를 손바닥 위에 올려놓고 이 거리 저 거리 마음껏 돌아 다니며 나는 이 작지만 거대한 반도체 칩과 깊은 사랑에 빠졌다.

하루 온종일 현미경 앞에 앉아 마음껏 볼 수 있었던 이 환상적인 CPU 반도체 칩은 그렇게 나의 봄 빛, 希望이 되어 주었다. CPU 칩과 관련된 일만 할 수 있다면 그 회사의 문지기가 되어도 행복할 것 같았다.

위 사진은 가로 세로 1cm 크기의 1992년 미국 DEC사가 개발한 200MHz(2억 헤르쯔 - 1초동안 2억번
전기 스위치를 끄고 켜는 속도, MHz: 메가 헤르쯔, 1초동안 백만번 끄고 켜는 속도) CPU 반도체 칩 전체를 확대한 것이며, 오른편 사진들은 그 내부를 현미경을 통해 들여다 본 것들이다.

1번부터 7번까지 단계별로 확대해 가면 컴퓨터 전기 회로가 어떻게 반도체 칩 상에 원자 단위의 트랜지스터와 전깃줄로 그려지고 새겨지는지 볼 수 있다. 칩 상의 1번 부분을 설계된 도면(레이아웃)으로 확대해 보면 2번과
같고, 2번을 현미경으로 보면 3번과 같이 백만분의 1m 크기 단위의 트랜지스터가 보이기 시작한다. 3번을 전자 현미경으로 확대해 보면 4번과 같은 입체 구조가 드러나고, 1mm 두께의 반도체 칩을 수직으로 절단하여 현미경 사진을 찍으면 5번과 같은 전깃줄들의 단면이 보인다.  5번 부분 - 실리콘 표면 위에 만들어진 트랜지스터 - 를 확대한 것이 6번이며, 6번 번호 아래 흰 선과 바로 위 회색 사이 약간 어둡게 보이는 절연막 부분을 원자 수준 현미경으로 확대해 보면 7번과 같이 보인다. 7번 하단부 검은 배경위에 흰색 동글동글한 것들이 실리콘 원자로서 SiO₂(실리콘 다이옥사이드)라 쓰여진 중간 부분이 절연막이며 2019년 현재 반도체 가공 기술로서 이 절연막의 두께를 원자 2-3개 크기로 조각해 만들고 있다.