[번역] Moore의 법칙_1965

 오늘은 2025년 4월 19일입니다. Moore's Law 60주년이네요! 

 뜻 깊은 날을 맞이하여- 한글 번역합니다. 저로서는 "법칙"이야기는 정말 정말 많이 많이 들었는데- 원문을 한 줄 한 줄 읽어본 건- 이번 주가 처음입니다. SKHU 사내교육에서 언급을 듣고, 다음 날 생각나서 English 원문을 읽어봤습니다. 와우!! 

    Electronics, Volume 38, Number 8, April 19, 1965

  그리 길지 않은 분량입니다. 4쪽 pdf에 적당한 그림 3개가 있습니다. graph 둘과 삽화 하나입니다. 

  Google 번역을 활용하고 제가 좀 수정합니다. 적절한 강조 표시도 합니다. 

The experts look ahead 전문가가 전망합니다. 

Cramming more components onto integrated circuits 집적 회로에 더 많은 구성 요소를 밀어 넣기

With unit cost falling as the number of components per circuit rises, by 1975 economics may dictate squeezing as many as 65,000 components on a single silicon chip
회로당 부품 수가 증가함에 따라, 단위 비용이 감소함에 따라, 1975년에는 경제학적으로 단일 실리콘 칩에 최대 65,000개의 부품을 집적할 수 있습니다.

By Gordon E. Moore Director, Research and Development Laboratories, Fairchild Semiconductor division of Fairchild Camera and Instrument Corp. 

Intel 창업자인 Moore인데- 당시 소속은 Fairchild죠. 왜냐면 1965년이니까요! 궁금하신 분이 많으면 좋겠고, 그래서 제게 질문 주시면 더~~ 좋겠습니다! 

  집적 전자공학의 미래는 전자공학 그 자체의 미래입니다. 집적의 이점은 전자공학의 확산을 가져올 것이며, 이 과학은 많은 새로운 분야로 확장될 것입니다.

  집적 회로는 가정용 컴퓨터, 또는 최소한 중앙 컴퓨터에 연결된 단말기, 자동차 자동 제어 장치, 그리고 개인용 휴대용 통신 장비와 같은 놀라운 제품들을 탄생시킬 것입니다. 오늘날 전자 손목시계는 디스플레이만 있으면 구현 가능합니다.

  하지만 가장 큰 잠재력은 대규모 시스템 제작에 있습니다. 전화 통신에서 디지털 필터의 집적 회로는 멀티플렉스 장비의 채널을 분리합니다. 또한 집적 회로는 전화 회선을 교환하고 데이터 처리를 수행합니다. 

  컴퓨터는 더욱 강력해지고 완전히 다른 방식으로 구성될 것입니다. 예를 들어, 집적 회로로 구성된 메모리는 중앙 장치에 집중되는 대신 컴퓨터 전체에 분산될 수 있습니다. 또한, 집적 회로 덕분에 향상된 신뢰성 덕분에 더 큰 처리 장치를 구축할 수 있게 될 것입니다. 현재 존재하는 것과 유사한 기계는 더 낮은 비용과 더 빠른 처리 속도로 제작될 것입니다.

Present and future 현재와 미래

  집적 전자공학이란 오늘날 microelectronics라 부르는 다양한 기술뿐만 아니라, 기능 추가에 영향을 주는  모든 기술도 의미합니다. 이러한 기술은 1950년대 후반에 처음 연구되었습니다. 그 목표는 전자 장비를 소형화하여 점점 더 복잡한 전자 기능을 제한된 공간에, 그리고 최소한의 무게로 구현하는 것이었습니다. 개별 부품, 박막 구조, 반도체 집적 회로를 위한 마이크로 조립 기술을 포함한 여러 접근 방식이 발전했습니다.

  각 접근 방식은 빠르게 발전하고 융합되어 서로 다른 접근 방식의 기술을 차용했습니다. 많은 연구자들은 미래의 방향은 다양한 접근 방식의 조합이라고 믿습니다.

  반도체 집적 회로 옹호자들은 이미 박막 저항기의 향상된 특성을 활용하여 이러한 박막을 능동 반도체 기판에 직접 적용하고 있습니다. 박막 기반 기술을 옹호하는 사람들은 능동 반도체 소자를 수동 박막 어레이에 부착하는 정교한 기술을 개발하고 있습니다.

  두 가지 접근 방식 모두 효과적이었으며 오늘날 장비에 적용되고 있습니다.

  The establishment 설립

  오늘날 통합 전자 기술은 확립되어 있습니다. 이러한 기술은 새로운 군사 시스템에 거의 필수적입니다. 일부 시스템에 필요한 신뢰성, 크기, 무게는 통합을 통해서만 달성할 수 있기 때문입니다. 유인 달 탐사를 위한 아폴로 계획과 같은 프로그램은 전체 회로 기능이 최고의 개별 트랜지스터처럼 고장이 없음을 보여줌으로써 통합 전자 기술의 신뢰성을 입증했습니다.

  상업용 컴퓨터 분야의 대부분의 회사는 통합 전자 장치를 사용하는 기계를 설계 중이거나 초기 생산 단계에 있습니다. 이러한 기계는 "기존" 전자 장치를 사용하는 기계보다 비용이 저렴하고 성능이 더 우수합니다.

  다양한 종류의 기기, 특히 디지털 기술을 사용하는 기기의 수가 빠르게 증가하고 있으며, 통합을 통해 제조 및 설계 비용을 절감할 수 있기 때문에 통합을 활용하기 시작했습니다.

  선형 집적 회로의 사용은 여전히 ​​주로 군사용으로 제한되어 있습니다. 이러한 집적 기능은 비용이 많이 들고 대부분의 선형 전자 장치를 만족하는 데 필요한 다양한 기능을 제공하지 않습니다. 그러나 상업용 전자 장치, 특히 소형 저주파 증폭기가 필요한 장비에서 초기 응용 분야가 나타나기 시작했습니다.

  Reliability counts 신뢰성이 중요합니다 

  거의 모든 경우에 통합 전자 장치는 높은 신뢰성을 입증했습니다. 개별 부품에 비해 생산 수준이 낮은 현재 수준에서도 시스템 비용을 절감하고, 많은 시스템에서 성능 향상을 실현했습니다.

  통합 전자 기술은 전자 기술을 사회 전반에 걸쳐 더욱 보편화하여 현재 다른 기술로는 충분히 수행되지 않거나 전혀 수행되지 않는 여러 기능을 수행할 수 있게 해 줄 것입니다. 주요 이점은 저렴한 기능 패키지의 즉각적인 공급을 통해 비용이 절감되고 설계가 크게 간소화된다는 것입니다.

  대부분의 응용 분야에서는 반도체 집적 회로가 우세할 것입니다. 반도체 소자는 현재 집적 회로의 능동 소자로 사용할 수 있는 유일한 후보입니다. 수동 반도체 소자 또한 저비용과 높은 신뢰성이라는 잠재력 때문에 매력적으로 보이지만, 정밀성이 가장 중요한 요건이 아닌 경우에만 사용할 수 있습니다.

  실리콘은 앞으로도 기본 재료로 남을 가능성이 높지만, 특정 응용 분야에서는 다른 재료들이 사용될 것입니다. 예를 들어, 갈륨비소는 집적 마이크로파 기능에서 중요한 역할을 할 것입니다. 하지만 실리콘은 저주파에서 우세할 것입니다. 이미 실리콘과 그 산화물을 중심으로 발전된 기술 덕분에 그리고 풍부하고 비교적 저렴한 원료이기 때문입니다.

Costs and curves 비용과 곡선 

  비용 절감은 집적 전자 기술의 큰 매력 중 하나이며, 단일 반도체 기판에 더 큰 회로 기능을 생산하는 방향으로 기술이 발전함에 따라 비용 이점은 계속해서 증가하고 있습니다. 단순 회로의 경우, 부품당 비용은 부품 수에 거의 반비례하며, 이는 동일한 패키지에 포함된 동일한 반도체에 더 많은 부품이 포함되기 때문입니다. 하지만 부품이 추가됨에 따라 수율 감소가 복잡성 증가를 상쇄하고도 남을 정도로 구성품당 비용이 상승하는 경향이 있습니다. 따라서 기술 발전의 어느 시점에서든 최소 비용이 존재합니다. 현재 회로당 50개의 부품이 사용될 때 최소 비용에 도달합니다. 하지만 최소 비용은 빠르게 상승하는 반면 전체 비용 곡선은 하락하고 있습니다(아래 그래프 참조). 5년 후를 내다볼 때, 비용 도표를 보면 회로당 부품 수가 약 1,000개일 때 부품당 최소 비용이 예상될 수 있습니다(이러한 회로 기능을 적당한 양으로 생산할 수 있다는 가정 하에). 1970년에는 부품당 제조 비용이 현재 비용의 10분의 1에 불과할 것으로 예상됩니다.

  최소 부품 비용의 복잡성은 매년 약 두 배씩 증가해 왔습니다(다음 페이지 그래프 참조). 단기적으로는 이러한 증가세가 지속될 것으로 예상되며, 증가하지는 않더라도 지속될 것으로 예상됩니다. 장기적으로는 증가율이 다소 불확실하지만, 최소 10년 동안은 거의 일정하게 유지될 것이라고 생각할 근거는 없습니다. 즉, 1975년까지 최소 비용으로 집적 회로당 필요한 부품 수는 65,000개가 될 것입니다.

  저는 그렇게 큰 회로가 단일 웨이퍼에 구축될 수 있다고 믿습니다. 

Two-mil squares 

  이미 집적 회로에 사용되고 있는 치수 공차를 활용하여 고성능 트랜지스터를 2,000분의 1인치 간격으로 중심에 배치할 수 있습니다. 이러한 2밀 정사각형에는 수 킬로옴의 저항이나 다이오드 몇 개를 포함할 수 있습니다. 이를 통해 선형 인치당 최소 500개의 부품 또는 제곱인치당 25만 개의 부품을 배치할 수 있습니다. 따라서 65,000개의 부품이 약 1/4제곱인치만 차지하면 됩니다.

  현재 사용되는 실리콘 웨이퍼(일반적으로 직경 1인치 이상)에서는 상호 연결 패턴을 위한 공간 낭비 없이 부품을 촘촘하게 배치할 수 있다면 이러한 구조를 구현할 충분한 공간이 있습니다. 이는 현재 사용 가능한 집적 회로보다 더 높은 수준의 복잡성을 달성하기 위한 노력이 유전체 필름으로 분리된 다층 금속화 패턴을 사용하여 이미 진행 중이기 때문에 현실적인 선택입니다. 이러한 부품 밀도는 현재의 광학 기술로 달성할 수 있으며, 더 작은 구조를 만들기 위해 연구 중인 전자빔 작업과 같은 더욱 특수한 기술을 필요로 하지 않습니다.

  Increasing the yield 수율 높이기

  소자 수율 100% 달성에 근본적인 장애물은 없습니다. 현재 패키징 비용이 반도체 구조 자체 비용을 훨씬 초과하여 수율을 개선할 유인이 없지만, 경제적으로 정당화되는 한 수율을 높일 수 있습니다. 화학 반응에서 수율을 제한하는 열역학적 평형 고려 사항과 같은 장벽은 존재하지 않습니다. 근본적인 연구를 수행하거나 기존 공정을 대체할 필요도 없습니다. 단지 공학적 노력만 필요합니다.

  집적 회로 초창기에는 수율이 매우 낮았기 때문에 이러한 인센티브가 있었습니다. 오늘날 일반적인 집적 회로는 개별 반도체 소자와 비슷한 수율로 제작됩니다. 다른 고려 사항으로 인해 큰 배열이 바람직하다면, 동일한 패턴으로 더 큰 배열을 경제적으로 만들 수 있을 것입니다.

Heat problem 열 문제 

  하나의 실리콘 칩에 있는 수만 개의 부품에서 발생하는 열을 제거하는 것이 가능할까요?

  표준 고속 디지털 컴퓨터의 부피를 부품 자체에 필요한 크기로 줄일 수 있다면, 현재의 전력 소모량으로도 밝게 빛날 것으로 예상할 수 있습니다. 하지만 집적 회로에서는 그렇지 않습니다. 집적 전자 구조는 2차원이기 때문에 각 열 발생 중심 근처에 냉각 표면이 있습니다. 또한, 전력은 주로 시스템과 관련된 다양한 회선과 정전용량을 구동하는 데 필요합니다. 기능이 웨이퍼의 작은 영역에 국한되는 한, 구동해야 하는 정전용량의 양은 상당히 제한됩니다. 실제로 집적 구조의 크기를 줄이면 단위 면적당 동일한 전력으로 더 빠른 속도로 구조를 작동시킬 수 있습니다.

Day of reckoning 심판의 날 

  분명히 우리는 그러한 부품으로 가득 찬 장비를 제작할 수 있을 것입니다. 다음으로, 어떤 상황에서 그렇게 해야 하는지 생각해 보겠습니다. 특정 시스템 기능을 구현하는 데 드는 총비용은 최소화되어야 합니다. 이를 위해 엔지니어링 비용을 여러 개의 동일한 항목에 분할하거나, 대규모 기능 엔지니어링을 위한 유연한 기술을 개발하여 특정 배열에서 과도한 비용이 발생하지 않도록 할 수 있습니다. 새롭게 고안된 설계 자동화 절차는 특별한 엔지니어링 없이도 논리 다이어그램에서 기술적 구현으로 전환될 수 있을 것입니다.

  더 작은 기능들을 개별적으로 패키징한 후  상호 연결하여 대규모 시스템을 구축하는 것이 더 경제적일 수 있습니다. 대규모 기능의 가용성과 기능적 설계 및 구축이 결합되면 대규모 시스템 제조업체는 다양한 장비를 신속하고 경제적으로 설계하고 구축할 수 있습니다.

Linear circuitry 선형 회로 

  집적은 디지털 시스템만큼 선형 시스템을 근본적으로 변화시키지는 않을 것입니다. 그럼에도 불구하고 선형 회로에서는 상당한 수준의 집적을 달성할 수 있을 것입니다. 대용량 커패시터와 인덕터의 부족은 선형 영역에서 집적 전자 장치의 가장 큰 근본적인 한계입니다.

  이러한 소자는 본질적으로 에너지를 체적에 저장해야 합니다. 높은 Q를 위해서는 체적이 커야 합니다. 대용량과 집적 전자 장치의 비호환성은 용어 자체에서도 명백합니다. 압전 결정에서 발생하는 것과 같은 특정 공명 현상은 튜닝 기능에 어느 정도 응용될 수 있지만, 인덕터와 커패시터는 한동안 우리 곁에 있을 것입니다.

  미래의 통합 RF 증폭기는 최소 비용으로 고성능을 제공하는 통합 이득 단계와 비교적 큰 튜닝 요소로 구성될 가능성이 높습니다.

  다른 선형 함수는 상당히 변경될 것입니다. 집적 구조에서 유사한 구성 요소의 매칭 및 추적을 통해 성능이 크게 향상된 차동 증폭기를 설계할 수 있습니다. 열 피드백 효과를 사용하여 집적 구조를 극히 미세하게 안정화하면 수정 진동자 안정성을 갖춘 발진기를 제작할 수 있습니다.

  마이크로파 영역에서도 집적 전자 장치의 정의에 포함되는 구조는 점점 더 중요해질 것입니다. 관련 파장에 비해 작은 부품을 제작하고 조립할 수 있게 되면, 적어도 저주파에서는 집중 매개변수 설계를 사용할 수 있게 될 것입니다. 현재로서는 집적 전자 장치가 마이크로파 영역에 얼마나 광범위하게 침투할지 예측하기 어렵습니다. 예를 들어, 여러 개의 집적 마이크로파 전원을 사용하는 위상 배열 안테나와 같은 장치의 성공적인 구현은 레이더에 완전히 혁명을 일으킬 수 있습니다.

  번역을 하면서- 이렇게 흥분되다니!! 스스로도 대견스럽습니다!!! 

  이 article을 쓴 사람은... Moore 본인도 그랬을 꺼 같네요. 오늘은 대단한 날, 이 글의 60주년 입니다!