마이크로프로세서

MOSFET은 높은 밀도와 확장성을 가지고 있어 집적 회로(IC) 제작에 최적화된 소자였습니다. 이전의 바이폴라 접합 트랜지스터(BJT)에 비해 전력 소모가 적고 소형화가 용이했기 때문에, 수천, 수만 개의 트랜지스터를 하나의 칩에 집적해야 하는 마이크로프로세서의 탄생은 이 기술 없이는 불가능했습니다.

이들이 개발한 MP944 칩셋은 20비트 파이프라인 구조를 갖춘 고성능 시스템이었습니다. 하지만 군사 기밀이라는 특수성 때문에 1998년 기밀이 해제될 때까지 세상에 알려지지 않았습니다. 상업적으로 판매되지는 않았지만, 기술적으로는 인텔보다 앞선 시기에 다중 칩 마이크로프로세서 구조를 완성했습니다.

AL1은 8비트 산술 논리 장치(ALU)와 레지스터를 포함하고 있었지만, 제어 장치가 외부에 있어 완전한 단일 칩 마이크로프로세서로 분류하기엔 논쟁의 여지가 있었습니다. 훗날 1990년대 텍사스 인스트루먼트와의 특허 소송에서 리 보이젤은 AL1을 시연하며 인텔 이전의 기술적 성취를 증명해 보이기도 했습니다.

TI는 인텔과 달리 주로 계산기 시장을 겨냥하여 칩을 개발했습니다. 이 칩은 프로그램이 ROM에 내장된 형태(마스크 프로그래밍)였으며, 범용 프로세서라기보다는 특정 목적을 가진 마이크로컨트롤러(MCU)의 성격이 강했지만, 단일 칩에 연산 기능을 집적했다는 점에서 마이크로프로세서 역사의 중요한 축을 담당합니다.

원래 컴퓨터 터미널 회사인 CTC(Computer Terminal Corporation)의 주문으로 개발되었으나, CTC가 사용을 포기하면서 인텔이 독자적으로 판매하게 되었습니다. 비록 속도는 느렸지만, 8008은 초기 마이크로컴퓨터 제작자들에게 영감을 주었고, 이후 8080으로 이어지는 x86 아키텍처의 먼 조상이 되었습니다.

6800은 단일 5V 전원만으로 작동하여 시스템 설계를 단순화할 수 있는 장점이 있었습니다. 자동차 제어 장치나 산업용 장비에 널리 사용되었으며, 훗날 애플 컴퓨터 등에 사용된 6502 프로세서 개발의 기술적 모태가 되기도 했습니다.

초기 AMD는 인텔 프로세서를 복제 생산(Reverse Engineering)하거나 라이선스 생산하는 방식이 주력이었으나, Am2900 시리즈를 통해 고성능 연산이 필요한 군용 및 산업용 시장에서 입지를 다졌습니다. 이는 훗날 인텔의 유일한 맞수가 되는 AMD의 첫걸음이었습니다.

TMS 9900은 TI의 미니컴퓨터 아키텍처를 단일 칩으로 옮겨놓은 형태였습니다. 하지만 주변 장치와의 호환성 문제와 높은 가격, 그리고 8비트 시장의 강력한 지배력 때문에 대중적인 성공을 거두지는 못했습니다. 기술적으로는 앞섰으나 시장 표준을 장악하지 못한 사례로 남았습니다.

VAX 미니컴퓨터와 유사한 직교 명령어 세트를 갖추어 소프트웨어 개발이 용이했습니다. 그러나 칩의 버그와 마케팅 부족으로 인해 기술적인 우수성에도 불구하고 시장 점유율을 확보하는 데 실패했습니다. '존재했으나 잊혀진' 32비트의 선구자였습니다.

8088은 16비트 프로세서였지만 8비트 주변 장치와 호환이 가능하여 시스템 구축 비용이 저렴했습니다. IBM은 이러한 경제성을 이유로 모토로라 68000 대신 인텔 8088을 선택했고, 이 결정은 인텔을 마이크로프로세서 시장의 절대 강자로 만드는 결정적인 계기가 되었습니다.

이 칩은 AT&T의 통신 시스템과 미니컴퓨터에 사용하기 위해 개발되었습니다. 15만 개의 트랜지스터를 집적하고 C언어 실행에 최적화된 설계를 갖추었으나, AT&T의 독점 금지법 이슈 등으로 인해 일반 시장에는 널리 판매되지 못했습니다.

286 프로세서는 메모리 보호 기능을 갖춘 '보호 모드'를 처음으로 도입하여 멀티태스킹의 가능성을 열었습니다. 그러나 보호 모드에서 다시 리얼 모드(기본 모드)로 돌아오는 과정이 매우 복잡하여 빌 게이츠로부터 '뇌사 상태의 칩'이라는 혹평을 듣기도 했습니다.

에이콘의 엔지니어들은 모토로라 6502의 설계를 참고하면서도 불필요한 복잡성을 제거한 간결한 32비트 칩을 만들었습니다. 1985년 첫 샘플이 나오게 되는 이 칩은 당시에는 데스크톱 컴퓨터용으로 개발되었지만, 구조가 단순하고 전력 소모가 적다는 특징 덕분에 훗날 스마트폰 시대의 절대 강자로 부상하게 됩니다.

68020은 3단계 파이프라인과 256바이트의 온칩 캐시를 탑재하여 연산 속도를 비약적으로 높였습니다. 애플 매킨토시 II와 썬 마이크로시스템즈의 워크스테이션 등에 탑재되어 고성능 그래픽과 엔지니어링 작업에 널리 사용되었습니다.

이들은 RISC(축소 명령어 집합) 기술이 결국 CISC(복잡 명령어 집합)인 x86을 압도할 것이라고 믿었습니다. PowerPC 칩은 이후 애플의 매킨토시 컴퓨터(Power Mac)와 IBM의 서버, 그리고 닌텐도 게임큐브 등 게임 콘솔의 심장으로 사용되며 90년대 고성능 프로세서의 한 축을 담당했습니다.

알파 칩은 '가장 빠른 칩'이라는 타이틀을 오랫동안 유지했습니다. 경쟁사들이 100MHz를 힘겹게 넘길 때 이미 200MHz를 돌파하는 괴력을 보여주었습니다. 비록 상업적으로는 x86의 범용성에 밀려 사라졌지만, 그 설계 사상은 훗날 AMD의 하이퍼트랜스포트 기술과 멀티스레딩 기술에 막대한 유산을 남겼습니다.

특정 나눗셈 계산에서 미세한 오차가 발생하는 이 버그는 일반 사용자에게는 거의 영향이 없었으나, 인텔의 초기 대응 실패로 신뢰도에 치명타를 입었습니다. 결국 인텔은 전량 리콜(교환)을 결정하며 4억 7,500만 달러의 손실을 입었지만, 이 사건을 계기로 엄격한 품질 관리와 소비자 대응 시스템을 확립하게 됩니다.

K5는 겉으로는 x86 프로세서였지만 내부적으로는 RISC 아키텍처(Am29000 기반)를 사용하여 x86 명령어를 변환 처리하는 선진적인 구조를 가졌습니다. 설계 지연과 제조 공정 문제로 시장에서의 성공은 제한적이었으나, AMD가 인텔의 진정한 경쟁자로 성장하기 위한 기술적 수업료를 지불한 시기였습니다.

초기 펜티엄 4는 높은 클럭 수치에 비해 클럭당 명령어 처리 횟수(IPC)가 낮아, 동급 클럭의 펜티엄 III보다 느린 경우도 있었습니다. 하지만 인텔은 3GHz, 4GHz를 향해 질주하며 마케팅적으로는 성공을 거두었습니다. 그러나 물리적 한계에 부딪히며 '프레스캇' 코어 시절에는 엄청난 발열로 비판받게 됩니다.

펜티엄 M은 과거 펜티엄 III의 P6 아키텍처를 개량한 것으로, 클럭은 낮지만 실성능은 뛰어났습니다. 이는 무조건적인 고클럭 정책이 틀렸음을 내부적으로 증명한 사례였으며, 향후 인텔이 넷버스트 아키텍처를 폐기하고 '코어 아키텍처'로 선회하는 결정적인 기술적 토대가 되었습니다.

아톰은 명령어 순차 실행(In-order) 방식을 다시 도입하여 트랜지스터 수를 줄이고 전력 소모를 극단적으로 낮췄습니다. 비록 스마트폰 시장 진입에는 실패했지만, 저렴한 미니 PC와 임베디드 시스템 시장에서 x86의 영역을 확장하는 데 기여했습니다.

샌디브릿지는 뛰어난 성능과 효율성으로 '전설의 명기'로 불리며 오랫동안 현역으로 사용되었습니다. 또한 AVX 명령어 세트를 도입하여 부동 소수점 연산 성능을 대폭 강화, 멀티미디어와 과학 연산 분야에서 큰 진보를 이뤘습니다.

이는 모바일 프로세서의 big.LITTLE 구조를 데스크톱 환경에 맞게 적용한 것입니다. 라이젠에 밀리던 멀티스레드 성능을 되찾고 전력 효율을 개선하려는 시도였습니다. 윈도우 11의 스케줄러와 연동하여 작업의 종류에 따라 적절한 코어에 작업을 할당하는 방식은 PC 프로세서 설계의 새로운 표준이 되었습니다.

메테오레이크는 타일(Tile) 구조를 적용하여 CPU, GPU, SoC, I/O 다이를 각각 다른 공정으로 생산해 하나로 합쳤습니다. 클라우드 연결 없이도 노트북에서 AI 기능을 효율적으로 수행할 수 있도록 설계되었으며, 이는 AMD와 애플, 퀄컴 등 모든 제조사가 'AI 전용 칩' 경쟁에 뛰어드는 기폭제가 되었습니다.