VLSI 프로젝트

VLSI 프로젝트는 1978년^[1] 로버트 칸에 의해 시작된 DARPA 프로그램으로서 마이크로프로세서 설계의 최첨단 상태를 개선하기 위한 노력의 일환으로 다양한 대학에 기반을 둔 팀에 연구비를 지원했으며, VLSI(Very Large Scale Integration)로 알려져 있다.

VLSI 프로젝트는 현대 컴퓨터 역사에서 가장 영향력 있는 연구 프로젝트 중 하나이다.그 후손으로는 1981년부터 BSD(Berkeley Software Distribution) Unix, 축소된 명령 집합 컴퓨터(RISC) 프로세서 개념, 오늘날에도 여전히 사용되고 있는 많은 컴퓨터 보조 설계(CAD) 도구, 32비트 그래픽 워크스테이션, 팹리스 제조 및 설계 하우스, 자체 반도체 제조 공장(팹) MOSIS 등이 있다.^[2]업계와 협력하는 유사한 DARPA 프로젝트인 VHSIC는 거의 또는 전혀 영향을 미치지 않았다.

VLSI 프로젝트는 산업 전반에 걸쳐 미드와 콘웨이 혁명을 촉진하는 데 중심적이었다.

프로젝트

새로운 설계 규칙

1975년 칼텍의 Carver Mead, Tom Everhart, Ivan Sutherland는 마이크로 전자공학이라는 주제에 대한 ARPA 보고서를 작성했다.미드는 지난 몇 년간 고든 무어가 1965년 예측한 복잡성 증가율을 설명하기 위해 '무어의 법칙'이라는 용어를 만들었고, 1974년 IBM의 로버트 드나드는 무어의 법칙의 근간을 이루는 축소가 시스템의 성과에도 영향을 미친다는 점에 주목했다.이러한 복합적인 효과는 컴퓨팅 파워의 엄청난 증가가 업계에 곧 나타나게 될 것임을 암시한다.^[3]1976년에 발표된 이 보고서는 이러한 "초대규모 집적회로"로 인해 나타나려고 하는 복잡성에 대처하기 위해 여러 분야에 걸쳐 ARPA 기금 개발을 제안했다.^[4]

그해 말 서덜랜드는 제록스 PARC에서 근무하던 동생 버트에게 편지를 썼다.그는 이러한 문제들을 연구하기 위해 PARC와 칼텍이 공동으로 노력할 것을 제안했다.버트는 린 콘웨이와 더그 페어뱅을 초청하여 팀을 구성하는 데 동의했다.콘웨이는 이전에 IBM에서 ACS-1로 알려진 슈퍼컴퓨터 프로젝트에서 일한 적이 있다. Mead의 노트를 고려한 후, 콘웨이는 예측되는 CMOS의 빠른 확장이 형상 크기가 줄어들고 Dennard의 속도 예측이 시작되면서 더 큰 시스템에 사용되는 다른 빠른 ECL 시스템을 능가할 수 있다는 것을 깨달았다.그것은 또한 언젠가 전체 ACS-1 메인프레임이 하나의 칩에 장착될 것이라는 것을 암시했다.^[4]1976년 서덜랜드와 미드는 새로운 복잡성에 의해 제시된 도전에 대해 Scientific American에 글을 썼다.^[5]

당시 마이크로프로세서 설계는 설계자들이 사용할 수 있는 도구가 단순히 더 복잡한 설계를 처리할 수 없었기 때문에 10만 트랜지스터 수준에서 고원화되고 있었다. 16비트 및 16/32비트 설계는 시장에 나오고 있었지만 그 너머로는 너무 어렵고 비용이 많이 들어 고려가 불가능해 보였다.미드와 콘웨이는 진보를 방해하는 이론적 문제는 없다고 느꼈고, 단순히 많은 실제적인 문제들이며, 훨씬 더 복잡한 설계가 가능하도록 하기 위해 이 문제들에 대한 해결에 착수했다.간단히 말해서, 해결책은 설계자를 위한 새로운 실용적인 규칙을 발명하고 더 큰 문제에 컴퓨터를 적용하는 것이었습니다.^[5]이 과정은 최근 고갈 모드 NMOS 로직의 도입에 의해 도움을 받아 활성 요소의 개념 모델을 크게 단순화하였다.^[6]

1970년대 중반은 서로 다른 기업에서 빠른 속도로 새로운 공정이 도입되면서 급변하는 시기였다.각각의 새로운 과정은 종종 40페이지까지 이어지는 일련의 설계 규칙으로 이어졌다.여기에는 "2마이크로미터 이상 떨어져 있는 금속층(MET)에 평행선을 배치하지 마십시오"와 같은 세부사항이 포함된다.각 레이어에 대해 수십 개의 그러한 규칙이 개발되어 최대 성능을 발휘했다.1977년 초, 콘웨이는 완전히 일반적인 규칙의 새로운 세트를 개발하기 시작했다.이것들은 어떤 주어진 시스템에 대해 가능한 최고의 성능을 제공하지는 못하겠지만, 그녀의 개념은 그것이 설계 시간을 크게 단축시켜 거의 변화가 없는 새로운 언더링 제작 기술에 적응할 수 있고, 그러한 움직임은 기존의 루의 모든 발표된 기술을 사용하는 성능상의 이점을 여러 배 제공할 것이라는 것이었다.그럴 것이다.^[6]

각 레이어의 유형을 나타내는 3개의 컬러 화이트보드 펜을 시작으로, MET, PLY, DIFF, Conway는 모든 현재 프로세스에 작용하는 일련의 설계 규칙을 개발했다.추가적으로 발전하여 모든 차원이 그 프로세스를 이용하여 가능한 기본적인 최소 형상 크기의 배수로 표현될 수 있다는 것을 깨닫게 되었고, 이는 λ(그리스 문자 람다)로 알려지게 되었다.λ은 PLY 또는 DIFF 라인의 최소 폭의 1/2로 설정되었으며, 이러한 용어로 표현된 규칙들, "한 라인은 2 λ 폭이어야 한다", "같은 레이어의 두 라인은 3 λ 이상 떨어져야 한다", "다른 레이어의 라인은 1 λ 떨어져야 한다" 등이 있다.최종 결과는 어떤 규모로든 적용되는 짧은 설계 규칙 집합이었다.콘웨이는 이후 "1977년 봄 아침 PARC의 화이트보드에서 λ 기반 규칙에 대한 전략을 발표하면서 미드의 턱이 떨어지는 것을 본 기억이 생생하다"^[7]고 언급했다.

인터넷 기반 프로세스

VLSI에 따른 주요 노력 중 하나는 설계 프로세스를 자동화하는 데 필요한 하드웨어와 소프트웨어의 제작이었는데, 그 시점에서는 여전히 대부분 수작업이었다.수십만 개의 트랜지스터가 포함된 설계의 경우, 설계 전체를 작업하는 데 필요한 메모리와 성능을 갖춘 슈퍼컴퓨터 외에는 도저히 기계가 없었다.

VLSI는 이 문제를 해결하고 그에 따라 "평균" 기업이 자동화된 도구를 사용할 수 있도록 하기 위해 스탠포드 대학교와 노스캐롤라이나 대학교 채플 힐(Chapel Hill)의 지오메트리 엔진 및 픽셀-플레인스 프로젝트에 자금을 지원하여 데스크톱 수준에서 적합한 그래픽 하드웨어를 만들었다.전자는 네트워크로 연결된 CAD 워크스테이션을 설계하기 위한 노력으로 발전했고, 스탠포드 대학 네트워크라고 알려져 있다.이는 디자인을 상품화한 선마이크로시스템즈에서와 같이 오늘날 'SUN'이라는 약자로 더 잘 알려져 있다.

이러한 새로운 도구를 실행하는 공통 소프트웨어 플랫폼을 제공하기 위해 VLSI는 또한 버클리 프로젝트에 자금을 지원하여 오늘날 버클리 소프트웨어 배포(BSD)로 알려진 표준화된 Unix 구현을 제공했다.거의 모든 초기 작업대는 Sun, SGI, 아폴로 컴퓨터 등으로 진화한 디자인을 포함하여 BSD를 사용했다.BSD는 후에 OpenBSD, FreeBSD, NetBSD, DragonFlyBSD 등 여러 후손들을 낳았다.

CAD 소프트웨어는 VLSI 노력의 중요한 부분이었다.이는 레이아웃, 설계 규칙 확인 및 시뮬레이션에 대한 CAD 기술의 주요 향상으로 이어졌다.이 프로그램에서 개발된 도구는 학술 연구 프로그램과 산업에서 광범위하게 사용되었다.아이디어는 VLSI Technology, Cadnetix, Synopsis 등의 기업이 상업적으로 구현하여 개발하였다.

이러한 도구들을 손에 넣으면서, 다른 VLSI 자금 지원 프로젝트들은 설계 복잡성에서 큰 진전을 이룰 수 있었고, RISC 혁명을 촉발시켰다.VLSI와 관련된 두 가지 주요 프로젝트는 버클리 RISC와 스탠포드 MIPS로, 둘 다 이전의 VLSI 프로젝트에서 개발된 도구에 크게 의존했다.설계팀이 테스트 예시를 제작할 수 있도록 설계팀은 전자적으로 설계안을 제출받은 자체 제작시설인 MOSIS(Metal Oxide Semiconductor Implementation Service)의 건립 자금도 지원했다.MOSIS는 오늘날에도 여전히 작동하고 있다.

MOSIS 제작 공정에서 또 다른 중요한 부분은 멀티칩 웨이퍼의 개발로, 실리콘 웨이퍼 한 개를 동시에 여러 칩 디자인을 생산하는데 사용할 수 있게 되었다.이전에는 일반적으로 웨이퍼가 단일 설계를 생산하는데 사용되었는데, 이는 시작을 고려할 수 있는 확실한 최소 생산 런이 있음을 의미했다.이와는 대조적으로 멀티칩 웨이퍼는 더 큰 실행의 중간에 작은 칩 설계가 생산되어 시동 비용과 프로토타이핑 단계를 크게 낮출 수 있었다.

수사관