무어의 법칙

마이크로프로세서 트렌드 데이터[1]

고작 9년 사이에 용량이 128MB에서 128GB로 1000배[2]나 펄쩍 뛰어오른 SD 카드[3]

1. 개요

2. 역사

3. 한계

4. 전망

• 가정용 컴퓨터의 서버화 - 컴덕과 워크스테이션 환경에선 이미 진행되는 추세로, 말 그대로 CPU와 GPU 여러 개를 박아 넣어 해결하는 방식이다. 물론 병렬연산과 그와 관련된 최적화 부분에서 기술적 발전이 필요하긴 하지만 점진적인 발전이 계속해서 있는 분야이기도 하고, 이쪽은 물리 법칙과 씨름할 필요 없이 공밀레로 잡고, 충분히 냉각과[11] 소음만 적절히 잡으면 근미래에도 충분한 메리트가 있는 방법이다. 이쪽으로 나가게 되면 1990년대처럼 컴퓨터를 아예 냉장고 같은 가구로 변모시키거나, 에어컨 설비처럼 눈에 안 보이게 때려박고 중요한 입출력 단자를 가정에 확보하는 방식으로 나아갈 것이다. 가정에 있는 사람들 개개인이 컴퓨터를 가지지 않고 적절하게 연산량을 배분 받아서 쓸 수 있고, 이론적으로는 휴대기기들을 가정 환경에서는 그냥 원격 입출력 기기로 쓰는 방식으로 휴대기기의 소비 전력 제한으로 인한 성능 제한을 없앨 수 있다는 점도 눈여겨 볼 수 있다. 넓게 보면 그래픽 카드가 세대를 거듭할수록 크기와 전력량이 늘어나는 것도 여기 해당하는 케이스 중 하나이다.
• 클라우드 컴퓨팅 - 말 그대로 클라우드에 있는 컴퓨터를 리스해서 월간 혹은 연간 비용을 얼마씩 지불하고 연산력을 할당받는 체계이다. 상술한 가정용 서버에 비해서 초기 투자 비용이 들지 않고 개인 차원에선 발열 부담이 줄어든다는 장점이 있다. 나머지 장단점은 서버가 집에(혹은 근처에) 있냐, 아니면 외딴 곳 데이터 센터에 있냐의 차이를 제외하면 대부분 공유한다. 구글을 비롯한 기업들도 이 분야로 꾸준히 투자를 하고 있으며, 통신 기술이 발전함에 따라 클라우드 게이밍이 가능해질 정도로 레이턴시가 짧아지고 대역폭이 늘어나고 있어 이쪽도 상당한 가능성이 있다. 만일 양자 컴퓨팅이 가정 환경에서 상용화 된다면 이 방향으로 나갈 가능성이 높다. 다만 이 경우 통신 인프라의 신뢰성이 매우 우수해야 하기 때문에 위의 가정용 컴퓨터의 서버화보다는 시간이 더 걸릴 것이다.
• 아키텍처 개선 - ARM CEO가 직접 언급한 부분으로, 전성비를 통해 무어의 법칙을 대체할 수 있다고 주장했다. 현재 컴퓨터 대다수가 x86기반이라 ARM이나 RISC-V라면 얘기가 달라지기 때문이다. 같은 공정이라도 ARM의 소비 전력과 발열량이 더 적으면서 성능도 전혀 꿇리지 않으므로 전성비를 통해 무어의 법칙을 극복할 수 있다는 것. 이미 Apple Silicon칩인 M1만 해도 발열량과 소비 전력 대비 성능이 매우 높게 나와서 많은 회사들이 ARM에 큰 관심을 가지기 시작했다. 아예 RISC-V는 ARM보다 더 적은 소비 전력을 가지고 있는데 5GHz를 고작 1W로 구현하며 1000개의 CPU 코어를 20W로 구현한 프로토타입까지 나온 상태다. 기존 x86으로는 한계가 있다면 차라리 ARM과 RISC-V로 개선하는 게 더 현실적이라고 할 수 있다.
• 양자 컴퓨터 - 양자 터널링을 제어할 수 없게 될 정도로 회로가 미세해졌을 때의 대안이 될 수 있는 기술이다. 자세한 내용은 해당 문서 참조. 그러나 2019년 기준으로 한창 연구 개발 중이기 때문에 상용화나 대중화까지는 시간이 걸릴 것으로 보인다.
• 3차원 적층 - 마치 도시에서 토지가 부족하면 고층 건물을 건설하듯이 한정된 칩 공간을 더 효율적으로 활용하는 방법이다. 2차원 칩에서 빙 돌아가야 했던 배선을 위아래로 이어서 단축할 수 있을 뿐만 아니라 여러 층으로 쌓인 구조는 리버스 엔지니어링을 어렵게 만들면서 보안상의 장점도 가진다. 이미 3D NAND가 이 방법을 활용한 한 사례로 여러 단으로 NAND를 적층해서 안정성을 높이고 용량을 늘린 것이다. 비메모리 반도체의 경우 층과 층 사이에서 발생하는 열을 배출해야 하는 문제가 있기 때문에 다층화까지는 다소 시간이 걸릴 전망이다.[12]
• 광학 컴퓨터 - 전자 회로 대신 광자를 이용한 광학 회로를 이용하여 연산하는 방법이다. 기존 실리콘 칩에 비해 에너지 소모와 발열이 적고 처리 속도도 빠르다.
• 다진법 회로 - 기존 2진법 회로 대신 3진법 혹은 4진법의 다진법 회로를 이용하여 연산하는 방법이다. 같은 숫자를 저장하거나 나타낼 때 자릿수가 적게 드는 장점이 있으며, 절전 효과도 있다. 연구개발은 되어있으나, 기존 2진법 회로와의 논리 소통 문제로 인해 상용화가 어려운 상황이다.
• 스핀트로닉스 - 기존 반도체와 달리 전자의 스핀을 이용한 반도체를 대신 사용하는 방법이다. 전자의 스핀에 따라 1과 0을 처리한다.

5. 기타

• 이름이 비슷한 무어스의 법칙이라는 것도 있다. 캘빈 무어스라는 학자가 1959년에 먼저 발표한 이 법칙은 정보를 검색하고 소유하는 과정보다 그로 인해 얻는 정보의 가치가 상대적으로 가치가 없을 때 해당 시스템은 사용되지 않는다는 의미로 위의 무어의 법칙 같이 오늘날 정보검색 시스템의 설계에서 여전히 핵심적 의미를 가진다고 평가받고 있다.

• 데나드의 법칙
  DRAM의 개발자 로버트 데나드 박사가 제시한 법칙으로 1972년에 발표 했다. 반도체의 1W당 성능 즉 전성비가 2년마다 두배로 늘어나고, 트랜지스터 크기가 줄어들면 전력 사용량도 줄어든다는 법칙이다.

• 황(창규)의 법칙
  2002년에 삼성전자의 황창규 기술총괄 사장이 발표한 것으로 집적 회로를 뛰어넘는 메모리의 발전으로 인해서 앞으로는 1년에 2배씩 용량이 증가할 것이라고 주장한 것인데 이후 계속해서 낸드 플래시 계열의 메모리가 급격히 발전하면서 실제로 증명되었다. 하지만 2010년, 불과 8년 만에 황의 법칙은 깨졌다. 무어의 법칙보다 늦게 주장한 법칙인데 깨지긴 더 일찍 깨졌다. 메모리의 하늘 높은 줄 모르고 솟던 용량과 바닥 낮은 줄 모르고 떨어지던 가격은 2024년 현재 둔화된 상태로 여전히 시간이 지나면 용량과 가격이 싸지지만 황의 법칙같이 1년에 2배씩은 아니다. 따라서 삼성전자의 이미지 홍보와 기술 과시를 위해 주장한 다소 무리한 법칙이었다. 그래도 8년이나 가능했던 이유는 물론 삼성전자가 이 법칙을 억지로 맞추기 위해 공돌이를 갈아 넣었기 때문이다.

• (젠슨)황의 법칙
  2020년에 엔비디아의 젠슨황 회장이 발표한 것으로 집적 회로를 뛰어넘는 AI의 발전으로 인해서 앞으로는 10년에 100p배씩 AI 연산력이 증가할 것이라고 주장한 것인데 지난 5년간의 AI 연산량을 보고 무어의 법칙이 깨졌다며 내세운것이다. 하지만 AI 연산능력 역시 무어의 법칙에 따라 트랜지스터 집적도에 따라 결정되기 때문에 업계 반응은 황당하다고 하는 중. 따라서 엔비디아의 이미지 홍보와 기술 과시를 위해 주장한 다소 무리한 법칙이었다. 그래도 황창규 전 삼성전자 사장은 2023년 인터뷰에서 황의 법칙(AI 연산, 메모리 용량)이 시너지를 일으켜 앞으로도 유효할것이라고 말했다.

• 왕의 법칙
  3년 주기로 LCD 패널 값이 절반으로 떨어진다는 왕의 법칙이 있다. 참고가 될 기사.

• P의 법칙: 팬택이 주장한 2~3년 주기로 새로운 모바일 디바이스가 등장할 전망, PC는 휴대성 결여라는 약점이 부각돼 5년 안에 사라질 것이라는 법칙. # 그러나 PC 시장은 여전히 건재하며 오히려 5년 뒤 팬택(Pantech)이 먼저 사라졌다.

• 이룸의 법칙 (Eroom's law)
  무어의 법칙의 반대 개념으로 지수적 성장을 하지 못하고 발전이 정체되거나 오히려 로가리듬처럼 시간이 갈수록 발전 속도가 느려지는 분야에 사용되는 용어이다. 주로 신약 개발, 신소재, 배터리 등의 분야에서 이러한 현상이 발생한다.

• 비르트 (Wirth)의 법칙
  파스칼을 만든 스위스의 니클라우스 비르트가 1995년 IEEE에서 발표한 법칙으로 하드웨어 속도가 발전할수록 소프트웨어의 속도는 더 느려진다는 법칙이다. 웹이 대세가 된 이후 간단한 데스크톱용 프로그램조차도 웹으로 만들면서 C/C++가 차지하던 영역마저 자바스크립트가 비집고 들어오면서 이 법칙을 잘 실현하는 중이다.

• 알고리즘의 지수 시간 복잡도를 설명하기 위해 인용되기도 한다. cpu의 성능이 매년 2배씩 증가해도 지수 시간 복잡도 알고리즘으로 해결할 수 있는 문제의 크기는 겨우 등차 수열로 증가한다.

6. 관련문서

• 암달의 법칙
• 폴락의 법칙
• 황의 법칙