인텔 4004, 계산기 칩 주문이 마이크로프로세서가 된 과정

안방과 주방, 욕실이 서로 다른 별채에 흩어져 있는 집을 떠올려 보세요. 요리 한 번 하려 해도 건물 사이를 오가며 문을 열고 복도를 지나야 하니 불편하고 시간도 오래 걸립니다.

컴퓨터의 두뇌도 한동안 그렇게 여러 부품으로 나뉘어 있었습니다. 1971년에 공개된 인텔 4004는 이 기능들을 한 칩에 모은 마이크로프로세서로 널리 소개되며, 계산기 회사의 주문 하나에서 시작됐다는 점이 흥미롭습니다.

집 리모델링은 구조만 바꾸지만, 칩은 프로그램으로 쓰임새까지 바꿀 수 있다는 점이 다릅니다. 이 글은 4004가 태어난 과정과 의미를 공개 자료로 확인되는 사실의 범위 안에서 정리합니다.

마이크로프로세서란, 연산과 제어를 한 칩에 모은 것

마이크로프로세서(Microprocessor)는 중앙처리장치(CPU)의 연산과 제어 논리를 하나의 집적회로, 또는 소수의 집적회로에 담은 프로세서입니다. 산술과 논리 연산을 하고 기계어 명령을 실행하는, 컴퓨터의 두뇌 역할을 하는 부분이죠.

이전의 CPU는 여러 장의 회로 기판과 많은 개별 칩으로 구성되는 것이 일반적이었습니다. 한 칩에 담으면 크기와 부품 수, 연결 개수가 줄어들고, 반도체 공정의 대량 생산 방식으로 가격을 낮출 길이 열립니다.

계산기 주문에서 출발한 설계

출발점은 1969년 4월입니다. 일본의 계산기 업체 비지컴(Busicom)이 인텔에 전자계산기용 칩셋 생산을 의뢰했고, 초기 제안은 일곱 개 칩으로 이루어진 세트였으며 그중 CPU만 세 개 칩이었다고 기록됩니다.

인텔의 마시안 호프(Marcian Hoff)는 계산기마다 전용 논리를 새로 설계하는 대신 더 단순한 구조를 제안했습니다. 페데리코 파긴(Federico Faggin)이 1970년 4월부터 설계를 이끌었고, 스탠리 메이저(Stanley Mazor)와 비지컴의 시마 마사토시(Masatoshi Shima)도 설계에 참여했습니다.

결국 칩셋은 네 개로 줄어든 구성으로 정리되었습니다. 설계의 핵심은 계산기에 필요한 동작을 회로 모양이 아니라 명령의 순서로 표현할 수 있게 한 것입니다.

4004의 구성, 네 개의 칩이 이룬 세트

인텔 4004는 한 번에 4비트 데이터를 다루는 마이크로프로세서입니다. 10µm 실리콘 게이트 pMOS 공정으로 만들었고 약 2,300개의 트랜지스터를 담았으며, 최대 클록은 740kHz 안팎으로 알려져 있습니다.

4004 혼자서 컴퓨터가 되는 것은 아니고, 프로그램을 담는 ROM과 데이터를 담는 RAM, 입출력 칩과 한 세트를 이룹니다. 한 칩에 CPU를 모았다는 말은 컴퓨터 전체를 한 칩에 넣었다는 뜻이 아니라는 점을 기억해 두세요.

설계 권한이 풀리고 범용 부품이 되기까지

1969년 10월의 계약에서 설계 권한은 비지컴이 갖는 것으로 정해졌습니다. 1971년 5월에 비지컴이 인텔의 독점 조건을 풀어 주었고, 이 변화로 칩을 다른 고객에게도 공급할 길이 열렸다고 설명됩니다.

칩은 1971년 3월에 비지컴에 먼저 납품된 것으로 기록되고, 가장 이른 것으로 알려진 광고는 1971년 11월 15일자입니다. 그래서 출시 시점을 말할 때는 1971년으로 쓰되, 날짜는 기준에 따라 다르게 적힐 수 있습니다.

프로그램으로 기능을 바꾼다는 발상

계산기마다 새로 설계하는 전용 회로가 정해진 일만 하는 도구라면, 4004는 프로그램이 기능을 정하는 구조입니다. 프로그램을 ROM에 담아 두면 칩이 명령을 차례로 읽어 실행하므로, 같은 칩으로 다른 일을 시키려면 프로그램만 바꾸면 됩니다.

이 지점이 마이크로프로세서의 진짜 의미입니다. 하드웨어를 새로 설계하지 않고 소프트웨어를 바꿔 제품의 기능을 바꿀 수 있게 되면서, 계산기 밖의 다양한 기기로 쓰임새가 퍼질 길이 열렸습니다.

인텔 4004 전후의 연표, 주문에서 범용 칩까지

연표에서 눈에 띄는 것은 계약, 납품, 독점 해제 같은 사업상의 사건이 기술의 방향과 함께 움직였다는 점입니다. 기술이 좋다고 저절로 범용 부품이 되는 것이 아니라 공급 조건이 바뀌어야 시장이 열렸다는 뜻이죠.

인텔 4004를 둘러싼 흔한 오해

첫째는 4004가 세계 최초의 마이크로프로세서라고 하나로 단정할 수 있다는 생각입니다. 4004는 최초의 상업 판매 마이크로프로세서로 소개되지만, 공개되지 않았던 군용 설계처럼 비슷한 시기의 다른 사례가 있어서 최초라는 표현에는 조건이 붙습니다.

둘째는 4004 한 개로 계산기가 완성됐다는 이해입니다. 앞서 본 것처럼 프로그램을 담은 ROM과 데이터용 RAM, 입출력 칩이 함께 있어야 계산기로 동작했습니다.

셋째는 4004가 오늘의 CPU처럼 빠르고 복잡했다는 상상입니다. 4비트 데이터를 약 2,300개의 트랜지스터로 처리했으니, 오늘의 칩이 수십억 개 단위의 트랜지스터를 담는 것과 비교하면 규모가 아주 작았습니다.

전용 로직과 4004와 후속 칩의 비교 표

구분	계산기 전용 로직	4004	8비트 후속 칩
구성 방식	제품마다 새로 설계한 고정 회로	CPU를 한 칩에 모은 4비트 마이크로프로세서	CPU를 한 칩에 모은 8비트 마이크로프로세서
기능을 바꾸는 방법	회로를 다시 설계해야 함	ROM의 프로그램을 바꿈	프로그램을 바꿈
한 번에 다루는 데이터	설계에 따라 다름	4비트	8비트
주된 쓰임	해당 제품 하나	계산기 중심	범용 마이크로컴퓨터의 바탕
의미	정해진 일만 하는 회로	프로그램으로 일을 바꾸는 한 칩 CPU의 출발	마이크로컴퓨터 시대로 이어진 확장

핵심 정리

인텔 4004는 계산기 칩셋 주문에서 출발해 CPU의 기능을 한 칩에 모은 4비트 마이크로프로세서이며, 프로그램으로 쓰임새를 바꾸는 구조가 핵심입니다. 같은 시기에 다른 사례가 있어 최초라는 표현은 조심해서 써야 하지만, 상업적으로 판매된 첫 마이크로프로세서라는 설명은 널리 받아들여집니다.

별채로 나뉘었던 집을 한 채의 구조로 합치자 생활 동선이 달라졌듯, CPU를 한 칩에 모은 뒤 컴퓨터는 훨씬 작고 값싼 기기로 퍼져 나갈 수 있었습니다. 칩의 역사를 읽을 때는 트랜지스터 수보다 어떤 구조적 선택이 쓰임새를 넓혔는지를 살펴보세요.

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