Show HN: 2학년 전기공학 전공생들이 만든 8비트 CPU

(github.com)

전기공학 전공생들이 설계한 STEPLA-1은 마이크로코드 없이 개별 로직 게이트만으로 구현된 8비트 하드와이어드 CPU로, 물리적 회로의 투명성을 극대화하여 하드웨어 설계의 근본적인 원리를 시뮬레이션과 실제 부품 수준에서 연결한 혁신적 프로젝트입니다.

이 글의 핵심 포인트

174시리즈 로직 게이트를 기반으로 한 8비트 하드와이어드 CPU 설계
2EEPROM이나 마이크로코드를 사용하지 않는 순수 조합 논리(Combinational Logic) 제어 유닛 구현
3Harvard 아키텍처 적용 및 별도의 Bootstrap Control Unit(BCU)을 통한 프로그램 로딩 기능
4물리적 브레드보드 제작을 고려한 4MHz 타겟 클록 및 타이밍 분석 완료
5기존 SAP-1 모델 대비 더 많은 명령어(16개)와 레지스터(4개) 제공

이 글에 대한 공공지능 분석

왜 중요한가?

하드웨어 설계의 추상화 계층을 낮추어 로직 게이트 수준에서 CPU의 동작 원리를 완벽하게 가시화했다는 점이 중요합니다. 이는 단순한 교육용 프로젝트를 넘어, 복잡한 현대 프로세서 설계의 기초가 되는 물리적 신호 흐름을 명확히 이해할 수 있는 강력한 도구를 제시합니다.

어떤 배경과 맥락이 있나?

최근 반도체 및 임베디드 산업에서는 하드웨어 보안과 저전력 설계를 위해 로직 수준의 검증이 중요해지고 있습니다. Ben Eater의 SAP-1과 같은 기존 교육용 CPU 모델들이 가진 '블랙박스' 문제를 극복하려는 시도는 하드웨어 설계의 투명성 확보라는 기술적 흐름과 맞닿아 있습니다.

업계에 어떤 영향을 주나?

이 프로젝트는 칩렛(Chiplet)이나 커스텀 ASIC 설계와 같이 물리적 레이아웃이 중요한 분야의 엔지니어들에게 기초적인 로직 검증 및 교육 모델로서 가치를 지닙니다. 또한, 하드웨어 레벨에서의 최적화 기법을 게이트 수준에서 구현함으로써 임베디드 시스템 설계의 새로운 영감을 제공할 수 있습니다.

한국 시장에 어떤 시사점이 있나?

반도체 설계 인력 양성이 국가적 과제인 한국에서, 이러한 로직 레벨의 정밀한 시뮬레이션 접근법은 차세대 시스템 반도체 엔지니어들의 실무 역량을 높이는 교육 프레임워크로 활용될 가능성이 큽니다.

이 글에 대한 큐레이터 의견

STEPLA-1 프로젝트는 하드웨어 설계의 '투명성'이라는 가치를 극대화한 사례입니다. 추상화된 HDL(Verilog/VHDL)이 놓치기 쉬운 물리적 신호 전달 경로와 타이밍 문제를 로직 게이트 수준에서 직접 다룸으로써, 엔지니어들에게 하드웨어의 본질적인 동작을 직관적으로 이해할 수 있는 기회를 제공합니다. 이는 임베디드 시스템이나 보안 칩 설계 시 발생할 수 있는 사이드 채널 공격(Side-channel attack) 같은 물리적 취약점을 연구하는 데도 유용한 기초 모델이 될 수 있습니다.

다만, 이러한 게이트 레벨의 접근 방식은 현대의 복잡한 SoC(System on Chip) 설계에 직접 적용하기에는 규모와 복잡성 측면에서 명확한 한계가 있습니다. 모든 신호를 개별 게이트로 관리하는 것은 극도로 높은 연산 비용과 설계 난이도를 요구하므로, 이를 상용화된 대규모 프로세서 설계에 그대로 이식하려는 시도는 비효율적일 수 있습니다. 따라서 창업자들은 이 프로젝트를 '설계 방법론의 교육적 가치'와 '물리적 검증 도구'로서 바라보되, 이를 고성능 컴퓨팅 설계로 확장하기보다는 특수 목적용 저전력/고신뢰성 칩(ASIC)의 프로토타이핑 및 로직 검증 프레임워크로 활용하는 전략적 접근이 필요합니다.

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