미리 알아보는 포스텍 수업

디지털시스템설계

Q1. 디지털시스템설계 수업에서는 어떤 내용을 공부하나요?
요즘 미래를 예측하는 키워드로 ‘4차 산업 혁명’이라는 말을 자주 듣게 됩니다. 그런데 인공지능을 포함한 4차 산업 혁명을 가능하게 한 그 기반에는 다름 아닌 디지털 기술이 있습니다. 디지털 기술을 통해 컴퓨터가 만들어지고, 컴퓨터의 성능이 발달하면서 딥러닝을 포함한 인공지능 연구가 가능해졌기 때문입니다. 디지털이란 ‘0’과 ‘1’로 정보를 표현하는 방식이고, 이러한 디지털 정보를 처리하는 시스템을 이해하고 설계하는 것이 디지털시스템설계 수업의 목표입니다. 수업 초반부에는 디지털 시스템의 기본 요소가 되는 조합 논리 회로에 대해 배웁니다. AND, OR 게이트와 같은 단위 소자들을 조합하여 좀 더 복잡한 기능을 구현하는데, 이때 적은 수의 게이트로 구현하기 위해 최적화 과정이 중요합니다. 이러한 조합 논리 회로에 정보를 저장하는 소자를 더하여, 현재 상태를 저장할 수 있는 순차 회로 혹은 순차 시스템을 만들게 됩니다. 순차 시스템으로 여러분은 엘리베이터 제어기, 교통 신호등, 자판기 등의 기본적인 전자 시스템을 설계할 수 있게 됩니다. 이와 더불어, HDL이라는 하드웨어 기술 언어를 배우고, HDL을 이용하여 디지털 시스템을 설계하는 방식도 배웁니다. HDL은 마치 프로그램 언어와 유사해서, 우리가 구현하고자 하는 시스템 기능을 소프트웨어와 같은 방식으로 기술해도, 회로 합성이라는 과정을 거쳐야 하드웨어를 만들 수 있습니다. 본 수업에서는 이러한 과정을 실험 과목과 연계하여 학생들이 직접 경험할 수 있습니다.

Q2. 디지털시스템설계를 공부하기에 앞서 미리 알고 있어야 할 지식은 무엇이 있나요?
사실 디지털시스템설계 과목을 위해 미리 공부해야 하는 지식은 그리 많지 않습니다. 그 중, 조합 논리 회로를 이해하기 위한 부울 대수와 순차 회로를 깊이 이해하기 위한 유한 상태 기계 Finite State Machine에 대해 미리 알면 도움이 되겠습니다. 아울러, 시스템을 설계하는 데 있어서 하드웨어 기술 언어인 Verilog HDL이라는 언어를 다루는데, 문법적으로는 일반 프로그래밍 언어와 유사하여 C 언어 등을 접해 본 학생이 더 수월하게 습득할 수 있습니다. 하지만, 이러한 지식이 꼭 필요한 것은 아니며, 처음 디지털시스템설계 과목을 접하더라도 충분히 재미있게 공부할 수 있을 것입니다. 수업에서 다루는 내용이 광범위하고 많을 수도 있지만, 매주 배운 내용을 복습하며 차근차근 공부한다면 어렵지 않게 마칠 수 있고, 학생들도 얻는 것이 많은 유익한 과목이라 생각합니다.

Q3. 다른 전자전기공학과 과목들과 디지털시스템설계 과목의 차이점에는 어떤 것이 있을까요?
다른 과목과 비교할 때 디지털시스템설계는 제가 학부 시절 가장 쉽고 재미있게 배운 과목입니다. 그래서, 저는 컴퓨터 공학 분야로 세부 전공을 택하고 연구를 계속하게 된 듯합니다. 포스텍 전자전기공학과 학생들이 처음 접하는 전공과목에는 회로이론, 전자기학개론, 신호 및 시스템, 전자회로 등이 있습니다. 이들 모두 전자전기공학과에서 아주 중요한 과목들인데, 이 과목들이 향후 학생들이 선택하는 세부 전공들의 기초가 됩니다. 전자전기공학과의 졸업 후 진로를 결정하는 세부 전공은 크게 회로, 통신, 컴퓨터, 제어, 반도체 등으로 나누어집니다. 컴퓨터 분야는 다시 컴퓨터 아키텍처, 임베디드 시스템, 인공지능 하드웨어, 반도체 설계 자동화 등으로 세분화되는데, 이러한 주제로 연구를 할 때 가장 기초가 되는 과목이 디지털시스템설계입니다. 여러분이 대학교 3, 4학년이 되면 세부 전공 선택으로 고민하는 학생들이 많을 것 같습니다. 세부 전공을 선택하는 한 가지 방법은 어떤 과목이 본인에게 가장 흥미가 있고 잘 맞는지, 그 기초 과목을 배우면서 생각해 보고 전공을 선택하는 것입니다.

Q4.디지털시스템설계 과목에서 배우는 내용이 향후 포스텍 전자전기공학과에서 공부를 해 나갈 때 어떤 분야에 필요한가요?
디지털시스템설계 과목을 통해 배운 지식은 전자과 내에서도 컴퓨터 공학 분야의 연구를 계속 진행할 때 꼭 필요한 내용입니다. 컴퓨터 아키텍처, 임베디드 시스템 분야 연구에서도 기존 디지털 시스템을 기반으로 여러 새로운 지식이 추가됩니다. 또한, 디지털 시스템의 설계 지식은 시스템 반도체와 같은 하드웨어 설계에도 아주 비중 있게 사용됩니다. 전 세계 반도체 산업은 크게 메모리 반도체와 시스템 반도체로 나뉘는데, 이 중 시스템 반도체가 70% 정도를 차지하고 있습니다. 더욱이, 최근 4차 산업 혁명과 인공지능 기술 발전으로 시스템 반도체 수요가 점점 더 늘어나는 추세입니다. 우리나라 대기업들도 메모리 반도체 분야에서 시스템 반도체 분야로 사업을 확장하고 있기에, 앞으로 디지털시스템설계를 기반으로 하는 여러 분야가 여러분이 선택하기에 유망한 진로라고 생각합니다.

Q5.디지털시스템설계 수업에서 배운 지식을 더 깊게 다루거나 확장시키는 과목에는 무엇이 있나요?
디지털시스템설계 수업에서는 디지털 시스템에 대한 이해와 함께 기본적인 설계 방법을 배웁니다. 이 지식을 더욱 확장하기 위한 과목으로 ‘마이크로프로세서 구조및응용’, ‘컴퓨터설계’ 그리고 ‘VLSI 설계 입문’  등이 있습니다. 마이크로프로세서와 컴퓨터설계 과목에서는 디지털 시스템 지식을 확장하여 보다 복잡한 컴퓨터 시스템을 직접 설계하고 테스트할 수 있습니다. 그리고, VLSI 설계 입문에서는 시스템 반도체를 설계하는 과정을 배우고, 상용 CAD 툴을 사용하여 직접 설계하는 경험을 하게 됩니다.

전자전기공학과 교수 강석형