데나드 스케일링 (Dennard Scaling)
쉽게 풀면
트랜지스터를 작게 만들면서 동작 전압도 같은 비율로 낮추면, 소자 하나가 쓰는 전력은 크게 줄고 개수는 늘어나서 칩 전체의 단위 면적당 전력은 그대로 유지됩니다. 동시에 소자가 작아진 만큼 빨라지기도 합니다. 즉 공정을 미세화하면 속도는 빨라지고 집적도는 높아지는데 발열은 늘지 않는다는 좋은 이야기가 성립했던 시기가 있었고, 그 규칙을 데나드 스케일링이라고 부릅니다.
왜 중요한가
반도체 산업이 수십 년 동안 성능을 끌어올릴 수 있었던 이론적 근거였으며, 집적도만 말하는 무어의 법칙과 짝을 이루어 인용됩니다. 더 중요한 것은 이 법칙이 2000년대 중반 이후 깨졌다는 사실인데, 전압을 더 낮추면 누설 전류가 급증해 전력이 오히려 늘어나기 때문입니다. 이 붕괴가 멀티코어 전환, 저전력 설계 기법, 가속기 중심 구조로의 이동을 촉발한 배경으로 설명됩니다.
논문에서는 이렇게 쓰입니다
법칙이 깨진 뒤 전력이 성능의 새로운 상한이 되었음을 설명한 문장입니다.
조금 더 깊게 보면
치수, 산화막 두께, 전압을 모두 1/k로 줄이고 도핑 농도를 k배로 올리면 전류는 1/k, 지연 시간은 1/k, 소자당 동적 전력은 1/k제곱으로 줄어드는 반면 소자 밀도는 k제곱배가 되어 전력밀도가 일정하게 유지된다는 것이 원래의 논증입니다. 이 논증은 문턱전압도 함께 낮출 수 있다는 가정에 기대는데, 문턱전압을 낮추면 문턱이하 스윙의 한계 때문에 누설 전류가 지수적으로 증가합니다. 결국 공급 전압 축소가 1V 부근에서 멈추면서 동적 전력이 면적당으로 계속 늘어났고, 전력 게이팅이나 동적 전압주파수 조정 같은 기법이 필수가 되었습니다.
주의할 점
데나드 스케일링과 무어의 법칙은 자주 혼동되지만, 전자는 전력과 속도에 관한 물리적 축소 규칙이고 후자는 집적도 증가 추세에 관한 경험적 관찰입니다. 이 법칙은 현재 성립하지 않는 과거의 규칙으로 인용된다는 점을 유념해야 합니다.