러시아 역사상 가장 비밀스러운 칩, 엘브루스

2021년 불량 칩이 기념품으로 팔린 사례로 시작해, 소련 미사일 방어용 컴퓨터 엘브루스의 탄생 배경과 설계 철학, ECL 기반 2세대와 VLIW 기반 3세대의 기술적 특징을 정리한다. 공개되었던 사실과 비밀로 남았던 용도, 소련 해체 후 자금 단절과 미국 기업과의 협업 흐름까지 함께 다룬다.

⏱ 00:002021년 러시아에서는 불량으로 판정된 엘브루스 8SV 프로세서가 선물 상자에 담겨 2,500루블에 기념품으로 팔렸다. 엘브루스는 모스크바의 미사일 방어를 위해 탄생한 러시아 컴퓨터 계보이며, 대만 TSMC에서 28나노 공정으로 만들어진 칩이라는 점이 이야기의 출발점이다.

영상은 이 역설을 통해 엘브루스가 왜 만들어졌고 누구를 위한 것이었는지, 그리고 서방이 왜 거의 보지 못했는지를 따라가겠다고 예고한다.

⏱ 00:19카자흐스탄 발하시 호수 인근 미사일 시험장에서 젊은 엔지니어 보리스 바바얀이 목격한 장면이 출발점으로 제시된다. 대공 미사일 컴퓨터 M-40은 목표 미사일을 12분 비행 동안 추적해야 했는데, 발사 1분 만에 진공관이 고장 났고 예열된 예비 진공관으로 교체해 격추에 성공했다. 그러나 결과를 출력하는 도중 두 번째 진공관이 또 터졌다.

이 사례는 엘브루스가 연구실이 아니라 실전 시험장의 신뢰성 요구 속에서 설계됐다는 배경을 보여준다.

⏱ 03:02엘브루스의 핵심 인맥은 1948년 설립된 정밀기계 및 컴퓨터공학 연구소와 세르게이 레베데프다. 레베데프는 1940년대 말 MESM, 1950년대 초 BESM을 만든 인물이다. 바바얀은 1933년 바쿠에서 태어나 1951년 모스크바 물리기술연구소에서 기계 수학을 공부했고, 1954년 하드웨어 곱셈과 나눗셈 기법을 고안했다. 이 방식은 오늘날 캐리 세이브 연산으로 알려져 있으며, M-40이 이를 사용했다고 한다.

1960년대 후반 소련 지도부는 미국 IBM 기계를 복제하는 길을 택하려 했지만, 레베데프는 이를 거부했다. 복제는 당시 데이터로 보면 합리적 선택이었으나, 연구소는 다른 소프트웨어에 의존하지 않는 독자 기계를 만드는 길을 택했고 주요 고객은 군대였다.

⏱ 08:011973년 레베데프가 물러난 뒤 호환성을 원한 멜니코프와 새 구조를 원한 부르체프가 경쟁했고, 부르체프가 수석 설계자가 되면서 엘브루스 아키텍처가 확정되었다. 이름은 코카서스의 엘브루스 산에서 따왔다. 팀은 미국 Burroughs B5000에서 영감을 받아 메모리 단어마다 데이터 종류를 나타내는 태그를 달았고, 하드웨어가 숫자를 주소로 잘못 쓰는 프로그램을 잡아내도록 했다.

팀은 EL-76이라는 언어와 자체 운영체제를 만들었다. 바바얀은 이를 능력 기반 시스템이라 부르며 디버깅 시간을 10배 줄였다고 주장했다.

⏱ 11:38엘브루스 2는 TTL 로직을 버리고 빠르지만 전력 소모가 큰 ECL 로직으로 재구축되었으며 반도체 메모리가 추가되었다. 클록은 엘브루스 1보다 5배 빨랐고, 과학 연산 명령 덕분에 실질 성능은 약 10배 향상되었다고 박물관은 설명한다. 10개 프로세서가 하나의 공유 메모리에서 동작했고, 1987년 양산이 시작되었지만 1992년 생산 종료까지 200여 개 프로세서만 만들어졌다.

성능 비교에서 클록이 5배 빠른 미국 크레이 XMP와 대등하다고 평가되었다. 이는 뛰어난 설계와 낙후된 제조 기술 사이의 간극을 보여준다. 다만 이런 비교와 인텔보다 앞섰다는 주장은 연구팀과 일부 분석가의 평가에 기댄 것이며 독립적 검증 기록은 제한적이다.

⏱ 16:04엘브루스 3은 슈퍼스칼라 방식의 복잡성에 실망한 팀이 택한 VLIW 방식을 기반으로 한다. 하드웨어가 실행 중에 병렬 명령을 찾는 대신 컴파일러가 명령을 미리 묶어 두기 때문에 하드웨어는 단순해지지만 컴파일러 품질이 핵심이 된다. 16개 프로세서를 탑재했고 1991년 자고르스크에서 제작되었다고 알려진다.

그러나 1991년 자금 지원이 끊겨 디버깅은 끝내지 못했고, 그해 12월 소련이 해체되었다. 1993년에는 러시아 부품만으로 만든 엘브루스 3-1 슈퍼컴퓨터 4대가 나왔다는 보도가 있다. 로직칩은 젤레노그라드의 마이크론과 상트페테르부르크의 스베틀라나 등에서 공급받았다.

⏱ 18:12구체제 붕괴 후 연구소는 미국 기업들의 관심을 받았다. 휴렛팩커드는 주로 정보를 원했고, 썬 마이크로시스템즈는 협업을 원했다. 1992년 썬과 계약을 맺은 뒤 연구팀이 SPARC 개선과 운영체제, 컴파일러 작업에 참여했고, 이 과정에서 MCST가 설립되었다. 바바얀은 이 협력이 없었다면 팀이 존재하지 않았을 것이라고 말했다. 1995년 연구팀은 연구소를 떠났다.

2012년 엘브루스 2 프로세서 보드 세 개가 컴퓨터 역사 박물관에 기증되었다. 영상이 말하는 비밀은 기계의 존재가 아니라 어디서 무엇을 계산했는지였으며, 기밀 유지와 상업적 확장 사이의 긴장이 엘브루스의 운명에 영향을 줬다는 점으로 정리된다.