1980년대 컴퓨팅의 흐름이 메인프레임에서 데스크톱으로 넘어온 것처럼, 지금은 데스크톱에서 모바일 디바이스로 넘어가고 있다. 하지만 이런 흐름은 칩 디자이너에 새로운 요구를 만들어 내고 있다. 모바일 디바이스는 배터리로 작동하고, 에너지 소비가 대단히 중요하며, PC의 소프트웨어로 처리되던 많은 반복 작업들은 이제 특수 목적의 프로세서를 통해 높은 효율로 처리되고 있다.

이와 함께, 핸드헬드 디바이스들은 현재 다재다능하지만 모든 것을 하드웨어로 하지는 못한다 : 일부 기능은 소프트웨어로 하게 된다. 하드웨어 디자이너들은 새 디바이스를 만들면서 초기 단계에서 어떤 기능을 하드웨어로 하고, 어떤 기능을 소프트웨어로 처리할 지에 대한 선택을 하게 된다.

하지만 디자인 프로세스가 진행되면서 이 선택이 잘못되었다는 것을 알아챌 때가 있다. 하드웨어에 할당한 기능이 소프트웨어에서 더 잘 돌아간다든가, 혹은 그 반대상황이 있을 수 있는 것이다. 이 시점에서 디자이너는 두 가지 선택이 가능하다 : 미드스트림 대상의, 최적화된 디자인으로 변경을 위한 시간을 끄는 등으로 비용을 발생시키거나, 혹은 초기 계획으로 그대로 나온, 결함이 있는 디바이스로 시장에서 댓가를 치르는 것이다.

ACM의 17번째 국제 컨퍼런스의 프로그래밍 언어와 OS 아키텍처 서포트 부분에서, MIT의 CSAIL 연구원들은 하드웨어 디자이너들이 단일 프로그래밍 언어에서 더 명시적이고, 디자이너들이 디바이스에 넣기를 원하는 모든 기능을 지원할 수 있는 새로운 시스템을 소개했다.

이 시스템은 어떤 기능이 하드웨어에서 돌지 소프트웨어로 돌지를 표시할 수 있고, 시스템이 자동적으로 이를 반영한 회로 명세서나 컴퓨터 코드를 생성할 수 있다. 기능들에 대한 표시를 변경할 경우에도, 회로와 코드의 변경도 이에 따라 자동적으로 반영된다. 또한 어떻게 특수 목적의 하드웨어가 소프트웨어를 구동하는 범용 목적의 프로세서와 연결될지를 정의할 수 있고, 디자이너에게 소프트웨어로만 동작하는 특정 기능을 하드웨어로 통합할 지에 대한, 혹은 반대 상황에서의 알림을 주게 된다.

새로운 시스템은 1990년대부너 2000년대 초반까지 MIT 컴퓨터 과학자 Arvind, the Charles W와 Jennifer C. Johnson 전자공학, 컴퓨터 과학 교수와 그 학생들에 의해 만들어진 칩 디자인 언어인 BlueSpec이 확장된 것이다. BlueSpec Inc. 는 Arvind 가 2003년 설립했으며, 이론적인 동작을 실제 동작하는, 상업적 코드로 만들어 내고 있다.

Arvind는 1980년대 초반 엔지니어들이 새로운 칩을 설계하려면 회로 구조를 직접 그리는 데서부터 시작했다고 설명한다. “사람들이 말하기를 ‘그건 미친 짓이다’ 라고 했다” 고 말했다. “왜 이 정의를 텍스트로 쓸 수 없는가”라는 데서부터 출발하여, 1985년에는 Verilog의 첫 버전을 소개하는데, 이 언어는 디자이너들이 칩의 구성 요소를 서술하면 이를 자동적으로 회로 다이어그램으로 바꾸어 주는 것이었다.

결국, BlueSpec은 고수준의 추상적 개념을 제공하게 되었다. 회로를 직접 서술하는 게 아니라, 디자이너가 칩이 따라야 할 규칙들을 정의하면, BlueSpec은 이를 Verilog 코드 기반으로 바꾸어 명시해 주었다.

많은 디자이너들에게, 이것은 회로 설계 단계의 초기부터의 저수준 디테일에 있어 걱정했던 것 이상 효율적이었다. 그리고 이를 넘어, BlueSpec은 엔지니어들이 간과할 수 있는 지름길을 찾아 줄 수 있었으며, 규칙들을 통합하면서 더 간단한 회로를 만들 수 있도록 하고, 결과물로 나온 칩이 의도대로 움직일 수 있도록 보증해줄 수 있었다.

새로운 논문에서, Arvind와 그의 박사과정 학생 Myron King, 졸업생 Nirav Dave(SRI 인터내셔널의 컴퓨터 과학자)는 BlueSpec 명령어 셋을 확장해서, 이것이 오직 소프트웨어로만 가능한 정교한 동작을 서술할 수 있도록 했다. 그들은 또한 어노테이션(주석) 스키마를 소개했는데, 이는 프로그래머가 어떤 기능을 하드웨어로 구현하고 소프트웨어로 구현할 지 나타내면, 이들은 새로운 컴파일러를 통해 하드웨어 기능은 Verilog로 변환하고, 소프트웨어 기능은 C++ 코드로 변환한다.

King이 말하기를, “나는 알고리즘을 서로 연결된 모듈의 다발로 만들어, 그 중 하나를 하드웨어로 옮기고 싶을 때 이를 재시행할 수 있도록 고안했다. 나는 이를 다른 언어로 쓸 수 있게 했다. 우리가 무엇인가를 사람들에게 주고자 하는 것은 사람들이 알고리즘을 한 번 기술하고 그 때 알고리즘이 어떻게 나뉘어지면서 동작하는지 볼 수 있는 언어다.” 고 밝혔다.

King이 말하는 BlueSpec의 의미는 알고리즘을 명령어의 순서가 아닌 규칙의 집합으로 서술하는 것이다. 이는 사람들이 소프트웨어를 생각하는 데 있어서의 근본적인 출발점이다. 그리고 칩 디자이너에 있어서 Verilog는 BlueSpec에 비해 더 보편적인 툴이다. “하지만 이것이 하드웨어와 소프트웨어 모두를 만들어 내기 위한 계산의 방법에 있어 올바른 길이라 생각한다” 고 강조했다.

▲ MIT’s Computer Science and Artificial Intelligence Laboratory(MIT CSAIL) 로고