트랜지스터 3,510개를 눈으로 본다 — 전설의 6502 CPU를 브라우저에서 돌리는 Visual 6502

애플 II, 코모도어 64, 패미컴(NES), 아타리. 8비트 시대를 상징하는 이 기계들에는 공통점이 하나 있어요. 심장에 MOS 6502라는 CPU, 또는 그 변형이 들어있었다는 건데요. 1975년에 나온 이 칩은 경쟁사 CPU가 수백 달러 하던 시절에 25달러라는 파격적인 가격으로 등장해서 개인용 컴퓨터 혁명의 방아쇠를 당긴 주인공이에요. 그런데 이 전설의 칩 내부를, 트랜지스터 하나하나 수준으로, 브라우저에서 직접 들여다볼 수 있는 프로젝트가 있어요. 바로 Visual 6502예요.

실제 칩을 벗겨서 사진을 찍었어요

이 프로젝트가 특별한 건 만들어진 과정 때문이에요. 팀은 실제 6502 칩의 패키지를 산으로 녹여 벗겨내고(이걸 디캡이라고 해요), 드러난 실리콘 다이를 현미경으로 층층이 촬영했어요. 그 고해상도 사진에서 배선과 트랜지스터를 일일이 폴리곤(다각형 도형 데이터)으로 따낸 다음, 그 회로망을 그대로 자바스크립트 시뮬레이터로 옮겼거든요. 그 결과가 브라우저에서 돌아가는 트랜지스터 3,510개짜리 스위치 레벨 시뮬레이션이에요.

화면을 열면 실제 칩 레이아웃이 그대로 보여요. 클럭을 반 사이클씩 수동으로 넘기면서, 전기가 어느 배선을 타고 흐르는지, 레지스터와 데이터 버스에 어떤 값이 실리는지를 색깔로 확인할 수 있어요. 'LDA #$42' 같은 명령어 하나가 실행되는 동안 칩 안에서 무슨 일이 벌어지는지를 말 그대로 눈으로 보는 거죠.

에뮬레이터랑은 뭐가 다른데요?

좋은 질문인데요, 보통의 에뮬레이터는 '기능'을 흉내 내요. 이 명령어가 오면 레지스터에 이 값을 넣는다, 하는 식으로 명령어의 결과를 소프트웨어로 재현하는 거예요. 반면 Visual 6502는 실리콘 회로 자체를 시뮬레이션해요. 트랜지스터가 켜지고 꺼지는 물리적 동작을 따라가는 거라, 설계자가 의도하지 않았던 동작까지 실제 칩과 똑같이 나와요.

이게 왜 중요하냐면, 6502에는 공식 문서에 없는 '비공식 명령어'들이 있거든요. 회로 설계의 부산물로 우연히 생긴 동작인데, 옛날 게임 개발자들이 성능을 짜내려고 이런 것까지 활용했어요. 그래서 패미컴 게임을 정확히 에뮬레이션하려면 이 비공식 동작까지 재현해야 하는데, Visual 6502는 회로 자체를 돌리니까 자연스럽게 다 맞아떨어져요. 실제로 이 프로젝트는 정확한 에뮬레이터를 만드는 사람들에게 일종의 정답지 역할을 해왔어요.

이 프로젝트가 남긴 것들

Visual 6502는 하나의 장르를 열었어요. 같은 기법으로 모토로라 6800 같은 다른 칩들도 시각화됐고, 자바스크립트 시뮬레이터를 C로 포팅해서 훨씬 빠르게 돌리는 perfect6502 같은 후속 프로젝트도 나왔거든요. 칩을 벗겨 사진을 찍고 회로를 복원하는 실리콘 리버스 엔지니어링 커뮤니티도 꾸준히 활동하면서, 사라져가는 옛 하드웨어를 디지털로 보존하는 작업을 이어가고 있어요. 요즘으로 치면 반도체 버전의 디지털 문화재 복원인 셈이에요.

우리가 여기서 배울 점

요즘 개발은 추상화 위에 추상화를 쌓아 올린 세계잖아요. 프레임워크 아래에 런타임, 그 아래에 OS, 그 아래에 CPU가 있지만 맨 아래층을 실제로 본 사람은 드물어요. Visual 6502는 그 맨 아래층을 이보다 더 직관적일 수 없게 보여줘요. 컴퓨터 구조 수업에서 배운 페치-디코드-실행 사이클이 추상적인 그림이 아니라 진짜 전기 신호의 흐름으로 보이거든요. CS 기초를 다시 다지고 싶은 분, 또는 학생을 가르치는 분이라면 한 번쯤 열어볼 가치가 충분해요. 트랜지스터 3,510개로 애플 II를 돌렸다는 사실 자체가, 수백억 개 트랜지스터 시대를 사는 우리에게 주는 묘한 감동도 있고요.

정리하면, 실제 칩을 벗겨 만든 회로 수준 시뮬레이터로 CPU의 밑바닥을 직접 구경할 수 있는 프로젝트예요. 여러분은 지금 쓰는 기술 스택에서 몇 층 아래까지 내려가 보셨나요?