30년 묵은 IBM 칩, 속살까지 다 까발려지다 — MCGA 게이트 어레이 리버스 엔지니어링

30년 전 IBM 칩의 속을 들여다보다

오래된 컴퓨터를 좋아하는 사람들 사이에서는 “칩을 뜯어본다”는 말이 진짜로 칩을 물리적으로 갈아낸다는 뜻이거든요. 이번에 한 하드웨어 연구자가 1987년 IBM PS/2에 들어갔던 MCGA라는 그래픽 칩을 통째로 역설계(리버스 엔지니어링)한 자료를 공개했어요. 회로도 한 장 남아 있지 않은 30년 전 칩을, 실물을 뜯어서 그 안의 논리 회로를 한 줄 한 줄 복원해낸 거죠.

MCGA가 뭐냐면 Multi-Color Graphics Array의 줄임말이에요. IBM이 보급형으로 내놓은 PS/2 모델 25랑 30에 넣었던 그래픽 장치인데요, 우리가 잘 아는 VGA의 동생뻘 되는 물건이에요. 320×200 해상도에서 256색을 동시에 뿌릴 수 있어서 당시 게임들이 이걸 많이 활용했죠. 문제는 IBM이 이 칩의 내부 설계를 공개한 적이 없다는 거예요. 그래서 정확히 어떻게 동작하는지는 오랫동안 미스터리로 남아 있었어요.

게이트 어레이를 거꾸로 푼다는 것

이 칩은 “게이트 어레이(gate array)”라는 방식으로 만들어졌어요. 이게 뭐냐면, 요즘처럼 칩을 처음부터 끝까지 맞춤 설계하는 게 아니라, 논리 게이트(AND, OR 같은 기본 회로 부품)를 미리 격자처럼 쫙 깔아놓은 반제품 실리콘을 만들어두고, 맨 위에 배선(금속 연결선)만 원하는 대로 그어서 기능을 완성하는 방식이에요. 마치 브레드보드에 부품은 다 꽂혀 있고 점퍼선만 바꿔 끼우는 느낌이죠. 적은 물량을 싸게 찍어낼 때 유리해서 80년대에 많이 썼어요.

역설계 과정은 생각보다 물리적이고 노가다예요. 먼저 칩의 플라스틱 포장을 산으로 녹여서 실리콘 다이를 드러내고(디캡, decap이라고 해요), 현미경으로 표면을 수백 장 찍어서 한 장의 큰 지도로 이어 붙여요. 그다음 금속 배선이 어디서 어디로 연결되는지 눈으로 따라가면서 어떤 게이트가 어떻게 묶여 있는지를 복원하는 거예요. 게이트 어레이는 부품 위치가 규칙적이라 일반 맞춤 칩보다는 추적이 수월한 편이지만, 그래도 수천 개의 연결을 손으로 따라가야 하니 엄청난 인내심이 필요한 작업이죠. 이렇게 해서 나온 결과물이 바로 원본과 똑같이 동작하는 회로도예요.

왜 이런 걸 하는 걸까

단순한 취미처럼 보이지만 의미가 꽤 커요. 이런 옛날 칩은 더 이상 생산되지 않아서, 고장 나면 고칠 방법이 없거든요. 그런데 내부 회로를 알아내면 FPGA(원하는 회로를 소프트웨어로 그려 넣을 수 있는 칩)로 똑같은 동작을 재현할 수 있어요. 즉, 죽어가는 옛날 하드웨어를 되살리거나 에뮬레이터를 더 정확하게 만드는 데 직접 쓰이는 자료가 되는 거죠. 비슷한 작업으로는 Visual6502 프로젝트가 유명한데요, 전설적인 6502 CPU(애플 II, 패미컴에 들어간 그 칩)를 트랜지스터 단위까지 복원해서 웹브라우저에서 동작을 시뮬레이션할 수 있게 만들었어요. 이번 MCGA 작업도 같은 “디지털 고고학”의 흐름 위에 있는 셈이에요.

한국 개발자에게

당장 실무에 쓸 일은 없을지 몰라도, 이런 작업은 “추상화 아래에 뭐가 있나”를 들여다보는 훈련으로서 가치가 있어요. 우리가 매일 쓰는 GPU나 그래픽 API도 결국 이런 논리 회로 위에 차곡차곡 쌓인 추상화거든요. 또 하드웨어 보안이나 칩 검증 분야에서는 이런 역설계 기법이 실제로 쓰여요. 진짜 칩인지 위조 칩인지 판별하거나, 공급망에 숨겨진 악성 회로를 찾아낼 때 똑같은 방법을 동원하니까요. 한 번쯤 “내가 쓰는 기술의 맨 밑바닥은 어떻게 생겼을까”를 떠올려보게 만드는 작업이에요.

핵심만 정리하면, 사라질 뻔한 30년 전 칩 하나를 실물에서 회로도까지 완벽하게 되살린 멋진 보존 프로젝트예요. 여러분은 지금 쓰는 기술의 ‘맨 아래층’이 어떻게 생겼는지 궁금했던 적 있나요?