트랜지스터 2,458개로 틱택토 게임을 만들었다 — 컴퓨터의 가장 밑바닥을 들여다보는 프로젝트

프로세서 없이 게임을 만든다고?

우리가 매일 쓰는 컴퓨터, 스마트폰, 심지어 스마트워치까지 전부 프로세서(CPU) 위에서 소프트웨어를 돌려서 동작하잖아요. 그런데 만약 CPU 같은 범용 칩 없이, 트랜지스터라는 가장 기본적인 전자 부품만으로 게임 하나를 통째로 만든다면 어떨까요? "Fets and Crosses"라는 프로젝트가 바로 그걸 해냈어요. 이름부터 재밌는데요, FET(전계효과 트랜지스터)와 Noughts and Crosses(틱택토의 영국식 이름)를 합친 말장난이에요.

이 프로젝트의 제작자 Philipp Schilk은 2,458개의 개별(discrete) 트랜지스터만으로 틱택토 게임을 완성했어요. 마이크로컨트롤러도, FPGA도, 심지어 기성 로직 IC도 전혀 쓰지 않았어요. 오직 트랜지스터, 저항, LED뿐이에요.

이게 왜 대단한 건지 — 트랜지스터부터 이해해봐요

트랜지스터가 뭐냐면, 전기 신호를 켜고 끄는 아주 작은 스위치라고 생각하면 돼요. 우리가 쓰는 CPU 안에는 이 트랜지스터가 수십억 개 들어있는데, 그게 전부 미세하게 칩 위에 새겨져 있어서 눈에 보이지 않거든요. 그런데 이 프로젝트는 그 트랜지스터 하나하나를 개별 부품으로 PCB(인쇄회로기판) 위에 직접 납땜해서 만든 거예요. 마치 레고 블록 하나하나로 건물을 짓는 것과 비슷해요.

보통 디지털 회로를 설계할 때는 AND, OR, NOT 같은 논리 게이트를 기본 단위로 쓰는데요, 이 프로젝트에서는 그 논리 게이트조차 트랜지스터로 직접 구현했어요. NOT 게이트 하나에 트랜지스터 1개, NAND 게이트 하나에 트랜지스터 2개, 이런 식으로 쌓아올린 거죠.

설계 구조 — 게임 로직을 하드웨어로 풀어내기

틱택토가 단순한 게임 같지만, 하드웨어로 구현하려면 꽤 많은 걸 고려해야 해요. 이 프로젝트는 크게 몇 가지 모듈로 나뉘어요.

먼저 게임 상태 저장이 있어요. 9칸 각각에 대해 "비어있음 / X / O" 세 가지 상태를 기억해야 하거든요. 소프트웨어라면 배열 하나면 될 텐데, 하드웨어에서는 각 칸마다 플립플롭(flip-flop)이라는 기억 소자를 트랜지스터로 만들어서 상태를 유지해요.

그 다음 승리 판정 로직이에요. 가로, 세로, 대각선 총 8가지 승리 조건을 검사해야 하는데, 이것도 전부 조합 논리회로(combinational logic)로 구현되어 있어요. 소프트웨어의 if문 여러 개가 하드웨어에서는 AND·OR 게이트의 조합이 되는 거죠.

입력 처리도 재밌어요. 버튼을 눌러서 수를 놓는데, 디바운싱(debouncing)이라는 처리가 필요해요. 이게 뭐냐면, 물리적인 버튼은 한 번 눌러도 접점이 미세하게 여러 번 튕기거든요. 그래서 한 번 누른 걸 여러 번 누른 것처럼 인식할 수 있는데, 이걸 방지하는 회로도 트랜지스터로 만들어야 해요.

전체 PCB는 여러 장의 보드로 나뉘어 있고, 각 보드가 특정 기능을 담당하는 모듈식 구조예요. 이게 소프트웨어의 모듈화와 굉장히 비슷한 개념이라 재밌어요.

소프트웨어 개발자에게 이 프로젝트가 주는 의미

"나는 웹 개발자인데 트랜지스터가 무슨 상관이야?"라고 생각할 수 있는데요, 사실 이런 프로젝트를 보면 우리가 매일 쓰는 추상화 계층의 깊이를 체감할 수 있어요. JavaScript로 if (board[0] === 'X') 한 줄 쓰면 끝나는 게, 하드웨어 레벨에서는 수십 개의 트랜지스터가 협력해서 동작하는 거거든요.

컴퓨터 과학을 공부할 때 디지털 논리 설계를 배우는 이유가 바로 이거예요. 소프트웨어가 궁극적으로 어떤 물리적 기반 위에서 돌아가는지를 이해하면, 성능 최적화나 임베디드 시스템 작업을 할 때 훨씬 깊은 직관을 가질 수 있어요.

특히 요즘 RISC-V 같은 오픈소스 프로세서 아키텍처가 주목받으면서, 하드웨어와 소프트웨어의 경계를 넘나드는 개발자의 가치가 점점 높아지고 있어요. 이 프로젝트처럼 극단적으로 밑바닥부터 만들어보는 경험이 그런 역량의 시작점이 될 수 있죠.

마무리

트랜지스터 2,458개, PCB 여러 장, LED 표시기 — 이 모든 게 합쳐져서 우리가 5분이면 코딩할 수 있는 틱택토 하나가 됐어요. 하지만 이 프로젝트의 진짜 가치는 게임 자체가 아니라, "컴퓨터가 동작하는 가장 기본적인 원리"를 눈으로 보고 손으로 만져볼 수 있게 해준다는 점이에요.

여러분은 자신이 쓰는 기술 스택의 몇 단계 아래까지 이해하고 계신가요? 가끔은 한 층 더 내려가보는 것도 좋은 경험이 될 것 같아요.