우주를 지배했던 IBM 4 Pi 컴퓨터: 현대 엔지니어링이 잃어버린 극한의 안정성에 대하여

최근 AWS 리전 하나가 흔들리거나 쿠버네티스 클러스터에 장애만 생겨도 난리가 나는 시대에 살고 있다. 우리는 99.999%의 가용성을 자랑스럽게 이야기하지만, 1981년 우주왕복선 컬럼비아호에 탑재된 컴퓨터들의 설계를 보면 겸손해질 수밖에 없다.

Ken Shirriff의 블로그에 올라온 IBM System/4 Pi 컴퓨터의 역사를 다룬 글을 읽으며, 시니어 엔지니어로서 많은 생각이 들었다. 단순한 레트로 하드웨어 리뷰가 아니다. 극한의 환경에서 동작해야 하는 Mission-Critical 시스템을 설계하던 선배 엔지니어들의 치열한 고민이 담겨 있다.

System/4 Pi: 3차원을 지배하려는 야망

System/4 Pi는 1964년 세상을 바꾼 범용 메인프레임 IBM System/360의 철학을 3차원 공간으로 확장한 이름이다. 360도가 평면의 모든 방향을 커버한다면, 4π 스테라디안(Steradian)은 구의 전체 면적, 즉 ‘입체적인 모든 공간’을 의미한다. 해커뉴스 댓글란을 보면 군대 내에서 360의 두 배인 720도라서 4파이라는 농담이 돌았다는 썰이 있는데, 꽤나 엔지니어다운 유머다.

초기 모델들은 전술 미사일, 잠수함 소나 시스템, 그리고 스카이랩(Skylab) 우주 정거장의 자이로스코프 제어에 사용되었다. 당시 기준으로는 메인프레임급 성능을 서류가방 크기에 욱여넣은 혁신적인 패키징이었다.

극한의 환경을 버티는 하드웨어 아키텍처

우주왕복선에 탑재된 AP-101B 모델의 아키텍처는 오늘날의 분산 시스템 설계자들에게도 시사하는 바가 크다.

  • Redundancy & Voting: 우주왕복선에는 4대의 컴퓨터가 병렬로 실행되며 결과를 투표(Voting)한다. 하나가 오류를 뿜으면 즉시 격리된다. 여기에 완전히 독립적인 소프트웨어가 탑재된 5번째 백업 컴퓨터가 대기한다. 단일 장애점(SPOF)을 원천 차단하는 무식하지만 가장 확실한 방법이다.
  • Memory Tech: 초기에는 자성 코어 메모리(Magnetic Core Memory)를 사용했다. 무겁고 느리지만, 전원이 꺼져도 데이터가 보존되며 무엇보다 우주 방사선(Cosmic ray)에 강하다. 이후 반도체 메모리로 넘어오면서 배터리 백업과 ECC를 도입해 방사선에 의한 비트 플립(Bit flip) 문제를 해결했다. 요구사항에 맞춘 완벽한 트레이드오프 설계다.
  • Nuclear Circumvention: 방사능과 EMP를 견디도록 설계된 AP-101C 모델은 핵폭발을 감지하면 시스템 래치업(Latchup)을 방지하기 위해 50밀리초 만에 재부팅을 수행하는 기능을 갖췄다. 현대 클라우드 환경의 Chaos Engineering이 귀엽게 느껴질 정도의 가혹한 엣지 케이스 처리다.

무어의 법칙이라는 가장 잔인한 적

솔직히 이 글을 읽으며 가장 뼈맞은 부분은 시간과의 싸움이다. 우주용 컴퓨터의 가장 큰 적은 소련도, 방사능도 아닌 Moore’s Law였다. AP-101은 1972년에 설계되었지만 우주왕복선은 1981년에 첫 비행을 했다. 발사되는 그 순간 이미 구시대의 유물이 되어버린 것이다.

엔지니어링 리더로서 우리도 매번 겪는 Tech Debt 딜레마 아닌가? 완벽한 아키텍처를 위해 2년을 투자해 시스템을 만들면, 런칭 시점에는 이미 더 나은 오픈소스나 매니지드 서비스가 나와 있다. 우주 항공 분야는 이 문제를 하드웨어 레벨에서 겪는다. 나중에는 10만 MIPS를 자랑하는 인텔 Core i7 노트북 18대를 우주선에 들고 타서 부족한 연산력을 메꿨다는 대목에서는 쓴웃음이 났다.

해커뉴스 커뮤니티의 반응과 기구 설계의 미학

해커뉴스 스레드의 반응도 매우 흥미롭다. 많은 엔지니어들이 당시 하드웨어의 미친 기구 설계(Mechanical Engineering)에 찬사를 보냈다. 알루미늄 빌렛을 통째로 깎아 만든 프레임, 파괴가 불가능해 보이는 전원 공급 장치, 튼튼한 군용 MIL-STD 원형 커넥터 등. 요즘 데이터센터의 원가 절감형 플라스틱 서버들과는 궤를 달리하는 진짜 하드웨어의 감성이다. 홈랩(Homelab)을 저런 밀리터리 감성으로 꾸미고 싶어 이베이를 뒤진다는 긱(Geek)들의 댓글에 나도 모르게 이베이 검색창을 켜고 말았다.

결론: 우리는 무엇을 잃어버렸나

결국 IBM은 1994년 이 사업부를 Loral에 매각했다. 수백만 대씩 팔리는 PC 시장에 비하면, 1000대 팔린 최고의 항공용 컴퓨터는 회계 장부상의 반올림 오차(Rounding error)에 불과했기 때문이다.

기술은 발전했고 우리는 더 이상 100파운드짜리 철제 박스에 코어 메모리를 엮어 넣지 않는다. 하지만 4 Pi가 남긴 유산은 명확하다. 극한의 제약 조건 속에서 최적의 아키텍처를 뽑아내는 집요함, 그리고 안정성을 향한 타협 없는 태도. 오늘날 MSA나 클라우드 네이티브 아키텍처를 설계하는 우리도, 가끔은 스크린에서 눈을 떼고 이 무식하게 튼튼했던 쇳덩어리 컴퓨터들이 우주를 어떻게 날아다녔는지 되새겨볼 필요가 있다.

References