당신은 주제를 찾고 있습니까 “반도체 soc – 천하의 삼성이 쩔쩔 매는 신기술… 이거 때문에 임원들 구조조정하고 8천억 넘게 썼다 ㄷㄷ (ft 반도체 후공정)“? 다음 카테고리의 웹사이트 ppa.maxfit.vn 에서 귀하의 모든 질문에 답변해 드립니다: https://ppa.maxfit.vn/blog. 바로 아래에서 답을 찾을 수 있습니다. 작성자 에스오디 SOD 이(가) 작성한 기사에는 조회수 540,538회 및 좋아요 9,682개 개의 좋아요가 있습니다.
SoC [System on Chip, 시스템 온 칩] 전체 시스템을 칩 하나에 담은 기술집약적 반도체. 여러 기능을 가진 기기들로 구성된 시스템을 하나의 칩으로 만드는 기술이다.
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이건희 삼성전자 전 회장은 말했죠. 오직 새로운 것만을, 계속해서 도전하라고. 저는 이 기술이 그가 말한 가장 삼성다운 기술 중 하나라고 생각합니다.
TSMC는 하지 않고 현업 삼성 엔지니어들과 연구원들도 불가능하다고 말하지만 포기하지 않고 도전하는 삼성, 반도체의 한계를 돌파하기 위해 많은 기업들은 후공정에 많은 관심을 두고 있습니다.
그리고 그 답은 TSMC가 자랑하는 FOWLP입니다. 하지만 삼성은 game changer로써 시장에 초격차 기술을 실현하기 위해 새로운 기술을 개발하고 있습니다. 이미 수년 전부터 개발되어 왔지만 여전히 큰 벽에 부딪혀 빛을 보지 못하고 있는 기술, FOPLP가 그것입니다.
영상으로 확인해주시길.
감사합니다.
– 내용출처:
1. 김영우, 박형우, “파란 애플”, SK 증권, 2016
2. 김언한, “삼성전자, WLP 버리고 PLP 올인하나”, 데일리한국, 2019
3. 강사윤, “Inflection point on Package Industry”, ISMP, 2019
4. 김태환, “국내 총 연구개발비 86조원… 기업 R\u0026D 전년비 10% 상승”, 조선비즈, 2019
5. 윤민혁, “삼성전자, 파운드리 분기 최대 매출… 5나노 양산으로 TSMC와 격돌”, 조선비즈, 2020
6. 황민규, “5나노 도입한 아이폰12 두뇌 A14”, 조선비즈, 2020
7. 김병욱, “반도체 패키징 공정기술의 이해와 전망”, 전북테크노파크, 2015
8. 정규익, “반도체 패키징 소재와 원가절감 이야기 2편”, Amkor Technology
9. 이동희, “삼성전자, 차세대 패키징 PLP 사업에 1조5000억 투자.. ‘초격차 기술독립’ 첫 사례, 2019
10. 정혜정, “대만 TSMC 글로벌 반도체 기업 시가총액 1위… 삼성전자 2위”, 중앙일보, 2020
11. 최원석, “삼성이 대만 TSMC를 이기기 어려운 5가지 이유”, 조선일보, 2020
12. 서미숙, “대만 TSMC, 화웨이 없어도 3분기 역대 최대 실적”, 연합뉴스, 2020
13. 노정동, “TSMC에 고객 뺏길라… 이재용 긴급 네덜란드행 이유 있었다”, 한국경제, 2020
14. 김규식 기자 외 2, “삼성 133조 승부수… 비메모리도 1등”, 매일경제, 2019
15. Tanja Braun et al, “Fan-Out Wafer and Panel Level Packaging as Packaging Platform for Heterogeneous Integration”, micromachines, 2019 (doi:10.3390/mi10050342)
– BGM: Keys of Moon Music, Spirit of The Dream / Aakash Gandhi, Chariots of War
– Chapter
0:00 반도체 성장 둔화
1:27 SoC와 SiP
2:27 왜 패키지가 중요할까
4:00 FOWLP
5:31 잡담
6:23 FOPLP
7:15 왜 FOPLP은 안쓸까
8:53 삼성전자vsTSMC
10:05 가장 삼성다운 도전
#FOPLP #삼성전자 #TSMC
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[반도체 용어 사전] SoC – 삼성반도체이야기
[반도체 용어 사전] SoC … 전체 시스템을 칩 하나에 담은 기술집약적 반도체. 여러 기능을 가진 기기들로 구성된 시스템을 하나의 칩으로 만드는 기술이다 …Source: www.samsungsemiconstory.com
Date Published: 6/7/2021
View: 4069
시스템 온 칩(SoC)이란? – 공대생 교블로그
스마트폰, 태블릿에서 명령해석, 연산, 제어 등 사람의 두뇌 역할을 하는 핵심 부품(반도체)입니다. 명령해석, 연산, 제어 등을 하면서 PC나 컴퓨터와 …
Source: eunkyovely.tistory.com
Date Published: 5/13/2022
View: 5935
SoC – 나무위키
디스플레이설계및공정 · 디지털통신 · 무선네트워크 · 반도체회로공정 · 부호이론 · 영상처리 · 융합전자공학종합설계1 · 융합전자설계입문.
Source: namu.wiki
Date Published: 10/4/2022
View: 6564
단일 칩 체제 – 위키백과, 우리 모두의 백과사전
단일 칩 시스템(영어: System on Chip, 약칭:SoC)은 하나의 집적회로에 집적된 컴퓨터나 전자 시스템 부품을 가리킨다. 디지털 신호, 아날로그 신호, 혼성 신호와 RF …
Source: ko.wikipedia.org
Date Published: 8/15/2021
View: 9893
[오늘의 반도체 용어] What is SoC – Mad Life
SoC : System on Chip 의 약자로 여러가지 반도체 부품이 하나로 직접 되는 기술 및 제품을 말한다. 먼가 알듯 말듯한 이 정의는 무엇이란 말인가?
Source: aboutmadlife.blogspot.com
Date Published: 9/29/2022
View: 541
SoC(System-on-Chip) – Korea Science
반도체 공정기술의 발달로 0.13um 공정이 보편화. 되었으며, 90nm 공정의 사용이 본격화될 전망이다. 이런 반도체 집적도의 발달에 힘입어 이전에는 PCB.
Source: koreascience.or.kr
Date Published: 7/11/2022
View: 2425
IT SoC 산업 및 기술 동향 – ITFind
IT SoC는 비메모리 반도체의 대표적인 제품으로서, 국내 시장은 IT 시스템 산업 활성화에 의해 연간 20% 이상 급성장할 전망이다. 하지만 현재 외산 제품이 80% 이상의 …
Source: www.itfind.or.kr
Date Published: 7/15/2022
View: 5580
ASIC SoC 반도체 개발 순서 [ 2.Specification ] – 네이버 블로그
ASIC SoC 반도체 개발 순서 [ 2.Specification ] – Block Diagram의 예시 ( ARM Cortex-M0 DesignStart Design Kit 의 Block Diagram ). 예를 들어,
Source: m.blog.naver.com
Date Published: 10/20/2022
View: 7495
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- Author: 에스오디 SOD
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- Date Published: 최초 공개: 2020. 11. 2.
- Video Url link: https://www.youtube.com/watch?v=-njb1IPoi-c
[반도체 용어 사전] SoC
[System on Chip, 시스템 온 칩] 전체 시스템을 칩 하나에 담은 기술집약적 반도체. 여러 기능을 가진 기기들로 구성된 시스템을 하나의 칩으로 만드는 기술이다. 연산 소자(CPU), 메모리 소자( D램 , 플래시 등), 디지털신호처리 소자(DSP) 등 주요 반도체 소자를 하나의 칩에 구현해 칩 자체가 하나의 시스템이 되도록 하는 것이다. 즉, PCB(Printed Circuit Board) 상에서 여러 개의 반도체 칩이 모여 구현되던 시스템이 한 개의 칩으로 집적되는 기술을 의미한다. 이렇게 여러 기능을 가진 반도체가 하나의 칩으로 통합되면 칩을 탑재하는 공간이 크게 줄어들어 제품 소형화가 가능하고, 여러 개의 반도체를 별도로 만드는 것 대비 제조비용이 감소하는 등 여러 장점들이 있다.*source : 반도체이야기. http://samsungsemiconstory.com
[반도체 용어 사전] SoC – 삼성반도체이야기
SoC
[System on Chip, 시스템 온 칩]전체 시스템을 칩 하나에 담은 기술집약적 반도체.
여러 기능을 가진 기기들로 구성된 시스템을 하나의 칩으로 만드는 기술이다. 연산 소자(CPU), 메모리 소자(D램, 플래시 등), 디지털신호처리 소자(DSP) 등 주요 반도체 소자를 하나의 칩에 구현해 칩 자체가 하나의 시스템이 되도록 하는 것이다.
즉, PCB(Printed Circuit Board) 상에서 여러 개의 반도체 칩이 모여 구현되던 시스템이 한 개의 칩으로 집적되는 기술을 의미한다.
이렇게 여러 기능을 가진 반도체가 하나의 칩으로 통합되면 칩을 탑재하는 공간이 크게 줄어들어 제품 소형화가 가능하고, 여러 개의 반도체를 별도로 만드는 것 대비 제조비용이 감소하는 등 여러 장점들이 있다.
시스템 온 칩(SoC)이란?
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안녕하세요 🙂
지난 포스팅에서 임베디드시스템에 대해서 알아봤는데 오늘은 시스템 온 칩에 대하여 공부하고 정리해보겠습니다.
실제로 제가 소속되어 있는 연구실이 시스템 온 칩 연구실이라 오늘 SoC에 대해서 야무지게 알려드리도록 할게요.
시스템 온 칩(System on Chip)이란?
단일 칩 시스템 (System on chip, SoC)는 하나의 직접회로에 집적된 컴퓨터나 전자시스템 부품을 말합니다.
전체 시스템을 칩 하나에 담은 기술집약적 반도체라고도 하죠.
한마디로 여러 기능을 가진 기기들로 구성된 시스템을 하나의 칩으로 만드는 기술입니다.
(저는 시스템 온 칩이 편해서 아래로는 시스템 온 칩이라고 명칭하겠습니다 🙂
디지털 신호, 아날로그 신호, 혼성 신호와 RF 기능들이 단일 칩에 구현되어 있는데
일반적으로 지난 포스팅에서 알려드린 임베디드 시스템 영역에 주로 사용 됩니다.
특정 응용에서 시스템 온 칩을 구현할 수 없을 경우
단일 패키지에 여러 칩을 구성한 단일패키지 시스템(SIP)를 사용할 수 있습니다.
시스템 온 칩은 단일면적에 제조되는 소자수가 많아지고 패키지가 단순해지기 때문에
생산비용이 크게 감소되는 것으로 신뢰성을 얻습니다. 임베디드 시스템의 특징에서도 있었죠.
출처 : 위키백과
일반적인 시스템 온 칩의 구성으로는
1개 이상의 마이크로컨트롤러, 마이크로프로세서나 디지털 신호 처리기 코어를 포함 합니다.
ROM, RAM, EEPROM과 플래시 메모리 중 일부가 포함된 메모리 블록이 있습니다.
진동자와 위상 고정 루프를 포함한 타이밍 발생기가 있고
카운터 타이머, 실시간 타이머와 전원초기화 발생기를 포함한 주변장치가 있습니다.
또한 범용 직렬버스, 파이어와이어, 이더넷, 범용 비동기 송수신,
직렬 주변장치 인터페이스 버스같은 산업표준 외부 인터페이스가 있고
아날로그-디지털 변환회로와 디지털-아날로그 변환회로가 내장된 아날로그 인터페이스가 있습니다.
또한 전압 레귤레이터와 전원관리 회로를 포함하고 있습니다.
따라서 위에 기술한 하드웨어와 마이크로컨트롤러, 마이크로프로세서, 디지털 신호처리기 코어,
주변장치와 인터페이스를 제어하는 소프트웨어로 구성됩니다.
대부분의 시스템 온 칩은 사전에 검증된 하드웨어 블록을 서로 연결하고
동작을 제어하는 소프트웨어 드라이브를 추가하여 개발 됩니다.
가장 중요한 것은 범용 직렬 버스처럼 산업표준 인터페이스를 제어하는 프로토콜 스택 입니다.
하드웨어 블록은 컴퓨터 지원 설계 도구를 사용하여 서로 붙이고
소프트웨어 모듈은 소프트웨어 개발 환경을 사용하여 집적시킵니다.
설계 흐름의 핵심 단계는 에뮬레이션입니다.
하드웨어는 SoC의 동작을 흉내내는 현장 프로그래머블 게이트 어레이(FPGA)기반 에뮬레이션 플랫폼에 연결되고
소프트웨어 모듈은 에뮬레이션 플랫폼의 메모리에 기록됩니다.
한번 프로그램되면 에뮬레이션 플랫폼은 SoC의 하드웨어와 소프트웨어를
실제 동작속도에서 테스트하고 디버그 하는것이 가능합니다.
SoC 흐름은 하드웨어를 에뮬레이션한 후에 제조하기 이전에 직접회로 설계의 배치 및 배선 단계를 거칩니다.
반도체 칩은 외주로 생산하기 이전에 논리적 정황성을 검증하는데 검증공정은 ASIC검증이라고 불립니다.
이 검증에 사용되는 대표적인 하드웨어 기술언어로는 베릴로그와 VHDL이 있죠.
– VHDL이 궁금하시다면?
반도체 칩의 다양성이 증가하면서 시스템베릴로그, 시스템C, e와 오픈베라같은 하드웨어 기술 언어가 사용되기도 합니다.
그리고 검증 단계에서 발견된 버그는 설계자에게 보고됩니다.
그리고 SoC는 표준셀과 FPGA에 의하여 제조될 수 있다는 것!
출처 : 위키백과
AP라고도 불리는 애플리케이션 프로세서는
스마트폰, 태블릿에서 명령해석, 연산, 제어 등 사람의 두뇌 역할을 하는 핵심 부품(반도체)입니다.
명령해석, 연산, 제어 등을 하면서 PC나 컴퓨터와 달리 CPU(중앙처리장치)라고 부르지 않는 이유는
CPU의 기능 외에도 GPU와 설계에 따라 통신 칩(3G, 블루투스, 와이파이 등)과 USB와 같은 부가기능까지
하나의 칩에 포함시켜 놓는 칩셋의 형태로 구성되었기 때문입니다.
칩셋은?
칩셋은 SoC(System on chip)이라고도 불리며 CPU와 GPU등 칩 하나에 여러 기능을 집적시켜
모든 애플리케이션 구동과 시스템 장치 여러 인터페이스 장치등을 제어하고 관리하는 장치로
기존의 컴퓨터에 사용되는 칩 보다 부피를 줄이고 전력소모를 최소화 할 수 있게 되어
한손에 들고 다닐 수 있는 초소형의 컴퓨터 (스마트폰이나 태블릿)를 만들 수 있게 되었다고 합니다 🙂
시스템 온 칩의 특징으로는?
SoC는 일반적으로 멀티칩 시스템보다 소비전력이 적고 생산단가가 저렴하며 높은 신뢰성을 갖습니다
또한 여러 패키지를 사용하는 시스템보다 조립비용이 크게 감소합니다
따라서 기존 시스템을 대체함으로써 얻게 되는 이익이 많죠.
그러나 대부분의 VLSI 설계에서는 동일한 기능을 지닌 다수의 칩보다
소자 테스트 비용과 초기 개발비가 더 비싸기 때문에 단일 칩이 더 비쌉니다
그리고 SoC가 탑제된 소프트웨어에 따라 다르긴 하지만 대부분 발열이 매우 심하다는 단점이 있어요.
게임 또는 그래픽 시뮬레이션과 같이 모바일로 고사양 프로그램을 실행 시키게 된다면 디바이스에 매우 심한 발열이 발생합니다. 사실 반도체 자체에서 발열이 심하게 발생하는 것은 매우 심각한 것..
고온의 발열이 지속될 경우에는 SoC 칩 자체에서 냉납이 발생하게 됩니다.
그렇게 되면 SoC가 재기능을 하지 못하게 되어 결국 메인보드 자체가 고장나게 된다고 하네요.
그러나 이를 해결하기 위해서 실제로 대부분의 스마트폰 제조사에선 히트 파이트를 설치하여
발열을 감소 시키기도 하고 또 소프트웨어의 최적화를 통하여 발열을 감소시키기도 한다고 해요.
하지만 그럼에도 불구하고 발열이 심한 디바이스가 아직 많다고 하네요.
시간이 지나면 지날 수록 점점 프로그램들의 요구 사양이 높아지고
또 프로그램들의 퍼포먼스가 증가하는데에 따라 그만큼 SoC도 부담이 되기 때문입니다.
그래도 요즘에는 제조사가 아닌 다른 업체에서 자체적으로 만드는 쿨링 시스템이 도입되어 있으며
벌써 외부에서 장착하는 쿨로들도 출시되었다고 합니다.
SoC는 이렇게 여러 기능을 가진 반도체가 하나의 칩으로 통합되어 칩을 탑재하는 공간이 크게 줄어들어
제품 소형화가 가능하고 여러 개의 반도체를 별도로 만드는 것 대비 제조비용이 감소하는 등 여러 장점들이 있습니다.
정말 실제로 SoC연구실에서 매번 느끼는 점은 정말 작은 칩 안에 시스템이 들어가
정말로 두뇌의 역할을 한다는 것이 너무 신기하고 앞으로 SoC의 발전에 따라 얼마나 발전된 전자기기들이나
단순한 기기나 자동차에도 시스템을 넣어 발전할 거라 생각하니 앞으로 더 기대가 되는 분야인 것 같아요
다음에 또 알찬 지식으로 찾아뵙겠습니다 🙂
제가 공부하고 있는 공대 대학원생 브이로그도 보러 와주세요 🙂
youtu.be/3vdR_2S7skA
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단일 칩 체제
단일 칩 시스템(영어: System on Chip, 약칭:SoC)은 하나의 집적회로에 집적된 컴퓨터나 전자 시스템 부품을 가리킨다. 디지털 신호, 아날로그 신호, 혼성 신호와 RF 기능등이 단일 칩에 구현되어 있다. 일반적으로 임베디드 시스템 영역에 주로 사용된다.
특정 응용에서 단일 칩 시스템을 구현할 수 없을 경우, 단일 패키지에 여러 칩을 구성한 단일패키지 시스템 (SIP)을 사용할 수 있다. 단일 칩 시스템은 단일면적에 제조되는 소자수가 많아지고 패키지가 단순해지기 때문에 생산비용이 크게 감소되는 것으로 신뢰성을 얻는다.
2008년 6월 2일 엔비디아는 공식적으로 방송용 기능이 탑재된 단일 칩 시스템, 엔비디아 테그라 제품군을 발표했다.[1]
구성 [ 편집 ]
마이크로컨트롤러기반 단일 칩 시스템
일반적인 단일 칩 시스템의 구성:
이런 블록들은 지적재산 버스나 ARM 유한회사가 개발한 AMBA 버스같은 산업표준 버스로 연결된다. 직접 메모리 접근 제어기는 데이터가 프로세서 코어를 거치지 않고 외부 인터페이스와 메모리 사이에 직접 연결하는 것을 가능하게 해서, 단일 칩 시스템의 데이터 처리속도를 증가시킨다.
발열 [ 편집 ]
Soc는 주로 스마트폰 Cpu&Gpu와 Ram으로 많이 쓰인다. 해당 Soc가 탑재된 소프트웨어에 따라 다르지만 대부분 발열이 매우 심하다. 과거에는 정보 통신만 수신 및 송신 정도만 할 수 있는 것에 그쳐 단순하게 그래픽 디스플레이에 탑재된 SoC를 사용하였는데 시대가 바뀌고 응용 프로그램들의 발전과 그래픽 시뮬레이션들의 업그레이드로 인해 좀 더 복잡한 방정식을 해결을 해야 함에 따라 요구 사양이 증가 됨과 같이 발열도 함께 증가하게 되었다.
그래서 게임 또는 그래픽 시뮬레이션과 같이 모바일로 고사양 응용 프로그램을 실행 시키면 디바이스에 매우 심한 발열이 발생한다.
대표적인 모바일에 탑재된 히트파이프 중 갤럭시 S7, S7edge에 탑재된 히트 파이프다.
요즘 새롭게 공정이 되어 출시되는 Soc는 최적화가 잘 되어 있어 예전처럼 심하지는 않지만 그래도 마찬가지로 고사양 프로그램을 실행 시키면 디바이스에 매우 심한 발열이 발생한다. Soc와 같이 반도체 자체에서 발열이 심하게 발생하여 지속적인 고온의 상태가 유지 될 경우, Soc 칩 자체에서 냉납이 발생한다. 그렇게 되면 Soc가 재기능을 하지 못 하게 되어 결국 메인보드 자체가 다운 된다.
사람으로 비유하면 사람이 고강도 운동을 격하게 할수록 운동 에너지가 열 에너지로 전환 되어 체온이 올라 가듯이 SoC도 마찬가지로 복잡한 방정식들로 구성되어 있어 응용 프로그램을 구동하면 당연히 온도가 올라갈 수 밖에 없다. 그 이유는 단순한 물리 법칙으로 설명할 수 있다. 바로 열역학법칙과 에너지 보존 법칙때문인데 이들은 사용하면 할수록 엔트로피 법칙과 에너지 보존 법칙으로 인해 전기 에너지가 열 에너지로 변형 된다. 즉 앞서 서술 했듯이 좀 더 복잡한 방정식의 체계로 이루어진 응용 프로그램을 실행할 시 전력을 더 많이 먹게 되는데 그에 따라 전기 에너지가 열 에너지로 전환 되는 양도 증가하는 것이기에 발열이 발생하는 것이다.
발열이 발생 되는 과정은 열역학 제 1법칙에 의해 설명이 된다. 우선 일을 함과 동시에 열 에너지가 발생 됨에 따라 이걸 수식으로 표현하면 열역학 제 1법칙과 유사하지만 다음과 같다.
여기서 d는 SoC가 어떤 일을 처리하기 위해 시작 된 전기 생산량을 뜻 하고
인간은 이를 해결하기 위해 쿨링 매커니즘을 바로 체내에 있는 수분을 배출시켜 열을 식히는 원리로 쿨링 시스템이 이루어져 있는 반면 SoC는 동물이 아니기에 이들의 쿨링 시스템은 직접 하드웨어적, 소프트웨어적 방법으로 쿨링 시스템을 도입 해야 한다. 그래서 SoC의 발열을 해결하기 위해서 여러 방안들이 나오고 있는데 이를 보완하기 위해 앞서 서술한 두 가지 방법이 시행되는데 첫 번째로는 하드웨어적 방법인 히트파이프를 설치하는 것이다. 실제로 대부분의 스마트폰 제조사에선 히트 파이프를 설치하여 발열을 감소 시키고 또 방열 패드 및 방열 스티커를 통해 열 전도 극대화를 위한 써멀을 도포 후 쿨링 시스템 체계를 만든다.[2]
두 번째, 소프트웨어적 방법은 소프트웨어의 최적화와 Ram 자체의 소비량을 절제 시켜 발열을 감소 시키는 것이다. 다만 이 방법은 과거 2010년 초중반에만 해당이 됐었지 시간이 지날 수록 소프트웨어로 최적화를 시켜 발열을 감소 시키는 방법은 그렇게 발열 쿨링에 큰 효과가 없다. 그래서 2016년에서 대부분의 제조사에서 히트파이프를 도입한 것. 게다가 쿨러를 설치해도 기종마다 다르지만 공정과 제조사가 설계를 이상하게 하면 위 두 가지의 쿨링 시스템 방법을 적용했더라 해도 디바이스가 고온의 온도로 유지될 것이다. 그 이유는 시간이 지나면 지날 수록 점점 프로그램들의 요구 사양이 높아지고 또 프로그램들의 퍼포먼스가 증가함에 따라 그만큼 SoC가 감당해야 할 정보도 많아지는 것이다. 만약 프로그램 자체에서 요구 사양이 낮았으면 히트 파이프가 설치 되는 경우는 거의 없었을 것이다.
하지만 요즘에는 제조사가 아닌 다른 업체에서 자체적으로 만드는 쿨링 시스템이 도입되어 있으며 벌써 외부에서 장착하는 쿨러들이 출시하였다. 위키백과의 규정상 사이트는 따로 첨부할 수는 없지만 그래도 확실히 쿨링 효과는 있다.
애플리케이션 프로세서 [ 편집 ]
스마트폰, 태블릿에서 명령해석, 연산, 제어 등 사람의 두뇌 역할을 하는 핵심 부품(반도체)이다. 명령해석, 연산, 제어 등을 하면서 PC나 컴퓨터와 달리 CPU(중앙처리장치)라고 부르지 않는 이유는, CPU의 기능 외에도 GPU(그래픽프로세서)와 설계에 따라 통신 칩(3G, 블루투스, Wi-Fi 등)과 USB와 같은 부가기능까지 하나의 칩에 포합시켜 놓는 칩셋의 형태로 구성되었기 때문이다. 추가로 난제를 해결하기 위한 알고리즘도 일반적인 CPU와 달리 복잡한 체계로 이루어져 있다. 그래서 해당 칩셋을 SoC(System on Chip)이라고도 불리며, 말 그대로 직역하면 CPU와 GPU등 칩 하나에 여러 기능을 집적시켜 모든 애플리케이션 구동과 시스템장치, 여러 인터페이스 장치 등을 제어하고 관장하는 장치로, 부피를 줄이고(기존의 컴퓨터에 사용되는 칩 보다), 전력소모를 최소화 할 수 있게 되어 한손에 들고 다닐 수 있는 초소형의 컴퓨터(스마트폰이나 태블릿)이다. 다만 부피가 작은 만큼 그에따라 공정도 까다로워 단가가 비싸고 성능도 일반 연산 장치와 달리 느리기에 PC나 컴퓨터에선 CPU 또는 GPU 자체에선 SoC를 잘 사용하지 않는다.
종류 [ 편집 ]
설계 흐름 [ 편집 ]
단일 칩 시스템 설계 흐름
단일 칩 시스템은 위에서 기술한 하드웨어와 마이크로컨트롤러, 마이크로프로세서, 디지털 신호 처리기 코어, 주변장치와 인터페이스를 제어하는 소프트웨어로 구성된다. 설계 흐름은 단일 칩 시스템용 하드웨어와 소프트웨어를 동시에 개발하는 것을 보여준다.
대부분의 단일 칩 시스템은 위에서 기술한 하드웨어 구성이 사전에 검증된 하드웨어 블록을 서로 연결하고, 동작을 제어하는 소프트웨어 드라이버를 추가하여 개발된다. 가장 중요한 것은 범용 직렬 버스처럼 산업표준 인터페이스를 제어하는 프로토콜 스택이다. 하드웨어 블록은 컴퓨터 지원 설계 도구를 사용하여 서로 붙인다. 소프트웨어 모듈은 소프트웨어 개발 환경을 사용하여 집적시킨다.
설계 흐름의 핵심 단계는 에뮬레이션이다. 하드웨어는 단일 칩 시스템의 동작을 흉내내는 현장 프로그래머블 게이트 어레이 (FPGA)기반 에뮬레이션 플랫폼에 연결되고, 소프트웨어 모듈은 에뮬레이션 플랫폼의 메모리에 기록된다. 한번 프로그램되면, 에뮬레이션 플랫폼은 단일 칩 시스템의 하드웨어와 소프트웨어를 실제 동작속도에서 테스트하고 디버그하는 것이 가능하다.
단일 칩 시스템 흐름은 하드웨어를 에뮬레이션한 후에 제조하기 이전에 집적회로 설계의 배치 및 배선 단계를 거친다.
반도체 칩은 외주로 생산하기 이전에 논리적 정확성을 검증한다. 검증공정은 ASIC 검증이라고 불린다. 베릴로그와 VHDL은 검증에 사용되는 일반적인 하드웨어 기술 언어이다. 반도체 칩의 다양성이 증가하면서, 시스템베릴로그, 시스템C, e와 오픈베라같은 하드웨어 기술 언어가 사용되기도 한다. 검증 단계에서 발견된 버그는 설계자에게 보고된다.
제조 [ 편집 ]
단일 칩 시스템은 다음 기술에 의하여 제조될 수 있다.
장단점 [ 편집 ]
단일 칩 시스템 설계는 일반적으로 멀티칩 시스템보다 소비전력이 적고 생산단가가 저렴하며 높은 신뢰성을 갖는다. 또한 여러 패키지를 사용하는 시스템보다 조립 비용이 크게 감소한다. 따라서 기존 시스템을 대체함으로써 얻게 되는 이익이 많다. 또 칩 하나의 시스템으로 여러가지 프로세싱 및 작업을 할 수 있어 그래픽 디스플레이에 유용하게 쓰인다.
그러나, 단점으로는 대부분의 VLSI 설계에서는 동일한 기능을 지닌 다수의 칩보다 단일 칩이 더 비싸다. 왜냐하면 소자 테스트 비용과 초기 개발비가 비싸기 때문이다. 그 이유는 바로 까다로운 공정 때문인데, SoC를 구성하는 프로그램도 부피 대비 엄청난 변수를 포함하고 있기에 SoC가 부담이 클 수 밖에 없을 것이다. 그러므로 폰을 안 쓰는 시간대(ex: 수면, 수업 및 근무 중)에는 SoC가 메인으로 탑재된 기기의 전원은 꺼놓도록 하자. 또 소자 자체의 규격이 상대적으로 작은 편에 속해 공정을 하는데에 있어 까다롭기에 단가가 올라가기 때문이다.
같이 보기 [ 편집 ]
각주 [ 편집 ]
IT SoC 산업 및 기술 동향
IT SoC 산업 및 기술 동향
1. 개요
IT SoC(System-on-a-Chip)는 사용자가 요구하는 IT 시스템 솔루션을 반도체 수준에서 제공하는 기술을 지칭한다. 이를 위해 IT SoC에는 신호를 제어ㆍ가공ㆍ처리하는 CPU/DSP, 논리모듈, 메모리, 내장형 SW 등이 포함되고 있으며, 통신이나 방송 단말의 저전력/고성능화를 위해 RF 송수신, 영상센서, MEMS 등과 같은 기능도 점진적으로 탑재될 것으로 전망된다((그림 1) 참조). 본 고에서는 최근 정보통신부에서 발표한 IT SoC 성장동력 기획보고서[1]를 중심으로 IT SoC 산업 및 기술 동향을 소개하고자 한다.
2. IT SoC 산업동향
1980년대 말 정부 주도로 수행되었던 4M DRAM 개발을 기점으로 우리나라는 10여 년만에 세계 메모리 반도체 시장의 40% 정도를 점유하는 성과를 이룩하였다. 삼성전자와 하이닉스 반도체는 세계 메모리 시장에서 수위를 유지하고 있으며, 이러한 추세는 지속될 것으로 전망된다. 그러나 메모리 반도체는 경기의 부침에 민감하고 상대적으로 부가가치가 낮은 어려움이 있으므로 세계 반도체 시장의 80% 정도를 차지하는 비메모리 반도체 분야로의 진출이 절실하게 요망되고 있다.
가. IT SoC 산업 규모
IT SoC는 비메모리 반도체의 대표적인 제품으로서, 국내 시장은 IT 시스템 산업 활성화에 의해 연간 20% 이상 급성장할 전망이다. 하지만 현재 외산 제품이 80% 이상의 내수 시장을 잠식하고 있으며, 우리나라의 세계 시장 점유율은 2% 수준에 불과한 것으로 보고되고 있다.
우리나라는 관련 핵심 SoC를 수입하여 제품을 조립 생산하는 완제품 위주의 IT 산업구조를 지니고 있다. 그 이유는 SoC를 개발하여 양산에까지 이르는 기업은 세계적으로도 평균 1~2개 정도의 기업에 지나지 않을 정도로 그 개발에는 많은 노력과 위험 부담이 따르기 때문이다. 또한 우리나라에는 현재 100여 개 정도의 SoC 설계전문업체가 활동하고 있으나 대부분 규모가 적은 중소ㆍ벤처기업으로 시스템업체와의 연계성이 취약한 편이다. 이러한 산업 구조는 장기적으로 IT 제품의 경쟁력 및 부가가치 창출을 제약시키는 요소로 작용할 것으로 예상된다.
세계 반도체 시장에서 2003년의 경우, 정보기기 2,800억 달러, 유선통신기기 1,030억 달러, 무선통신기기 1,250억 달러, 가전기기 2,220억 달러 규모이며, 2007년에는 정보기기 3,900억 달러, 유선통신기기 1,400억 달러, 무선통신기기 1,500억 달러, 가전기기 2,590억 달러 규모를 형성하여 연평균 성장률은 각각 8.1%, 3.5%, 4.8%, 3.7%가 될 전망이다(<표 1> 참조).
마이크로컴포넌트, 로직 IC, 아날로그 IC등의 품목별 시장은 2003년 1,170억 달러에서 연평균 8.8%로 성장하여 2007년 1,630억 달러 규모의 시장이 형성될 것으로 전망된다. 유선통신용 SoC는 2003년 105억 달러에서 연평균 6.4%로 성장하여 2007년 140억 달러로 성장할 전망이다. 무선통신용 SoC는 2003년 206억 달러에서 연평균 8.6%로 성장하여 276억 달러로 성장할 전망이다.
나. IT SoC 경쟁력 분석
우리나라는 세계 최고 수준의 정보통신 인프라와 시스템 산업이 활성화되어 있으므로 그와 연계한 SoC 개발 및 수요기반의 확보가 용이한 편이다. 또한 정보통신 인프라를 바탕으로 DMB, 휴대인터넷, 텔레매틱스 등과 같은 선도적인 서비스가 계획되고 있어 향후 시장을 주도할 수 있는 IT SoC 개발의 잠재력을 보유하고 있는 것으로 판단된다.
그러나 핵심설계인력의 양적ㆍ질적 부족으로 설계업체의 전문화 및 시장 대응능력이 미흡한 편이며, 시스템 기술과 반도체 설계기술을 겸비한 전문인력의 양성 시스템이 취약하고, SoC 연구개발에 필요한 IP의 표준화 및 공동 활용 미흡, 파운드리 이용 제약 등으로 적기 시장진입을 위한 기반이 부족하다. 우리나라 IT SoC 산업의 SWAT 분석 결과는 <표 2>와 같다.
3. IT SoC 기술동향
반도체 공정 기술은 18개월에 2배의 집적도 향상을 이룩하여 왔으며 최근부터는 0.13um의 공정이 SoC 개발에 활용되고 있다((그림 2) 참조). 공정 기술이 진보하면 소자의 크기가 줄어 들게 되어 집적도와 소비 전력 절감 효과를 얻을 수 있다. 그러나 소자의 크기가 작아지면 게이트와 채널에서 발생하는 누설전류는 증가하여 전체 소비전력과 단위 면적당 에너지 밀도는 증가하게 된다. 특히, 소자의 크기가 수십 나노급 수준으로 줄어들게 되면 누설 전류의 영향에 의해 칩에서 소모하는 전력은 상당한 수준으로 증가할 것으로 예상된다. 또한 인터커넥션에 의한 신호 간섭 등이 회로 동작에 심각한 영향을 초래할 수도 있다.
일반적으로 메모리 반도체는 제조 중심의 공정 및 장비 기술에 의해 발전하지만, IT SoC는 설계기술의 혁신을 바탕으로 고성능, 저전력을 추구하는 형태로 발전하고 있다. 설계 기술의 혁신은 크게 설계 재사용 기술[2], SoC 자체의 재사용 기술[3] 등의 두가지로 구분할 수 있다.
가. 설계 재사용 기술
설계 재사용 기술은 표준화된 설계모듈(Intellectual Property)이나 IP의 통합을 원할하게 하는 플랫폼의 개발에 의해서 설계에 소요되는 비용이나 기간을 줄이는 것을 목표로 한다.
집적도가 증가할수록 많은 기능을 칩내에 탑재시키는 것이 가능하지만 설계 기간은 점차 줄어 들고 있다. 설계 기간 단축은 제품 수명의 축소에 따라 일어나는 현상으로서, 단일 기관이 SoC에 집적하는 모든 기능을 주어진 시간내에 설계하기 어렵게 한다. 제삼자의 설계를 활용하기 위한 IP 기술 개발에 많은 노력이 집중되고 있으나 모든 응용 분야에 자유롭게 이식(porting)될 수 있도록 IP를 설계하는 것은 쉽지 않다.
최근 효과적인 설계 재사용 기술로서 인식되는 방안은 적용 분야에 맞는 SoC 플랫폼을 미리 정의하고 그에 맞도록 IP를 개발하는 것이다[2]. 선호하는 SoC 내부 구조나 인터페이스를 하나의 통일된 규격으로 정의하고 운용하면 IP Provider 들이 솔루션을 제공하거나 IP의 DB 화가 원활하게 이루어질 수 있는 장점이 있다. 이러한 사례로서 ARM의 PrimeXsys Platform, Philips의 Nexperia Digital Video Platform, TI의 OMAP Platform 등과 같은 플랫폼이 있다.
(그림 3)은 Nexperia Platform의 개념도이다. SoC 내부의 통신을 담당할 on-chip 버스와 메모리 버스를 기반으로 RISC와 DSP 코어가 존재한다. 이들 각 코어의 SoC 탑재는 개발 SoC의 기능에 따라 선택적으로 결정되며, 정형화된 IP와 주변장치들이 라이브러리 형태로 제공된다. 그리고 내장형 소프트웨어 개발을 위해 OS, 컴파일러, 드라이브 등도 제공된다. 이러한 플랫폼을 활용하여 신규 SoC를 개발하는 경우, 설계 노력을 80~90% 정도까지 줄일 수 있는 것으로 보고되고 있다.
나. SoC 재사용 기술
SoC 재사용 기술은 기존 FPGA와 유사하게 사용자에 의해 재구성(reconfigurable) 가능하도록 SoC를 제작함으로서 하나의 칩이 다양한 목적으로 활용되게 하는 것을 목표로 한다.
SoC 기능의 복합화 및 NRE(Non-Recurring Engineering) 비용 증가 등의 이유로 세계적으로 SoC의 신규 설계 수량은 점진적으로 줄어 들고 있다((그림 4) 참조). 특히 IT 경기가 부진하였던 2001년에는 전년 대비 36% 정도의 신규 수량의 감소가 발생하였다. SoC 재사용 기술 혹은 재구성형 SoC 기술은 NRE 비용 증가에 효과적으로 대응하는 차세대 기술로서 활발히 연구되고 있다.
재구성형 SoC 기술은 FPGA의 융통성을 지니면서도 ASIC의 성능을 갖는 SoC를 제공하는 것을 목표로 한다. FPGA의 재구성 능력은 패스 트랜지스터, 앤티퓨즈 등과 같이 시간 지연을 초래하는 스위치를 기반으로 얻어진다. 스위치에 대한 의존도를 낮추기 위해 재구성형 SoC에서는 하나의 단위기능 처리모듈로 RISC, DSP, ALU 정도의 큰 규모로 운용하는 기술이 주로 연구되고 있다.
(그림 5)는 CMU에서 제안한 PipeRench라는 구조로서 ALU와 레지스터 파일을 기능처리단위로 사용하였다. Strip은 파이프라인 스테이지를 의미하며, ALU 연산의 결과는 데이터 흐름 통로를 따라 다음 파이프라인 단계를 처리할 ALU로 전달되는 구조를 채택하고 있다. 재구성 SoC의 초기 형태인 PipeRench는 coprocessor의 기능을 수행하는 구조이지만 Pentium 프로세서에 비해 1/100에 불과한 클럭 속도로서 20배 정도의 throughput을 산출하는 것으로 보고되고 있다.
재구성형 SoC 기술의 특징은 동일한 기능의 단위기능블록이 규칙적으로 배열된다는 점이다. 이것은 낮은 클럭으로 동작하는 다수의 단위기능 처리모듈을 통해 높은 throughput을 얻게 하는 병렬처리 개념에 해당한다. 따라서 Von Neumann식 마이크로프로세서의 에너지 밀도를 3~4 order 정도 개선시키기 위해서 병렬구조의 채택이 적절하다고 지적한 [5]의 개념과 유사하다. <표 1>에서 “MOPS/mW”는 일정 에너지에 대한 회로의 유효 동작 수로서, 마이크로프로세서는 0.13에 불과하지만 SoC는 200에 도달함을 보이고 있다. 그 이유는 SoC가 갖는 고유한 병렬성(클럭 당 유효 동작 수)으로 인해 에너지 효율(단위 에너지 당의 유효 동작 수)이 μP나 DSP에 비해 상당히 높은 것으로 판단된다.
최근 deep-submicron CMOS 공정기술이 급격히 확산되면서 소자의 누설전류에 의한 전류소비가 전체 전력소비에 많은 부분을 차지하게 되었다. 따라서 최근의 연구 동향에서는 stand-by 모드에서의 정적전류에 의한 전력소비뿐만이 아니라 active 모드에서의 정적전류소비도 감소시킬 수 있는 회로기술에 대한 연구가 많이 진행되고 있다.
결국, 소자 자체만의 미세화에 의해 얻을 수 있는 비용절감, 전력저하, 성능향상 등의 이득은 SoC 설계 기술의 진보 없이는 조만간 한계에 봉착할 전망이다. 나노 미터 수준에 접근하는 반도체 공정 환경에서 SoC를 설계하기 위해서는 단일 소자 설계에서부터 전체 시스템의 동작까지의 전과정이 여러 개의 독립적 문제가 아니라 하나의 커다란 문제로 대두되어 설계 최적화가 곤란하므로 설계 재사용 기술이나 SoC 재사용 기술 각각에 대해 회로 아키텍처, 회로 구동 방식 등의 새로운 회로설계 기술 개발이 국내외적으로 활발히 진행중이다.
4. 결론
현재 정부에서 의욕적으로 추진하고 있는 IT SoC 기술개발의 기본방향은 다음과 같다. 우선 각 신성장동력 분야별로 파급효과가 큰 기술개발과제를 도출하여 단기 과제는 SoC 개발 형태, 중장기 과제는 SoC 플랫폼 및 솔루션 형태로 개발을 추진하여, 2007년까지 50~100Mbps의 고속 데이터 전송을 가능하게 하는 이동통신 관련 SoC, 이동 멀티미디어 단말 플랫폼, 양방향 지상파 DMB SoC, 차세대 PC 관련 SoC 등의 개발을 통해 신성장 동력의 추진 기반을 구축할 예정이다. 그리고 인력 양성 사업과 연계하여 취약한 SoC 공통 핵심 설계 기술을 확보하고 국제 공동연구를 통해 국내 기술력이 부족한 HW/SW co-design 기술, RF CMOS 등의 기술을 조속한 확보를 추진중이다.
이러한 노력에 의해 우리나라의 세계 최고 수준 정보통신 인프라를 바탕으로 시스템과 연계한 SoC 개발 및 수요기반을 확보하여 2007년까지 세계 3대 IT SoC 선진국으로 도약할 것을 목표로 하고 있다.
<참 고 문 헌>
[1] IT 차세대 성장동력 기획보고서(IT SoC), 정보통신연구진흥원, 2003. 11. [2] G. Martin and H. Chang, “Winning the SoC Revolution,” Kluwer Academic Pub., 2003. [3] H. Kalte, et.al., “Dynamically Reconfigurable System-on-Programmable-Chip,” Proc. of EUROMICRO- PDP, 2002. [4] S.C. Goldstein, et.al, “PipeRench: A Reconfigurable Architecture and Compiler,” IEEE Computer, 2000. [5] R. Brodersen, “Low Voltage Design for Portable Systems – Technology, Architecture and Applications,” Proc. of ISSCC, 2002.
ASIC SoC 반도체 개발 순서 [ 2.Specification ]
예를 들어,
이번에 설계하는 칩은
△ 회사의 ○○○ nm 공정으로 Fab-in 할 것이며 // 타깃 공정
○○○ by ○○○ 사이즈 안에 들어가야 하고 // Chip Size
최대 ○○○개까지 핀이 나올 수 있으며 // Pin 개수
△ 타입의 Package를 씌울 것이며 // Package Type
최소한 ○○○ ns 안에 △ 데이터 1개가 출력되어야 하고 // Latency
○○○개의 데이터를 ○○○ us 안에 출력할 수 있어야 하며 // Throughput
그러려면 main core의 clock은 ○○○ Mhz로 동작해야 하고 // Clock Frequency
메인 메모리는 한 번에 ○○○ bits를 read/write 할 수 있어야 하며 // Memory Bandwidth
△ 모드일 때, 전력은 ○○○ W만 소비해야 한다. // Power Consumption
등의 계획을 세우며,
Block Diagram이나 Clock / Reset Tree 같은 것들을 그려서 칩의 전체 구성을 잡아가고,
프로젝트의 전체 정보를 관리하는 문서를 만들어 냅니다.
또한,
직접 개발하여 넣을 Block과 다른 회사에서 IP의 형태로 사 와야 하는 Block을 구분합니다.
주로 거의 대부분의 Block은 ARM, Synopsys, Cadence 같은 메이저 회사의 IP를 구매하며,
시스템의 중요 Application을 담당하는 일부 Block만을 직접 설계한 것을 사용합니다.
그리고 주로 직접 설계한 이 Block 이 바로 그 반도체 회사의 경쟁력이 됩니다.
※ IP (Intellectual Property) – 주로 일부 Block을 미리 만들어 두고 그 Block을 판매하는 형태로,
계약에 따라, 판매하는 IP의 특징에 따라, 제공되는 형태와 항목이 다르며,
보통은 RTL 코드, 각종 가이드 문서(Data sheet / Application Note / TRM 등) 등이 제공됩니다.
그리고, 경우에 따라서는 DK(Design Kit)의 형태로 back-end에서 필요한 각종 script 자료들(.sdc, .db, .lib 등)도 묶어서 제공하기도 합니다.
또, 관련 자료를 더 주거나 덜 주거나, 필요한 Tool을 함께 제공해주는 경우도 있습니다.
예를 들어,
Core는 △회사의 △를 ○○○개 사용하고,
일반적인 Peripheral들은 △회사의 △를 ○○○개 붙일 것이며 // 주로 메이저 회사에서 사 오는 IP
△ 하는 동작은 우리 회사의 △를 Integration 해서 // 자사 IP
System을 구성한다.
라는 식으로 계획을 세웁니다.
그리고 여기서, 각 IP의 크기와 특징을 토대로 back-end에서도 floor plan을 함께 진행하기도 합니다.
디지털로 같이 합성될 IP가 아니거나, 전기적인 특성이 다른 IP, 혹은, 이미 Hard macro의 GDS 형태로 사 와서 merge 하는 경우, floor plan이 꼭 함께 진행되어야 합니다.
※ floor plan – 실제 PnR(Place and Route) 하기 전에
각 IP가 칩의 어느 위치에 어느 모양으로 배치되어야 적절한지 결정하는 계획으로,
출력 핀의 방향, 전기적인 특징, Package Type까지 모두 고려해서 결정됩니다.
쉽게 설명하면, 방에 가구배치를 한다고 생각하면 됩니다.
마지막으로,
보통은, 이러한 Specification 단계에서, 인력 구성과 개발 기간도 함께 정합니다.
주로 JIRA나 Confluence 같은 공유 플랫폼을 사용해서, (혹은 FTP서버)
업무 분담과 개발 기간, 그리고 여러 가지 수많은 자료를 공유합니다.
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