[오늘의 반도체 용어] What is MIPS

오늘은 MIPS가 무슨뜻인지 알아보자.

컴퓨터 성능을 나타내는 지표 중 하나로 MIPS(Millon Instructions Per Second)가 사용된다. 이는 1초당 1백만 회의 명령 실행하는 연산속도를 의미한다.

그러나 이번에 설명하고자하는 MIPS는 다른 의미의 MIPS를 설명하고자 한다.

MIPS : Microprocessor without Interlocked Pipeline Stages의 약자로 밉스 테크놀로지에서 개발한 RISC 마이크로프로세서 이다.

MIPS 아키텍쳐는 RISC 기반으로 ARM 과 동일한 방식을 사용하고 있다. MIPS는 르네사스, 소니 플레이스테이션 등 많은 부분에서 사용되어 왔다. 그러나 안타깝게도 모바일에서 ARM에 밀리면서 대부분의 중요 라이센스를 ARM 관련사에 모두 팔아버리고 결국에는 유명한 영국의 그래픽, 비디오 IP 전문 업체 이미지네이션테크놀로지가 엄청 싼 가격으로 인수하게 된다.

처음에는 중요 라이센스를 이미 다 넘긴 상황에서 이미지네이션사의 MIPS 인수는 부정적이였다. 하지만 이미지네이션사가 기존에 가지고 있던 시장을 바탕으로 MIPS CPU를 프로모션하고 있으며 모바일 최강자인 ARM을 상대로 얼마나 선전할 수 있을지 기대된다.

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[오늘의 반도체 용어] What is Metastable

이번에는 front-end 엔지니어가 반드시 알아야할 Metastable에 대하여 알아보도록 하자. metastable은 말 그대로 '준안정'을 말한다. 한글로 쓰니까 먼가 괜찮아 보이는 용어 같지만 실제로 Digital 회로에서 가장 문제가 되는 부분이 이 Metastable 님 되시겠다.  좀 더 쉽게 풀어서 설명하면 Digital에서 신호는 0 또는 1 이다. 그러나 metastable은 0도 아니고 1도 아닌 상태를 말하는데 이것을 이전 포스팅([반도체기초] High Impedance(z) and Unknow(x))에서 설명한 unknown 상태가 되는 것이다. 이 상태가 되면 이후 로직에 영향을 주기 때문에 설계자가 원하는 대로 동작하지 않게 된다. 따라서 metastable은 로직 설계 엔지니어라면 반드시 조심해야할 문제인 것이다.

그렇다면 이 metastable은 왜 생기는 것이며 어떻게 없앨 수 있는 것일까?

엔지니어가 디버깅할 때 가장 중요한 것이 필자는 '원인'을 찾는 것이라고 생각한다. 모든 문제는 원인만 찾는 다면 십중팔고 50%는 이미 해결했다고 봐도 과언이 아니다. 그러나 이 세계에서 눈에 보이는 것이 많지 않고 인간이라는 존재가 항상 실수를 할 수 밖에 없기에 정확한 원인을 찾는것이 정말 쉽지 않다는 것이 문제이다.

이야기가 조금 샛는데 다시 돌아와서 metastable이 발생하는 원인은 무엇일까? 보통 비동기(asynchronous)로 인하여 발생하게 된다. 동기(Synchronous)방식으로 설계된 회로는 정확한 엣지에서 신호를 주고 받기 때문에 설계자가 신호를 어느정도 예측할 수 있는데 비동기(asynchronous) 신호는 언제 신호를 받을지 알 수가 없기 때문에 자칫하면 metastable 신호가 만들어지게 되는 것이다. 보통은 서로 다른 소스의 clock 간에 데이터나 신호를 주고 받게 되면 발생하게 된다.(CDC 라고 하나 다음 포스팅에서 다룰 예정)

해결책은 무엇인가!? 가장 일반적인 방법은 Synchronizer(Flip-Flop 2개를 연달아 사용)를 사용하는 것이다. 디지털 설계에서 조심해야할 부분이 metastable 상태이니 반드시 고려할 수 있도록 하자.

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[오늘의 반도체 용어] What is packaging

오늘은 패키징(packaging)에 대해서 알아보자.

Fab을 통해서 설계한 대로 가공된 wafer는 여러개의 칩 조각들로 나누어지게 된다. 이렇게 만들어진 칩 조각들을 자세히 보면 설계한대로 테두리 부분에 pad들을 통해서 입출력 포트들이 연결되어 있다.

당신이 만약 장인이라면 입출력 포트들을 현미경을 통해서 하나하나 연결할 수 있겠지만 시간도 오래걸리고 불편하기 짝이 없다. 따라서 이것을 우리가 사용하기 쉽도록 입출력 단자간 연결을 하는 것을 반도체 패키징(packaging)이라고 한다.

이외에도 패키징을 통해서 전력 공급, 방열, 고온이나 물리적인 충격 등 외부환경으로 부터 칩을 보호하게 된다.

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[오늘의 반도체 용어] What is yield

반도체에서 사용되는 yield의 의미를 알아보도록 하자.

yield는 영어로 이율이라고 해석된다. wafer를 가공하여 자신이 설계한 반도체로 변하게 되는데 이것을 칩 조각(chip) 또는 다이(die) 또는 펠릿(pellet) 이라고 한다. 업계에서는 주로 칩 이나 다이라고 부른다.

wafer를 통해서 만들어진 많은 die들은 다 제대로 동작하지는 않는다. 따라서 전체 die 중에 잘 동작하는 die를 골라내고 패키징하여 우리가 실제로 보는 chip으로 만들어지는 것이다. 이 전체 die들 중에서 잘 동작하는 die의 비율을 반도체 업계에서 일드(yield) 라고 한다. yield가 높아지면 당연히 생산 단가가 낮아진다. 보통 유명한 TSMC, UMC 등과 같은 유명한 Fab.을 이용하는 이유는 yield 때문이다. 가격이 조금 비싸더라도 기술력이 있기 때문에 yield가 높고 경쟁력이 있기 때문이다.

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[오늘의 반도체 용어] What is NRE

오늘은 업계에서 언급되는 NRE에 대해서 알아보도록 하자.

NRE : Non-recurring engineering의 약자로 초기 개발비 라고 한다. 말 그대로 초기에 들어가는 비용을 말하는데 초기에 아이디어나 프로젝트를 시작할 때 초기 비용을 계산해서 손익분기점을 통해 제품의 가격을 선정하고 얼마나 팔아야 이익을 낼 수 있는지가 중요한 포인트라고 할 수 있겠다. 만약 초기 개발비에서 투자비가 회수가 되지 않는다면 다음 연속적인 프로젝트로 회수 여부를 판단하는 것이 관건이다.

유독 반도체 업계에서 NRE가 자주 사용되는 이유는 초기 투자비용이 다른 업계보다 많이 들어가기 때문이다. 칩 한번 만드는데 적게는 수억에서 많게는 수십억의 초기비용이 들어가다 보니 칩 한번 실패로 중소기업이나 벤처는 휘청일 수 있는 것이다.

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[오늘의 반도체 용어] What is MPW

오늘은 ASIC/SoC에서 사용되는 MPW에 대해서 알아보도록 하자.

MPW : Multi-Porject Wafer 의 약자로 반도체 관련 연구실이나 업계에서 자주 사용되는 용어로 말 그대로 이다. 웨이퍼 하나에 여러개의 프로젝트를 함께 넣는 것이다. 왜냐고? 가격이 싸기 때문이다. 보통 반도체 설계를 하여 칩으로 만들기 위해서는 하나의 웨이퍼를 기준으로 칩을 찍어내야 하는데 이 웨이퍼에서 칩이 나오기 위한 가격이 수억이다. 일반 벤처기업에서 칩 한번 찍으려다 거덜나는 이유다. 그럼 처음 설계하고 생산하는 칩을 시스템레벨에서 sample과 같이 그냥 한번 테스트용으로 뽑아 보는게 바로 MPW다. 

MPW는 여러개의 프로젝트들을 함께 모아서 하나의 웨이퍼를 공유해서 사용하므로 내는 돈은 적고 설계한 칩을 테스트 해 볼 수 있는 기회인 것이다. 단점이라면 그럴일은 없겠지만 칩이 제대로 나온다면 실제 웨이퍼 한장에다가 다시 한번 더 찍어봐야 한다는 정도? 이게 먼소리냐 하면 첨부터 하나의 웨이퍼로 테스트 했다면 칩이 정상동작 할 때 그냥 삼성이나 TSMC, 하이닉스 같은 Fab.에 이대로 찍어주세요~ 하면 칩 양산이 시작되는 거라고 생각하면 된다.

MPW는 자금력이 부족한 대학 연구실, 중소기업, 벤처 등을 위한 정말 좋은 시스템인 반면 삼성, 하이닉스, 동부하이텍, TSMC, UMC 등의 Fab.에서는 그다지 좋은 시스템은 아니다. 사실 양산을 가지 않는 기업들에게 Sample을 싸게 해줄 이유는 없기 때문이다. 그래서 MPW의 경우 국내는 ETRI나 IDEC과 같은 국가 기관을 통해 많이 사용하며 국가기관에서도 EDA 툴([오늘의 반도체 용어] What is EDA)을 보조하여 국내 반도체 설계 활성화를 위해 노력하고 있다.

하지만 최근에 반도체 업계가 많이 기울어진 추세이며 앞으로 어디까지 떨어질지는 ... 참 암울한 현실이다. 중국은 이전까지만 해도 제조업 위주로 경제를 이끌어 왔지만 대만과 같이 반도체 핵심 기술을 위해 엄청난 투자를 하겠다고 얼마전에 발표했다. 이에 반해 고부가가치의 게임, 문화, 소프트웨어 산업 부터 반도체 설계 산업까지 현 정부기관에서는 이를 지원하기 위해 얼마나 노력하고 있는지 궁금하다. 도와주지 못한다면 자연스럽게 성장할 수 있도록 막지나 않았으면 좋겠다는게 나의 바람이다.

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[오늘의 반도체 용어] What is BIST

오늘은 BIST 라는 용어에 대하여 알아보도록 하자.

BIST : Built-In Self-Test 또는 Built-In Test(BIT)라고 부르는데 설계한 로직 회로 내부에 원하는 대로 동작이 되는지를 확인 할 수 있도록 함께 설계 하는 기술을 말한다. 말 그대로 '자체 테스트 회로'를 내장 하는 것이다. 이렇게 자체 테스트 회로를 내장 하게 되면 실제 칩으로 나왔을 때 제대로 동작하는지 테스트하기 위한 복잡도가 크게 줄어들고 비싼 외부 장비를 사용하지 않고도 빠른 시간 내에 시험을 완료 할 수 있다는 장점이 있다. 반면에 자체 테스트 항목이 많아 질수록 테스트를 위한 1회성 로직이 많이지는 것이기 때문에 칩이 커지는 단점이 있다. 따라서 이전 포스팅한 [오늘의 반도체 용어] What is Code Coverage 에서와 같이 내부 로직을 통해 간단하면서도 많은 부분을 함께 검증 할 수 있는 방법을 생각하는 것이 또 하나의 연구라고 할 수 있겠다. 

추가 설명하면 칩을 양산하게 되면 테스트를 통해 정상적인 칩만을 출하시켜야 하는데 외부 테스트 장비를 이용할 경우 테스트 환경을 구성하는데 많은 돈이 투자되고 테스트를 진행하면서 시간이 소비되므로 양산 제품이 많아 질수록 소비되는 시간이 더 많이지는 것이다. 따라서 내부적인 간단한 테스트를 통해서 빠른 검증이 가능하다면 가장 중요한 '돈'을 아낄 수 있는 것이 가장 큰 장점이라고 생각할 수 있다. 비메모리 반도체의 경우 테스트 조건이나 항목이 많기 때문에 BIST는 많이 사용하지 않는 편이며 status register 등을 이용하여 가능한한 많이 모듈 상태를 확인할 수 있도록 한다. 메모리같은 경우 내부 테스트가 비메모리 보다 비교적 간단하기 때문에 BIST를 사용하고 있다.

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[오늘의 반도체 용어] What is ARM

1980년대 PC가 보급되기 시작하면서부터 Intel이 CPU 시장을 장악했는데 지금은 스마트폰을 시작으로 모바일이 세계에 널리 퍼지면서 ARM CPU가 시장을 장악하고 있다. ARM은 IP([오늘의 반도체 용어] What is IP) 만을 판매하여 수익을 내는 회사인데 이 ARM에 대해서 알아보도록 하자.

ARM : Advanced RISC Machines의 줄임말로 사실 처음에는 이런 약자가 아니였다. 1983년 아콘컴퓨터즈(Acorn Computers)의 프로세서인 Acorn RISC Machine에서 처음 사용하기 시작했고 1990년 ARM이 설립되면서 지금의 ARM이 된 것이다.

ARM社는 1990년 아콘컴퓨터즈와 애플컴퓨터가 합작하여 조인트 벤처로 설립되었다. 여기서 처음 개발된 프로세서를 애플의 뉴튼 프로젝트에 사용하였으며 1998년 상장하여 지금의 ARM이 된 것이다.

ARM이 개발한 프로세서는 32bit RISC(Reduced Instruction Set Computer) 프로세서로 기존의 Intel이 사용하던 CISC(Complex Instruction Set Computer)방식과는 시작부터가 다른 프로세서 이다. (다음 포스팅으로 이 두개를 비교해 보도록 하겠다.) ARM 프로세서 아키텍쳐의 가장 큰 장점은 다른 프로세서들 보다 저전력에서 뛰어나다는 것 때문에 현재 모바일 시장이 스마트폰으로 인해 급속도로 발전하기 시작하면서 시장을 독점하게 되었다.

ARM은 수많은 버젼이 있는데 ARM1~ARM11 그리고 지금의 Cortex 시리즈까지 많은 발전을 거듭해 왔다. 순수하게 프로세서 아키텍쳐만을 개발하여 IP 판매를 하기 때문에 ARM 코어 아키텍쳐를 동일하게 사용한다고 하더라도 어떻게 SoC([오늘의 반도체 용어] What is SoC) 하느냐에 따라 TI(Texas Instruments)의 프로세서 라던가 삼성의 Exynos와 같은 프로세서들이 탄생하게 되는 것이다. 앞으로 사물인터넷과 웨어러블 기기들이 세상을 장악하게 될 것이라고 모든 기업들이 예상하기 때문에 모바일을 타겟으로 한 저전력 프로세서들을 Intel을 포함하여 기존 프로세서 업체들이 다양한 타겟으로 내놓고 있다. 이런 춘추전국 시대 속에서 앞으로의 ARM의 행보가 기대된다.

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[오늘의 반도체 용어] What is FPGA

반도체 설계를 위한 '[오늘의 반도체 용어] What is ASIC' 와 '[오늘의 반도체 용어] What is SoC' 을 알아보았는데 이번에는 반도체에서 새로운 라인을 만들어 가고 있는 FPGA에 대하여 알아보도록 하자.

FPGA : Field Programmable Gate Array의 약자로 직역하면 '현장에서 프로그램 가능한 게이트 어레이' 가 되시겠다. 더 쉽게 풀어 해석하면 프로그램 가능한 논리 요소와 내부선이 포함된 반도체 소자가 FPGA 이다. 더더 쉽게 풀어 해석하면 '프로그램 가능한 칩' 정도가 되려나? 사실 FPGA가 단번에 나온 것은 아니다.

FPGA의 근원은 1978년 모놀리식 메모리社가 내놓은 칩을 PAL(Programmable Array Logic)이라고 부르면서 시작했다. 이외에도 GAL(Generic Array Logic), PLD(Programmable Logic Device)이 나오게 되고 내부 Logic을 더 많이 사용하게 됨으로써 1980년대초 CPLD(Complex Programmable Logic Device)가 나오게 되었다. FPGA는 자일링스 공동 창립자인 로스프리맨(Ross Freeman)이 1984년에 FPGA를 발명하였다.

보통은 FPGA와 CPLD를 기준으로 많이 비교하는데 이유는 두가지의 가장 큰 특징이 휘발성이냐 비휘발성이냐 이다. FPGA의 경우에는 휘발성으로 비휘발성 외부 메모리를 통해 전원이 OFF/ON 되더라도 FPGA의 프로그램은 없어졌지만 비휘발성 메모리를 통해 프로그램을 올려 동작시킨다. 그러나 CPLD는 이런 복잡한 작업 없이 한번 프로그램하면 전원이 OFF/ON 되더라도 같은 동작을 하게된다.

그럼 왜 다들 불편한 FPGA를 사용하는 것일까?

이유는 간단하다. 구조상 FPGA가 CPLD보다 훨씬 더 많은 로직을 만들고 구현할 수 있기 때문이다. 예전에 간단한 하드웨어 로직만을 설계하고 개발했을 때는 CPLD를 많이 이용하였다. 그러나 시대가 변하면서 하드웨어 로직 설계가 많이지고 복잡해져 CPLD의 가격/용량/크기 대비 FPGA를 사용하는 것이 훨씬 효율적이게 되었고 모두들 FPGA를 사용하게 되었다.

FPGA는 최적화된 하드웨어가 필요하지만 ASIC/SoC를 진행하기에는 초기비용이 많이 들어가기 때문에 이를 대체하기 위해 개당 가격은 비싸지만 FPGA를 사용하게 된다. 따라서 주로 우주과학, 국방, ASIC 초기 검증용, 의료, 컴퓨터 비전, 인식 등 개수는 많지 않지만 고가의 제품들을 위주로 많이 사용된다.

FPGA의 대표적인 회사로는 자일링스(Xilinx)와 알테라(Altera)가 있으며 이들의 전용 EDA 툴과 기타 IP들의 전방위적인 지원으로 많은 사람들이 FPGA를 많이 사용하고 있는 추세이다. 국내의 경우 산업에서는 주로 Xilinx社 제품들을 주로 사용하고 있으며 Altera社의 경우 대학이나 교육용으로 많이 사용되고 있다. FPGA는 HDL([오늘의 반도체 용어] What is HDL)을 이용하여 하드웨어 로직을 구성하게 된다.

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[오늘의 반도체 용어] What is EDA

오늘은 EDA가 무엇인지 알아보자!

EDA : Electronic Design Automation의 약자로 ECAD(Electronic Computer-Aided Design)이라고도 불리며 전자회로부터 칩까지 다양한 전자 장치를 설계 및 생산 범주를 말한다. EDA의 대표적인 산업 분야는 반도체 칩 설계 분야 인데 이유는 최근의 반도체를 손으로 설계하기에는 불가능하기 때문이다.

EDA 이전에는 사람들이 직접 종이와 펜을 이용하여 설계 및 생산을 하였지만 1970년대 처음으로 자동화된 툴을 사용하기 시작하였으며 1981년 미국방부의 VHDL과 Verilog([오늘의 반도체 용어]What is HDL) 등 반도체 관련 산업 개발을 기점으로 Hewlett Packard, Tektronix, Intel 등이 내부적으로 EDA를 따라가기 시작했다. 이후 1984년 첫번째 Design Automation Conference를 시작으로 지금까지 많은 발전을 하게 되었다.

보통은 EDA는 EDA tool이라는 용어로 많이 사용된다. EDA tool은 여러가지가 있으며 시스템 레벨에서는 Cadence社 OrCAD, Mentor Graphics社 PADS tool 등이 있으며 반도체 설계에서는 많은 tool들이 있지만 특히나 Synopsys社와 Cadence社의 tool이 없이는 반도체 설계를 할 수 없다는 말이 나올 정도로 독보적인 시장을 차지하고 있다. 따라서 설계, 검증, 생산을 자동으로 쉽게 해주는 tool을 EDA tool이라고 하며 현재는 이런 tool들이 없이 설계, 검증, 생산을 할 수 없을 정도로 기술이 발전하고 복잡해 졌다. 앞으로는 이런 EDA tool을 얼마나 더 잘 사용하는지가 새로운 경쟁력의 기반이 되고 있다.

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[오늘의 반도체 용어] What is Code Coverage

이번 포스팅은 검증에서 필요한 코드 커버리지(Code Coverage)에 대해서 알아보도록 하자.

코드 커버리지(Code Coverage): 소프트웨어의 테스트에서 얼마나 테스트가 충분한가를 나타내는 지표 중 하나로서 코드가 어디까지 커버되는가? 를 말하는 것이다. 좀 더 쉽게 설명하면 verilog로 만든 어떤 모듈이 있을 때 입력값에 따라 원하는 출력이 나오게 되는데 테스트는 특정 입력값에 따라 원하는 출력값이 나오는가를 확인하게 된다. 이 때 입력값을 어떻게 주느냐에 따라 만들어진 모듈이 얼마나 사용되느냐를 Code Coverage 라고 한다. 만약 입력값을 몇개 안주어 만들어진 모듈이 50%만 사용되었다고하면 이 모듈은 50%만 테스트 검증 된 것이 된다. 이해가 좀 되는가?

코드 커버리지를 통해 사람이 확인하지 못하는 모든 경우의 수를 프로그램을 통해서 가능한한 많이 테스트하여 오류를 최소화 하는 것이 목적이다.

많이 쓰이는 툴로는 Mentor Graphics社의 ModelSim과 Cadence社의 ICC(Incisive Comprehensive Coverage) 등이 있다. 각각을 이용하여 실제 사용하는 방법에 대해서는 나중에 다시 다루도록 하고 어떤 알고리즘을 이용하여 잘 만드는 것도 중요하지만 '검증'을 통해 만들어진 것을 최대한 오류 없이 잘 확인하는 것이 이슈라고 할 수 있겠다. 가장 빠르고, 쉽고, 확실하게 검증할 수 있다면 '시간'과 '돈'을 아낄 수 있는 개발의 최고의 방법이 되겠다.

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[오늘의 반도체 용어] What is HDL

지난 RTL 설명하던 중 VHDL과 VerilogHDL에 대하여 간단히 언급하였는데 이번에는 이 두가지 언어에 대하여 자세히 알아보도록 하자.

HDL : Hardware Description Language로 전자회로를 정밀하게 기술하는 데 사용하는 언어이다. 회로의 원하는 동작 또는 구조를 기술하며 시뮬레이션을 통해 검증까지 할 수 있다. 일반적으로 C언어 같은 경우에는 작성한 후 컴파일러를 통해 컴퓨터 언어인 binary로 변환되지만 HDL의 경우는 합성기(Synthesizer)을 통해 합성(Synthesis)를 하여 Gate-Level로 코드를 변환하게 된다. 대표적인 HDL로는 VHDL과 VerilogHDL이 있다.

VHDL : Very-High-Speed Integrated Circuit HDL 는 1980년대에 미국 국방부가 VHSIC 프로젝트를 시작하고 사용된 하드웨어 기술 언어이다. 따라서 VHDL은 주로 군사용으로 많이 사용되었으나 최근에는 디지털 회로 전반에 걸쳐 널리 이용되고 있다.

Verilog : Verilog는 1983년 Gateway Design Automation社에서 개발되었다. VHDL과 함께 발전하여 1995년 IEEE 1364-1995가 표준으로 채택되었고 기존 표준을 확장시켜 IEEE 1364-2001가 만들어졌다. 회로의 설계, 검증, 구현 등의 용도로 사용되며 C언어와 비슷한 문법을 가져 사용자들이 쉽게 접근할 수 있도록 만들어 졌다. 이외에도 검증 부분이 더 강화되어 확장된 SystemVerilog라고 하여 Verilog-2005가 있지만 아직 많은 합성툴들이 지원하고 있지는 않다.

현 상황은 산업에서 아무래도 C언어와 비슷한 verilogHDL을 많이 사용하는 추세라고 보면 되겠다. 따라서 본인이 디지털하드웨어에 관심이 있다고 알아보다가 VHDL과 VerilogHDL 중 어떤 것을 공부해야하나 고민하고 있다면 필자는 VerilogHDL을 추천한다.

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[오늘의 반도체 용어] What is RTL

이번 포스팅에서는 RTL 에서 대해서 간단히 알아보도록 하자.

RTL : Register Transfer Level 의 약자로 하드웨어 레지스터들간에 신호 흐름을 설명해 놓은 것을 말한다. 이것은 Hardware Description Language 을 이용하여 설명된다. 대표적인 Hardware Description Language는 VHDL과 VerilogHDL이 있으며 현재 산업에서는 아무래도 C언어와 비슷하여 접근하기 쉬운 VerilogHDL을 많이 사용하고 있는 추세이다.

RTL 코드로 작성된 것을 크게 두개로 나누면 Combination logic과 Register가 있다. 그림에서 보는 거와 같이 Combination logic은 입력값에 따라 출력값이 바로 결정되며 Register의 경우 특정 값을 기억할 수 있다. 이 두가지를 이용하여 우리는 RTL 코드를 작성하고 하드웨어 회로를 설계하게 된다.

반도체 설계에 있다보면 "알티엘 알티엘" 하는데 보통은 VHDL이나 VerilogHDL로 작성한 코드를 RTL 코드 또는 RTL이라고 많이 부르고 있다.

끝!

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[오늘의 반도체 용어] What is IP

이전 SoC 포스팅에서 언급되었던 IP에 대하여 이번에 좀더 자세히 알아보도록 하자.

IP : Intellectual Property 지적재산권이라고 하고 반도체 쪽에서 말하면 '반도체설계자산' 이라고 해석하면 될 것 같다. IP는 말 그대로 설계된 반도체로 만들 수 있는 자료를 지적재산권이라고 하는 것이다. 이해하기 쉽도록 예를들어 설명하면 현재 모바일을 장악한 ARM이 IP의 대표 성공 예 라고 할 수 있다. 삼성, TI, ST 등 많은 반도체 설계 회사들이 ARM社의 ARM IP를 구매하여 자신들의 MCU, CPU 등에 같이 SoC 하여 핸드폰이나 웨어러블 디바이스를 만들고 있는 것이다. 그럼 ARM社는 어떻게 돈을 버느냐? 바로 ARM IP를 사용하게 되면 거기에 상응하는 '로얄티'를 받게 된다.

자.. 그럼 생각해보자. 하나 설계해서 개발해서 전세계에 팔고 그냥 앉아서 로얄티 받는다니 엄청나지 않은가? 사실 우리도 알게 모르게 이런 것들이 많다. 3G 통신에서 CDMA를 사용하는 삼성이 대부분의 로얄티를 퀄컴에 지불한다는 사실을 여러분들은 알고 있으셨나 모르겠다. 옛날 핸드폰을 자세히보면 어딘가에 스티커로 퀄컴이라고 붙어있는 것을 본적이 있을 것이다. 바로 이런 것들이 IP를 사용하고 로얄티를 지불하는 것이다.

반도체 분야에서 IP는 '반도체설계자산' 이라고 부르며 이것은 '검증된' 설계 자산으로 Hard IP, Firm IP, Soft IP 등 각각의 장단점을 가지고서 판매된다. 따라서 반도체 설계 하나만 잘 개발해도 '대박' 이라는 것을 터뜨릴 수 있는 산업인 것이다.... 라고 예전에 말했었다. 그 대박 케이스가 지금은 망하고 없어져가는 팹리스(Fabless : 공장이 없다고하여 팹리스라고 부름) 1세대 엠텍비젼이다. 2G 핸드폰 카메라 IC의 성공으로 한번에 엄청난 성장을 거두었으나 시대를 따라가지 못하고 많은 반도체 설계 실패로 사양길을 걷고 말았다.

이처럼 지금은 반도체 하나로 소위 말하는 '대박'을 터뜨리는 시대는 지났다. 하지만 아이디어로 승부한다면 그나마 '중박' 이라도 칠 수 있을 정도? 반도체는 미국, 유럽, 대만 등이 대부분을 독점하고 있으며 중국도 제조업에서 벗어나 반도체 산업을 키우기 위해 전방위로 지원하고 있다. 정부탓을 하려고 하였으나 간단한 IP를 소개하려다가 말이 길어질 것 같아 반도체 산업 관련해서는 나중에 다시 포스팅하기로 하고 마지막으로 카더라 통신으로 끝내도록 하겠다.

옛날 옛날 퀄컴이 CDMA 통신 IC를 개발했을 때 삼성에게 퀄컴을 인수해달라는 얘기가 있었다. 하지만 삼성은 너네는 그 적은인원으로 표준화 될지도 모르는 CDMA라는 것을 개발했지만 우리는 수백명이 이런 것들을 개발하고 있다 면서 퀄컴을 인수하지 않았다. 하지만 후에 퀄컴 없이는 삼성 핸드폰 하나도 팔 수 없는 신세가 되었으니 ... 아이러니 하게도 이 CDMA 기술을 표준화로 이끈 것이 바로 '삼성' 이다. 이상 카더라 통신 입니다.

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[오늘의 반도체 용어] What is SoC

오호.. 먼가 ASIC과 굉장히 흡사해보이는 반도체 용어 이다. 심지어 필자도 포스팅 할 때 ASIC/SoC 라고 포스팅 제목을 정했다. 그럼 SoC가 먼지 알아보자.

SoC : System on Chip 의 약자로 여러가지 반도체 부품이 하나로 직접 되는 기술 및 제품을 말한다. 먼가 알듯 말듯한 이 정의는 무엇이란 말인가? 그럼 하나씩 설명을 해보도록 하겠다.

일반적으로 우리는 시스템 레벨에서 회로를 설계하고 여러 반도체 칩을 이용하여 새로운 하나의 제품을 만들어낸다. 보통 PCB 또는 기판 이라고 부르는 곳에 반도체 칩과 여러 수동 소자들이 모여 있는 것을 말하는데 이해하기 쉽게 예를 들면 PC의 메인보드라던가 핸드폰의 메인보드 같은 것들이 시스템 레벨에서 설계된 응용 보드 들이다. 그런데!!! 기술이 발전하기 시작했다. 이렇게 시스템 레벨로 제품을 만들면 크기도 커지고 전기가 이동하는 시간(빛의 속도가 아니다. 나중에 이것도 포스팅하겠지만 전기는 매질에 따라 속도가 달라진다.)에 따라 성능도 떨어지게 된다.

'이 시스템 레벨에서 들어가는 각각의 반도체 부품들을 하나로 만들면 더 작아지지 않으려나?' 라는 생각으로 부터 나온 것이 말그대로 'System on Chip 시스템을 칩에 올리겠다.' 라는 말이 되는 것이다. 그래서 PC 메인보드를 예를 들면 CPU, 메모리, VGA카드, 사운드 카드 기타 등등이 모두 하나의 칩으로 들어가게 되는데 박스만했던 커다란 메인보드가 동전만한 작은 칩으로 작아지게 되는 것이다. 이 얼마나 경이로운가!!! 박스만하던게 같은 기능을 하면서 동전만해 지다니??? 그래서 나오게 된 것들이 바로 우리가 잘 아는 '스마트폰' 이 되시겠다. 좀더 자세히 말하자면 아이폰 내부 핵심 부품인 A8 Chip 이라던가 삼성의 Exynos 시리즈 들이 되겠다.

아 .. 정말 기술발전 대단하다 대단해. 최근에 그래서 더욱더 SoC 기술이 각광 받고 있으며 SoC 기술에서 가장 중요한 것은 각각의 다른 반도체 부품들을 하나로 만드는 기술인데 이로 인해 IP(Intellectual Property) 라고 불리는 검증된 반도체 부품들도 함께 각광 받고 있다.

IP에 대해서는 다음 포스팅에서 다루기로 하고 다시 한번 정리하면

'좋고 검증된 IP들을 이용하여 SoC를 하기 위해 ASIC 설계를 맡겼다.'

라는 한마디로 설명 할 수 있겠다.

장황하게 설명하기는 했는데 워낙 반도체에서 기본적이면서도 중요한 용어라고 생각되어 최대한 쉽고 자세히 설명하려고 했으니 이제는 ASIC과 SoC가 먼지 헤깔려하지 말고 아! 나도 이제 반도체 설계 엔지니어! 라는 자부심으로 열심히 한국의 100만 반도체인 양성을 위해! 달려보도록 하자!

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[오늘의 반도체 용어] What is ASIC

반도체 관련 포스팅이 많다보니 전문용어들이 많아 반도체 관련 용어들에 대해서 간단하게 정리해 보려고 한다. 하루에 하나씩 하다보면 금방 끝나려나~? ㅎㅎ

오늘의 반도체 용어 What is ASIC

ASIC : Application Specific Integrated Circuit 의 약자로 말 그대로 '주문형 반도체'를 말한다. 범용성이 높은 표준 IC와는 달리 고객이 요구하는 특정 기능을 갖도록 설계, 제작된 IC를 말한다. ASIC이라는 용어는 DATA QUEST사(LSI 시장조사 회사)가 1894년경 부터 사용하기 시작했다.

1980년대 후반부터 각광받기 시작하였으며 주문형 반도체는 고객이 원하는 사양에 맞게 최적화 하여 크기, 전력 등 을 줄이는 등의 장점이 있으나 제작 금액이 높으며 시간이 오래걸리는 단점이 있다. 따라서 ASIC을 제작하기 위한 진입장벽이 높으며 어느 정도 자본이 있는 기업들과 시장성 있는 아이템만이 주로 제작되고 있다.

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