Author: 진 선옥 기자 (Editor-in-Chief / Nikkei Electronics Asia-Korea)
Source: Nikkei Electronics Asia, December 2000 / Vol.2 No.12
Date: 2000.12.14

임베디드 솔루션을 통한 SoC 시장의 새로운 대안 SOPC
임베디드 솔루션을 통한 SoC 시장의 새로운 대안 SOPC...

최근 급격히 시장을 확대하고 있는 PLD(Programmable Logic Devices)가 SoC의 또 다른 설계대안으로 제시되고 있다.  최근 알테라가 출시한 임베디드 프로세서 코어를 PLD안에 온 칩으로 구현한 엑스칼리버 제품이 그 대표적 예라 할 수 있다.  SoC 시장의 전통적 맹주인 ASIC 시장과 PLD의 기술경쟁이 더욱 본격화될 전망이다.

시스템 설계환경이 SoC(System on a Chip) 기반으로 점차 이동함에 따라 이를 둘러싼 다양한 회로설계 방식이 제안되고 있다.  SoC 디자인은 전통적으로 ASIC 방식의 설계 룰이 적용되었고 아직도 시장의 많은 부분에서 이를 기반으로 한 시스템 설계가 이루어지고 있다.

그러나 최근 급격히 시장을 확대하고 있는 PLD(Programmable Logic Devices)가 SoC의 또 다른 설계대안으로 제시되고 있다.  80년 중반 이후 마켓에 새롭게 등장한 PLD 반도체 기술은 타임 투 마켓 솔루션 개발을 위한 최적의 제품으로 평가되면서 프로그램 수정과 업그레이드가 용이한 유연성을 기반으로 신제품의 초기 프로토타입 설계용으로 폭넓게 사용되어 왔다.

최근에는 반도체 공정기술이 서브미크론급으로 발전하면서 수백만 게이트를 집적한 대용량 PLD 제품들이 빠르게 시장에 진입하기 시작했고 또한 임베디드 프로세서 코어를 내장한 ESB(Embedded System Block) 구조의 새로운 제품들도 출시되고 있다.

임베디드 프로세서 프로그래머블 솔루션

세계적인 PLD 공급업체인 알테라는 최근 자사의 대용량 FPGA(Field Programmable Gate Array) 제품군인 APEX 아키텍처를 기반으로 ARM, MIPS, 모토로라 등의 임베디드 프로세서 코어를 내장한 엑스칼리버(Excalibur) 시리즈를 선보이기도 했다.

SOPC(System on a Programmable Chip) 솔루션으로 소개된 이 엑스칼리버 제품은 PLD 솔루션이 SoC 시장에서 전통적 맹주의 자리를 지키고 있는 ASIC에 대해 명백한 선전포고를 선언했음을 입증해 주는 사례다.

알테라의 엑스칼리버는 현재 200MHz로 구동하는 고성능 임베디드 프로세서인 ARM922T와 MIPS32 4Kc, 그리고 자체 개발한 소프트 임베디드 프로세서 코어인 Nios 기반의 제품이 출시되고 있다.  이 제품은 APEX 기반의 아키텍처를 통해 최대 1백만 게이트의 프로그래머블 로직 용량과 256Kbytes의 SRAM, 128Kbytes의 듀얼 포트 램을 제공하고 있으며, 내부 온 칩 버스 메모리를 통해 고속 클럭 스피드를 지원하고 있다.

또한 SDRAM/DDRAM 컨트롤러와 UART, Flash, SRAM의 외부 버스 인터페이스를 위한 EBI(External Bus Interface)를 제공하고 있으며, 워치독 타이머, 타이머 카운터, 인터럽트 컨트롤러, 임베디드 트레이스/디버깅 로직, 그리고 최대 6개의 PLL(Phase Locked Loop) 등을 통해 SOPC 아키텍처를 제공하고 있다.

'Altera PLD World Korea' 참석차 내한했던 알테라의 에릭 클리그(Erik Cleage) 수석 부사장은 "SOPC 시장이 아직 메인스트림으로 자리를 잡고 있지 못한 것이 사실이지만 분명한 것은 앞으로 시장의 전개방향이 이러한 SOPC 영역으로 나갈 것이라는 점"이라고 말하고 "특히 엑스칼리버는 이미 마켓에서 SoC 설계를 위해 폭넓게 사용되고 있는 임베디드 프로세서를 집적한 제품으로 보다 많은 기회시장이 형성될 것으로 확신한다."고 밝혔다.

그림1 ARM기반의 임베디드 프로세서 PLD 아키텍쳐

ASIC과 PLD의 기술 주도권 경쟁

그동안 PLD 시장의 공급업체들은 끊임없이 ASIC 시장에 대한 공격을 감행해 왔고 PLD 솔루션의 시장확대를 위해 주력해 왔다.  일반적으로 PLD는 ASIC의 NRE 비용이 필요없는데다 언제든지 프로그램 수정이 가능하고 개발기간도 ASIC 보다는 거의 절반 이상 줄일 수 있어 타임 투 마켓에 유리한 제품이다.

특히 최근에는 ASIC에 비해 단점으로 지적되었던 양산 칩 가격이나 시스템 성능, 스피드 등의 문제들도 점차 ASIC 수준에 근접해 가고 있으며, 원격 프로그램 수정 및 업그레이드 기능이나 임베디드 시스템 솔루션 구현 등 PLD에서만 구현이 가능한 첨단 기술들이 개발되면서 시장 장악력이 갈수록 높아지고 있다.

이러한 PLD에 대한 시장 요구가 확산되면서 최근에는 ASIC내에 PLD 블록을 집적해 사용하려는 새로운 설계 이슈도 제기되고 있다.  ASIC 기술의 선도기업인 LSI 로직과 루슨트 등은 최근 ASIC안에 PLD 블록을 구현해 프로그램 설계의 유연성을 수용하는 기술을 발표해 관심을 모으기도 했다.

PLD의 ASIC 시장에 대한 도전이 다시금 ASIC의 PLD 시장에 대한 역공세가 펼쳐진 셈이다.  그러나 문제는 그리 간단하지 않다.  알테라의 에릭 클리그 수석 부사장은 ASIC안에 PLD를 구현하는 것은 한마디로 무모한 일이라고 단언한다.

에릭 클리그는 "PLD와 ASIC을 하나의 회로 안에 최적의 환경으로 구현할 수 있다는 주장은 무모한 것"이라고 말하고 "ASIC 회사들이 그동안 PLD 기술에 접근하지 못했던 이유는 이러한 아이디어가 없었던 것이 아니라 실제 내부 회로를 구현하는데 있어 PLD를 ASIC안에서 처리할 수 있는 인터페이스 기술의 한계 때문이었다."고 주장했다.

또한 "사이즈 면에서도 PLD를 ASIC안에 최적화 시키기가 어려워 동일한 게이트 용량의 PLD를 ASIC 안에서 사용하고자 할 때 결과적으로 ASIC 블록마다 PLD 영역이 커지기 때문에 구조상으로는 현재 엑스칼리버와 거의 비슷한 아키텍처 형태가 된다."고 설명했다.

따라서 회로설계의 유연성을 확보할 수 있도록 PLD 특성을 수용한 SoC 디자인은 사실상 PLD 아키텍처를 플랫폼으로 사용하는 것이 가장 바람직하다는 것이 그의 주장이다.  손쉽게 여러 기능 블록들을 하나의 칩 안에 집적할 수 있는데다 이러한 시스템 온 칩 설계에 필수적인 내부 인터페이스 기술도 안정적으로 운용될 수 있기 때문에 현재로서는 ASIC의 PLD 내장보다는 PLD의 ASIC 영역으로의 확장이 더욱 유력시 된다는 것이다.

하지만 문제는 아직도 남아 있다.  PLD 기술의 급속한 발전에도 불구하고 아직까지 ASIC 시장의 장벽은 여전히 존재한다.  시스템 성능과 대량생산시 소요되는 디바이스 가격은 여전히 PLD의 핸디캡일 수밖에 없다.  최근 PLD 공급업체들은 첨단 반도체 공정기술을 앞다퉈 도입하면서 디바이스의 가격경쟁력 확보와 성능향상에 주력하고 있다.  좀 더 지켜보아야 할 일이지만 SoC 시장에서도 PLD의 영역권 전쟁은 앞으로도 ASIC 기술과의 경쟁을 통해 판가름 될 전망이다.