Device Scailing 고든 무어의 무어의 법칙 - 반도체 발전 흐름을 나타내는 법칙, " Chip 안에 들어가는 트랜지스터의 개수가 2년마다 2배가 됨 " - X축 : 시간의 흐름, Y축 : 칩에 들어가는 트랜지스터의 개수 - 칩 : 하나의 회로 시스템 즉, 트랜지스터의 물리적인 크기가 작아지는 것을 의미함 --> 트랜지스터의 소형화로 성능 향상, 동일한 면적 내에 기능 다양화 --> Chip 당 생산 비용의 감소
Chip 이란 ? 집적회로 (Integrated Circuit) 이 내장된 실리콘 Chip 크기가 작고 컴퓨터나 기타 부품의 일부로 사용 ( ex. CPU, GPU ) SoC - 전체 시스템을 Chip 하나에 담은 기술 집약적 반도체, 일반적으로 임베디드 시스템에 주로 사용 SoB - PCB 위 다수 Chip ( ASIC으로 구성) 을 사용해 설계, Routing 및 배선 설계로 관리 * ASIC : Application Specific Integrated Circuit
SoC 내부 블록 다이어그램 Program Memory, Data Memory, Timer, DAC, GPIO, Watchdog System Bus : 프로세서와 각 주변 장치들이 원활하게 통신하기 위해 정교한 통신 방식으로 설계된 네트워크
장점 : SoB와 다르게 소비 전력이 낮음, 생산 단가가 저렴함, 고성능 및 시스템 안정화 제공, 제품 개발 및 조립 용이 한계점 : 발열 심함, 열 관리 기술인 히트 파이프 적용함, 높은 개발 비용 및 긴 개발 시간, 복잡성 증가 및 검증 어려움
Embedded Sys - 기계나 다른 제어가 필요한 시스템의 특정한 기능을 수행하기 위한 컴퓨터 시스템 - 장치 내에 존재하는 전자 시스템 - ex. 가전 제품, 비행기, 우주선, 자동차 내 정보기기 - 특징 : 실시간 처리 지원, 고신뢰성, 최적화 기술, 특정 시스템 사용, 네트워크 및 멀티미디어 처리 기능 지원, 다양한 솔루션과 개발도구 필요 - 최근에는 기술 발달로 범용 컴퓨터인 PC 와 구분이 모호해짐
SoC의 구성 - 응용 분야에 따라 회로의 종류가 달라져 획일화 된 구성은 없음 - 하지만 대략적으로 다음과 같이 구성됨 ( 디지털 신호처리기 코어, 메모리, 인터페이스, 주변회로 ) - 디지털 신호처리기 코어 : SoC 핵심, 다양한 디지털 신호처리 및 연산담당, 마이크로컨트롤러, 마이크로프로세서 - 메모리 : 데이터 저장 및 접근 관리, ROM, RAM, EEPROM, Flash Memory - 인터페이스 : 다양한 기기와의 연결 가능, USB, Ethernet, UART, SPI, HDMI, WIFI, Bluetooth, DAC 등 - 주변회로 : Timer(시간작업), Power On Reset (시스템초기화 및 재시작)
- 데이터 & 신호 처리 Unit CPU : Processer, 중앙처리장치 GPU : 그래픽 처리장치, 그래픽에 관련된 연산 담당 회로, 스마트폰에 필수적인 회로 DSP + Neural Engine : Audio 신호처리, 비디오 신호처리, 디스플레이 신호 처리 등 인공지능 신호처리를 위한 뉴럴엔진 - 메모리 Unit Memory (ROM - 읽는 동작만 가능, RAM - 자유롭게 입출력, NAND Flash - 전원 없이 데이터 저장 및 입출력 가능 ) - Connectivity Module 외부와의 통신 담당 ex. WiFi, USB, Modem
하드웨어 - CPU, Memory, 통신, GPU 소프트웨어 - 운영체제, 응용프로그램
Arm based SoC - 출처 :
: Arm University Program Education Kit, https://github.com/arm-university/Introduction-to-SoC-Design-Education-Kit]
- 진화된 SoC 구조 : 다양한 Bus 네트워크 구조 존재할 수 있음
NVIDIA CHIP 구조
출처 :
Arm University Program Education Kit, https://github.com/arm-university/Introduction-to-SoC-Design-Education-Kit
- 2개의 코어를 가짐 , 각 코어는 1.2GHz의 빠르기로 동작함 - 메모리는 NAND Flash 와 DDR2 (DRAM) 탑재 - 그래픽 처리를 위해 GPU 의 GeForce 탑재 - 그 외에도 오디오, 비디오 처리기, USB 등 탑재 - 그럼에도 12*12 mm 크기와 제조 공정은 40 nm 사용함
MPU, MCU, SoC MPU : 데이터 처리 또는 제어를 위한 통합 Chip, MCU와 SoC를 비교해 단순 연산 기능들이 통합된 장치 MCU : 그 자체로 하나의 컴퓨터를 의미, MPU 보다 상위의 개념, 단일 또는 다수의 MPU 포함, 메모리와 다양한 입출력 장치들이 포함됨 SoC : 시스템 온 칩, MCU 보다 상위의 개념, 거의 모든 회로를 통합한 Chip, MPU를 포함한 MCU에 시스템에 필요한 더 많은 주변장치를 포함한 개념
SoC (System on Chip)
MPU (MicroProcessor)
MCU (MicroController)
응용분야에 특화되어 있는 구성 운영체제 실행 가능 기능적으로 가장 강력
단일 프로세서 코어 하나의 Processor
하나의 MPU와 주변장치들이 연결됨 제어를 위한 용도로 사용
더 큰 메모리 블록, 다양한 입출력 장치
범용적으로 사용됨
메모리 블록, 기본 입출력 장치 및 기본 주변 장치 존재
GPU, DSP 강력한 블록과 통합
메모리와 IO를 지원해야함
주로 임베디드 애플리케이션과 같은 기본 제어 목적으로 사용됨
OS (운영체제) 실행가능
고급 애플리케이션에 사용됨
SoC의 설계 흐름 IP Core 설계 -- 응용 분야 특화 SoC 구성 -- 파운드리 회사를 통한 Chip 제작 -- 최종 제품 탑재 1. 요구사항 분석 - 시스템의 목표와 요구사항 정의 2. 아키텍쳐 설계 - 전체 시스템의 구조와 기능을 결정 3. 하드웨어 설계 - 각 구성요소의 하드웨어를 설계 4. 소프트웨어 설계 - 내장된 프로세서에 대한 소프트웨어 개발 5. 통합 및 검증 - 하드웨어와 소프트웨어를 통합하고 검증 6. 프로포타입 및 시제품 - 물리적인 모형을 제작해 작동 확인 7. 생산 및 검증 - SoC를 양산하고 품질 검사 8. 출시 및 지원 - 제품을 시장에 출시하고 지원을 제공
