유비쿼터스개론 15

3. SoC 기술

 SoC은 경박단소화에 대한 요구가 있어 디지털 신호 처리 장치의 핵심 부분을 포함한 각종 지적재산권 핵심 부분이 주문형 반도체와 특정 용도 표준 제품 안으로 들어가고, 메모리가 내재화된 형태로 단일칩화 되었다. 즉, 시스템을 구성하는 모든 반도체가 하나의 칩으로 구현 가능하게 되어 SoC이 출현하게 되었다. SoC은 마이크로프로세서와 디지털 신호 처리 장치, 메모리, 기준 대역 칩, 임베디드 소프트웨어 등 하나의 시스템을 집적해 놓은 집적회로라 할 수 있다. 이는 반도체 공정 기술 및 집적도, 설계 기술이 발전함에 따라  발전한 개념으로 기존의 SoB 시스템은 인쇄 회로 기판 위에 다수의 칩을 사용하여 설계되었고, 이러한 칩들은 표준제품 또는 특정 응용을 위해 설계된 주문형 반도체로 구성되었으나, 반도체 집적도가 증가함에 따라 인쇄 회로 기판 전체를 하나의 칩을 통합하는 것이 가능하게 되었고, 이러한 기술이 바로 SpC 기술이다. 따라서 SoC으로 구현된 시스템은 SoB 기술로 구현된 시스템보다 전력소모, 안정성, 설계용 측면에서 유리하며, 같은 제조공정에 다양한 기술들을 접목시킬 수 있다. 한편 주문형 반도체와 SoC의 개념을 명확히 구분할 필요가 있다. 주문형 반도체와 SoC은  실리콘 위에서 집적회로를 만든다는 개념은 같지만, 주문형 반도체는 구현하고자 하는 대상이 특정 시스템의 한 블록이라면, SoC은 말 그대로 시스템 그 자체이며, 따라서 구체적인 차이점은 다음과 같다.

 

- SoC의 경우 구현하고자 하는 대상이 시스템이다.

 대부분의 시스템은 마이크로프로세서의 형식을 여러 개의 칩이 인쇄 회로 가판을 통해서 연결, 동작하도록 되어 있다. 하지만 인쇄 회로 기판상에 구현하던 시스템을 공정기술이 발달하면서 칩들을 규격화하고, 주변장치도 규격화하여 하나의 칩 위에 구현하는 것이 SoC의 새로운 패러다임이며, SoC은 주변의 모든 기능들을 흡수하고 있다.

- 지적재산권 사용, 또는 설계 재사용이 중요한 역할을 한다.

 시스템의  복잡도는 점점 증가하고 있고, 생산성이 복잡도의 증가율을 따라잡지 못하기 때문에 지적재산권 개념이 도입되었다.

- 설계 및 검증 방법론의 변화를 들 수 있다.

 지적재산권을 조합해서 시스템을 만드는 것이기 때문에 지적재산권 간의 연결과 버전 문제 등을 조율할 수 있어야 한다. 응용하는 입장에서 시스템을 바라볼 수 있는 능력과 어떠한 지적재산권을 써서 시스템을 구현할 것인가에 대한 시각을 동시에 갖춘 설계자들의 협동이 필요하다.

- SoC와 주문형 반도체의 차이점은 소프트웨어의 존재이다.

 기존의 주문형 반도체는  시스템의 일부분을 구현한 것이기 때문에  시스템의 운영체제가 제어할 수 있도록 연결을 맞추어주기만 하면, 내부의 소프트웨어는 구현할 필요가 없었다. 하지만 SoC은 하나의 시스템이기 때문에 운영 체제를 내부에 가져야 한다. 또한 공정 기술이 점점 발달하면서 제어부분을 아무리 복잡하게 만들어도 칩의 면적은 충분한 정도까지 발전했으므로, 제저부분을 만든 후 나머지 부분에 메모리를 만들고 소프트웨어를 올려 전체 시스템을 구성하는 방향으로 발전하고 있다.

 

4. 지적재산권

 반도체 칩이 점점 미세화, 복잡화 되어감에 따라 SoC이 등장하게 되었다. SoC은 칩 내부에 프로세서가 존재하므로, 처리해야 할 버스, 메모리, 레지스터, 주변 회로, 해당되는 시스템을 구현하기 위한 기능 블록 등을 하나의 칩에 집적시켜야한다. 그러나 칩의 규모가 커질수록 칩의 설계가 어려워지고, 개발 기간이 많이 소요된다. 반도체 칩 시장에서 조속한 출시 여부가 기업의 성패를 좌우하는 상황에서, 반도체 칩의 빠른 설계의 필요성이 증가되었고 기존에 설계되고 검증된 기능 블록들을 활용하여 설계한다면 설계시간을 단축할 수 있다는 결론에 도달하게 되었다. 이것이 지적재산권의 출현 배경이다. 지적재산권이란 해당 칩에 적용될 수 있는 설계 블록을 누군가 미리 오랜 기간을 투입하여 개발해놓은 것을 의미하며, 지적재산권의 확보 여부가 칩에 대한 설계시간 단축에 지대한 영향을 미치게 된다. 일반적으로 지적재산권은 크게 스타형, 표준형, 셀형으로 구분한다. 스타형 IP는 재사용이 매우 활발하여 특정한 기능에 제한되지 않는 거의 모든 SoC에 채택 가능한 범용 지적재산권인 프로세서 핵심 부분, 디지털 신호 처리 장치의 핵심 부분 등이 여기에 해당되며, 능동 재구성 메시지 핵심 부분이 대표적이다.  표준형 IP는 USB, 고성능 직렬 버스 등의 특정한 인터페이스 표준 방식 또는 MPEG 등과 같이 표준기능에 맞추어 개발된 지적재산권을 말한다. 셀형 IP는 종래의 SoC 설계방식에 사용되던 설계 라이브러리 또는 메모리 매크로 등을 말한다.

 

5. .SoC기술의 발전 전망

 일반적으로 어떤 기능을 갖는 시스템, 즉 하드웨어를 구현하기 위해서는 반도체의 기능 설계와 합성, 제조 등의 과정을 거쳐 이것을 인쇄 회로 기판에 패키징하여 시스템을 구성한다. SoC은 정보를 저장하는 메모리, 디지털 및 아날로그 신호를 제어, 가공, 처리하는 프로세싱 부분 등을 전부 하나의 칩으로 넣는 기술미여, 따라서 시스템 기술과 반도체의 설계, 제조 기술들이 융합되고 종합된 IT 핵심 기술이다. 일반적인 하드웨어의 구현을 위해 많은 설계 과정을 거치는데, 블로 기반 설계와 플랫폼 기반 설계 등의 방법론이 있다. SoC의 경우 설계 후 검증에 많은 어려움이 있다.