단일 칩 체제

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단일 칩 시스템(영어: System on Chip, 약칭:SoC)은 하나의 집적회로에 집적된 컴퓨터전자 시스템 부품을 가리킨다. 디지털 신호, 아날로그 신호, 혼성 신호RF 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]

구성편집

 
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.

발열편집

Soc는 주로 스마트폰 Cpu&Gpu와 Ram으로 많이 쓰인다. 해당 Soc가 탑제된 소프트웨어에 따라 다르지만 대부분 발열이 매우 심하다. 게임 또는 그래픽 시뮬레이션과 같이 모바일로 고사양 프로그램을 실행 시키면 디바이스에 매우 심한 발열이 발생한다. 요즘 새롭게 공정이 되어 출시 되는 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 발생하는 것은 매우 심각한 것이다. 지속적인 고온의 발열이 유지 될 경우 Soc 칩 자체에서 냉납이 발생한다. 그렇게 되면 Soc가 재기능을 하지 못 하게 되어 결국 메인보드 자체가 고장나게 된다.

이를 해결하기 위해선 여러 방안들이 나오고 있다. 실제로 대부분의 스마트폰 제조사에선 히트 파이프를 설치하여 발열을 감소 시키기도 하고 또 소프트웨어의 최적화를 통하여 발열을 감소 시키기도 한다. 하지만 그럼에도 고온의 온도로 유지되는 디바이스가 아직도 많다. 그 이유로는 시간이 지나면 지날 수록 점점 프로그램들의 요구 사양이 높아지고 또 프로그램들의 퍼포먼스가 증가하는데에 따라 그만큼 Soc도 부담이 되는 것이다. 만약 프로그램 자체에서 요구 사양이 낮았으면 애초에 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.

애플리케이션 프로세서편집

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. 칩셋은, SOC(System on Chip)이라고도 불리며, 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(즉 스마트폰이나 태블릿)를 만들 수 있게 되었다고 한다.

종류편집

회사 이름 사진 설명 모델 예 예에 제시된 모델 탑재된 스마트폰
퀄컴 스냅드래곤 (Snapdragon)   퀄컴사가 개발한 제품으로서 저전력에 준수한 성능을 내는 ap이다. 일체형 칩으로써 점유율 1위이다.[2] 스냅드래곤 765,스냅드래곤 845,스냅드래곤 855,스냅드래곤 865 갤럭시 S20
엔비디아 테그라 (Tegra)   엔비디아에서 개발한 모델이다 테그라 K1 엔비디아 쉴드 태블릿
인텔 인텔 아톰 프로세서 (Intel Atom)   인텔에서 개발하는 x86기반의 프로세서로서 인텔 저전력기술과 하이퍼스레딩이 기본적으로 포함된다 Intel Atom Z2760 모토로라 레이저 i
프리스케일 세미컨덕터 i.MX   프리스케일에서 개발한 제품으로서 자동차에 많이 쓰이는 제품을 생산하나 스마트 디바이스용 AP도 생산한다. i.MX 6 샤프 넷워커
LG전자 뉴클런 (NUCLUN) LG에서 개발한 제품으로 탑재된 기종은 많지 않다. 현재 자사 제품에만 탑재했으며 현재로써는 실험적인 AP이다. LG NUCLUN LG G3 스크린
삼성전자 엑시노스 (Exynos)   삼성전자에서 개발한 제품으로서 삼성전자의 자사제품에 주로 쓰인다. 엑시노스 980,엑시노스 990 삼성 갤럭시 S20
화웨이 하이 실리콘 (Hi Silicon) 화웨이에서 개발한 제품으로서 화웨이의 일부모델에서만 시범적으로 사용되고 점차 사용이 확대되는 AP이다. 하이실리콘 K3V3 화웨이 어센드 메이트
애플 A 시리즈   애플에서 개발한 제품으로서 애플의 자사제품에만 사용한다. 애플이 설계하고 삼성, TSMC가 생산했다. 애플 A8,애플 A9 아이패드 에어 2(A8X) 아이폰 6/아이폰 6 플러스

설계 흐름편집

 
단일 칩 시스템 설계 흐름

단일 칩 시스템은 위에서 기술한 하드웨어마이크로컨트롤러, 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 모듈소프트웨어 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. 베릴로그VHDL은 검증에 사용되는 일반적인 하드웨어 기술 언어이다. 반도체 칩의 다양성이 증가하면서, 시스템베릴로그, 시스템C, e오픈베라같은 하드웨어 기술 언어가 사용되기도 한다. 검증 단계에서 발견된 버그는 설계자에게 보고된다.

제조편집

단일 칩 시스템은 다음 기술에 의하여 제조될 수 있다.

장단점편집

단일 칩 시스템 설계는 일반적으로 멀티칩 시스템보다 소비전력이 적고 생산단가가 저렴하며 높은 신뢰성을 갖는다. 또한 여러 패키지를 사용하는 시스템보다 조립비용이 크게 감소한다. 따라서 기존 시스템을 대체함으로써 얻게 되는 이익이 많다.

그러나, 대부분의 VLSI 설계에서는 동일한 기능을 지닌 다수의 칩보다 단일 칩이 더 비싸다. 왜냐하면 소자 테스트 비용과 초기 개발비가 비싸기 때문이다.

같이 보기편집

각주편집

  1. “TG Daily - Nvidia's lauches Tegra: A Computer on a chip”. 2008년 6월 5일에 원본 문서에서 보존된 문서. 2008년 6월 7일에 확인함. 
  2. 김대웅 (2013년 8월 21일). “ISC, 수출물량 증가로 호실적 기대-하나대투”. 이데일리. 2013년 8월 24일에 확인함. 

외부 링크편집