단일 칩 시스템

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단일 칩 시스템 (System-on-a-chip 또는 System on chip, SOC, SoC)는 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 2일에, 엔비디아는 공식적으로 방송용 기능이 탑재된 단일 칩 시스템, 엔비디아 테그라 제품군을 발표했다.[1]

구성[편집]

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.

애플리케이션 프로세서[편집]

스마트폰, 태블릿PC에서 명령해석, 연산, 제어 등 사람의 두뇌 역할을 하는 핵심 부품(반도체)이다. 명령해석, 연산, 제어 등을 하면서 PC나 컴퓨터와 달리 CPU중앙처리장치라고 부르지 않는 이유는, CPU중앙처리장치의 기능 외에도 GPU그래픽프로세서와 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 스마트폰아나 태블릿)를 만들 수 있게 되었다고 한다.

종류[편집]

회사 이름 사진 설명 모델 예 예에 제시된 모델 탑재된 스마트폰
퀄컴 스냅드래곤 (Snapdragon) MSM7225.jpg 퀄컴사가 개발한 제품으로서 싸고 성능이좋아 세계 모바일 AP 점유율 1위 AP이다[2] 스냅드래곤 800 삼성 갤럭시 S4 LTE-A
엔비디아 테그라 (Tegra) NVIDIA T20 and T30 chips.jpg 엔디비아에서 개발한 모델이다 테그라 4 ZTE U988S
인텔 인텔 아톰 프로세서 (Intel Atom) Intel Atom CPU.jpg 인텔에서 개발하는 x86기반의 프로세서로서 인텔 저전력기술과 하이퍼쓰레딩이 기본적으로 포함된다 Intel Atom Z2760 모토로라 레이저 i
프리스케일 세미컨덕터 i.MX MPC8245.jpg 프리스케일에서 개발한 제품으로서 자동차에 많이 쓰이는 제품을 생산하나 스마트폰용도 AP도 생산한다 i.MX 6 샤프 넷워커
삼성전자 엑시노스 (Exynos) Samsung-Exynos-3110-Hummingbird Nexus S GT-I9023.jpg 삼성전자에서 개발한 제품으로서 삼성전자의 자사제품에 주로 쓰인다 엑시노스 5420 삼성 갤럭시 노트 2
화웨이 하이 실리콘 (Hi Silicon) 화웨이에서 개발한 제품으로서 화웨이의 일부모델에서만 시범적으로 사용되고 점차 사용이 확대되는 AP이다 하이실리콘 K3V3 화웨이 어센드 메이트
텍사스 인스트루먼트 OMAP (Open Multimedia Application Platform) TI OMAP DM290ZWV $4-66A9Y2W E1.jpg 텍사스 인스트루먼트가 생산하는 제품으로서 현재는 판매부진으로인해 생산을 중단하였다 OMAP 4460 삼성 갤럭시 넥서스
애플 A 시리즈 Apple A5 Chip.jpg 애플에서 개발한 제품으로서 애플의 자사제품에만 사용한다 애플 A4 아이폰 4

설계 흐름[편집]

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.

제조[편집]

단일 칩 시스템은 다음 기술에 의하여 제조될 수 있다.

장단점[편집]

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 보기[편집]

주석[편집]

  1. TG Daily - Nvidia's lauches Tegra: A Computer on a chip
  2. 김대웅. "ISC, 수출물량 증가로 호실적 기대-하나대투", 《이데일리》, 2013년 8월 21일 작성. 2013년 8월 24일 확인.

바깥 고리[편집]