시스템 온 칩

단일칩 시스템 (영어: system on chip, SOC)는 하나의 집적회로에 집적된 컴퓨터나 전자 시스템 부품을 가리킨다. 디지털 신호, 아날로그 신호, 혼성 신호와 RF 기능등이 단일칩에 구현되어 있다. 일반적으로 임베디드 시스템 영역에 주로 사용된다.

특정 응용에서 단일칩 시스템을 구현할 수 없을 경우, 단일 패키지에 여러 칩을 구성한 단일패키지 시스템 (SIP)을 사용할 수 있다. 단일칩 시스템은 단일면적에 제조되는 소자수가 많아지고 패키지가 단순해지기 때문에 생산비용이 크게 감소되는 것으로 신뢰성을 얻는다.

2008년 6월 2일에, 엔비디아는 공식적으로 방송용 기능이 탑제된 단일칩 시스템, 엔비디아 테그라 제품군을 발표했다.

구성

마이크로컨트롤러기반 단일칩 시스템

일반적인 단일칩 시스템의 구성:

• 1개 이상의 마이크로컨트롤러, 마이크로프로세서나 디지털 신호 처리기 코어를 포함한다.
• 롬, 램, 이이피롬과 플래시 메모리중 일부가 포함된 메모리 블럭이 있다.
• 진동자와 위상 고정 루프를 포함한 타이밍 발생기가 있다.
• 카운터-타이머, 실시간 타이머와 전원 초기화 발생기를 포함한 주변장치가 있다.
• 범용 직렬 버스, 파이어와이어, 이더넷, 범용 비동기 송수신, 직렬 주변장치 인터페이스 버스같은 산업표준 외부 인터페이스가 있다.
• 아날로그-디지털 변환회로와 디지털-아날로그 변환회로가 내장된 아날로그 인터페이스가 있다.
• 전압 레귤레이터와 전원 관리 회로를 포함하고 있다.

이런 블럭들은 지적재산 버스나 ARM 유한회사가 개발한 AMBA 버스같은 산업표준 버스로 연결된다. 직접 메모리 접근 제어기는 데이터가 프로세서 코어를 거치지 않고 외부 인터페이스와 메모리사이에 직접 연결하는것을 가능하게 해서, 단일칩 시스템의 데이터 처리속도를 증가시킨다.

설계 흐름

단일칩 시스템 설계 흐름

단일칩 시스템은 위에서 기술한 하드웨어와 마이크로컨트롤러, 마이크로프로세서, 디지털 신호 처리기 코어, 주변장치와 인터페이스를 제어하는 소프트웨어로 구성된다. 설계 흐름은 단일칩 시스템용 하드웨어와 소프트웨어를 동시에 개발하는 것을 보여준다.

대부분의 단일칩 시스템은 위에서 기술한 하드웨어 구성이 사전에 검증된 하드웨어 블럭을 서로 연결하고, 동작을 제어하는 소프트웨어 드라이버를 추가하여 개발된다. 가장 중요한 것은 범용 직렬 버스처럼 산업표준 인터페이스를 제어하는 프로토콜 스택이다. 하드웨어 블럭은 컴퓨터 지원 설계 도구를 사용하여 서로 붙인다;소프트웨어 모듈은 소프트웨어 개발 환경을 사용하여 집적시킨다.

설계 흐름의 핵심 단계는 에뮬레이션이다: 하드웨어는 단일침 시스템의 동작을 흉내내는 현장 프로그래머블 게이트 어레이 (FPGA)기반 에뮬레이션 플랫폼에 연결되고, 소프트웨어 모듈은 에뮬레이션 플랫폼의 메모리에 기록된다. 한번 프로그램되면, 에뮬레이션 플랫폼은 단일침 시스템의 하드웨어와 소프트웨어를 실제 동작속도에서 테스트하고 디버그하는 것이 가능하다.

단일칩 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. 베릴로그와 VHDL은 검증에 사용되는 일반적인 하드웨어 기술 언어이다. 반도체 칩의 다양성이 증가하면서, 시스템베릴로그, 시스템C, e와 오픈베라같은 하드웨어 기술 언어가 사용되기도 한다. 검증 단계에서 발견된 버그는 설계자에게 보고된다.

제조

단일칩 시스템은 다음 기술에 의하여 제조될 수 있다:

• 표준셀
• FPGA

단일칩 시스템 설계는 일반적으로 멀티칩 시스템보다 소비전력이 적고 생산단가가 저렴하며 높은 신뢰성을 갖는다. 또한 여러 패키지를 사용하는 시스템보다 조립비용이 크게 감소된다. 따라서 기존 시스템을 대체하는데 장점이 많다.

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

같이보기

• 단일칩 시스템 공급사의 목록
• 주문형 반도체 (ASIC)
• 마이크로컨트롤러
• 전자설계 자동화

바깥고리

• (영어) 단일칩 시스템 기사
• (영어) MIPS 아키텍처 기반 단일칩 시스템
• (영어) 프론티어 학회지
• (영어) 임베디드 프로세서와 단일칩 시스템 퀵 가이드
• (영어) 단일칩 시스템
• (영어) 하이브리드 CPU/FPGA 부품을 사용하여 하이브리드스레드 프로그램할 수 있게 설계된 반-커스텀 멀티프로세서 단일칩 시스템
• (영어) 하이브리드 CPU/FPGA 부품을 사용한 단일칩 시스템
• (영어) 단일칩 시스템 암 인사이드
• (영어) SOCC 연례 IEEE 국제 단일칩 시스템 회의