- SoC는 System on Chip의 약자로 여러 기능을 가진 기기들로 구성된 시스템을 하나의 칩으로 만드는 기술을 뜻합니다. CPU, 메모리, DSP 등 주요 반도체 소자를 하나의 칩에 구현해 칩 자체가 하나의 시 스템이 되도록 하는 것으로 PCB(Printed Circuit Board)상에서 여러 개의 반 도체 칩이 모여 구현되던 시스템이 한 개의 칩으로 집적되는 기술을 의미합니다.
이렇게 여러 기능을 가진 반도체가 하나의 칩으로 통합되면 칩을 탑재하는 공간이 크게 줄어들어 제품 소형화가 가능하고, 여러 개의 반도체를 별도로 만드는 것 대비 제조 비용이 감소하는 등 여러 장점 이 있어 퀄컴 등 현재 많은 Fabless 업체가 개발하고 있습니다. 올해 초 퀄컴이 5nm 스냅드래곤 888 AP를 개발했다고 발표했는데 이런 AP(Application Processor)가 대표적인 SoC입니다
- 반도체 비즈니스는 삼성전자처럼 자신들이 직접 칩을 기획부터 하고 설계하고 제조하고 조립하여 판매까지 하는 경우도 있지만, 대부 분 중소 반도체 회사들은 설계만 자신들이 하고 나머지는 외부에서 진행하는 경우가 많습니다.
왜냐하면 직접 제조를 하기 위해서는 제조 공장인 FAB 라인이 있 어야 하는데 이런 FAB 공장을 지으려면 수십조 원 이상의 어마어마 한 돈이 들어가기 때문입니다.
설계 후 Layout 업무도 주로 디자인하우스라는 외부 전문 기관에 맡기는데 그 이유도 Layout을 하기 위한 EDA Tool들이 고가이고, 이 들 tool을 다루는 데도 전문적인 기술이 필요하기 때문입니다.
그래서 대부분의 Fabless 회사들은 자신들이 만들 칩을 기획하여 칩 전반부 설계까지 하고, 그 후 나머지 과정은 외부 전문 기관에 의뢰하여 칩이 제조되어 나오면, 그 칩을 평가하고 판매하는 형태로 이루어집니다.
- 팹리스 회사는 칩 사양을 결정하고 칩 전단 설계인 RTL 설계 및 합성하여 NetList를 release하면 디자인하우스에서 칩 후단 설계인 Layout을 진행합니다.
FAB은 여러 IP 회사들이 제공한 Library들이 porting 되어 있어 이를 Fabless 회사에 Design kit 형태로 제공합니다.
Fabless 회사들은 자신이 설계하지 않는 Block은 외부 전문 IP 회사 로부터 도입하여 설계하고 있습니다.
FAB이 완료되면 조립 회사에서 조립 및 F/T를 하는 경우가 많습니다. 이후 F/T 완료된 칩을 최종 신뢰성 검증하여 고객사에 판매하는 비즈니스 흐름입니다.
- 디자인하우스(Design house)란 파운드리 비즈니스에서 팹리스 회사와 파운드리(foundry)를 연결시켜 주는 설계 서비스(Design service)를 제공하는 기업을 의미합니다.
즉 팹리스 기업이 설계한 제품을 각 파운드리 생산 공정에 적합하도록 최적화된 디자인 서비스를 제공하는 역할을 합니다. 쉽게 말해 팹리스 업체가 설계한 반도체 설계 도면을 제조용 설계 도면으로 다시 디자인하는 것을 의미합니다.
대부분의 팹리스 기업은 레이아웃과 같은 백 앤드 디자인(Back end design)을 직접 수행하지 않고 디자인하우스를 이용합니다.
왜냐하면 Layout을 잘하기 위해서는 설계도 잘 알아야 하고 공정도 잘 알아야 하고 EDA Tool도 잘 다룰 줄 알아야 하기 때문입니다.
- AI 반도체는 각각의 장단점을 가지고 있지만 궁극적으로 사람의 뇌를 모사한 뉴로모픽 반도체로 나아갈 전망입니다.
뉴로모픽 반도체는 인공 뉴런 역할을 하는 Core를 인간의 뇌와 같이 병렬로 구성함으로써 저전력으로 방대한 데이터 처리가 가능합니다. 인간의 뇌처럼 Data를 주면 스스로 학습하기 때문에 연산 성능도 대폭 향상됩니다.
퀄컴, 화웨이 등 기존 Fabless 회사 외에 구글, Apple과 같은 빅테크 기업, 전통의 강자 IBM, Intel이 뉴로모픽 반도체 주도권을 잡기 위해 치열한 경쟁을 벌이고 있습니다.
- 현재 가장 진보된 형태의 AI 반도체는 인간의 뇌를 모방한 뉴로모픽(Neuromorphic) 반도체입니다. 뉴로모픽(Neuromorphic) 반도체는 뉴런과 시냅스가 사람의 뇌에서 기능하는 방식인 뉴런시냅스 구조를 모사 하는 SNN(Spiking Neural Network) 기술을 사용한 대표적인 비(非) 폰 노이만 방식의 반도체입니다.
인간의 뇌에는 약 1,000억 개가 넘는 신경세포인 뉴런이 있고 100 조개 이상의 연결고리인 시냅스가 병렬적으로 연결돼 약 20W 수준 의 저전력으로도 기억, 연산, 추론, 학습 등을 동시에 수행할 수 있기 때문에 이런 뇌를 모방하는 것이지요.
- 뉴로모픽 반도체 코어에는 트랜지스터와 메모리를 비롯한 몇 가지의 전자 소자들이 탑재되어 있으며, 코어의 일부 소자는 뇌의 뉴런의 역할을 담당하고, 메모리 반도체는 뉴런과 뉴런 사이를 이어 주는 시 냅스 역할을 담당합니다.
뉴로모픽 반도체의 장점은 적은 전력만으로 많은 양의 데이터 처리 가 가능하며, 높은 집적 용량으로 인간의 뇌처럼 학습할 수 있어 연산 성능이 대폭 향상된다는 점입니다. 따라서 기존의 딥러닝 방식과 유 사한 성능 구현은 물론 높은 전력 효율을 달성할 수 있어, 특히 제한 된 전력 자원을 갖는 모바일 시스템의 성능을 획기적으로 개선할 수 있는 장점이 있습니다. 그러나 아직은 기술 성숙도가 낮고 폰 노이만 구조를 사용하지 않기 때문에 범용성이 낮은 단점이 있습니다.
- 인텔은 지난 2017년 '로이히(Loini)'라는 이름의 테스트용 뉴로모픽 칩을 공개했습니다. 128개의 컴퓨팅 코어로 구성돼 있으며, 각 코어 에는 1,024개의 인공 뉴런이 있어 13만 개 이상의 뉴런과 1억 3,000 만 개의 시냅스 연결을 제공합니다. 이는 바닷가재의 뇌보다 조금 더 복잡한 수준이라고 합니다. 지난 2020년에는 로이히 칩 760여 개를 이어 붙인 뉴로모픽 연구 시스템 '포호이키 스프링스(Pohoiki Springs)'를 공개했습니다. 포호이키 스프링스는 동물이 냄새를 맡을 때 뇌에서 일어나는 전기신호를 복사해 뉴로모픽 반도체에 적용한 것으로, 생 쥐에 맞먹는 후각 능력을 갖고 있다고 합니다.
