SoC(문경숙 수석님)

[CA/OS 목차]

 

 

I. 칩 속의 시스템, SoC 개요

-. 하나의 칩 내에서 CPU, GPU, NPU, RAM, ROM, 컨트롤러 등의 다양한 역할을 구현하는 체제

-. 정보통신기기의 핵심기능을 처리하는 메모리, 디지털 회로, 아날로그회로, CPU, 센서, 안테나 소자 등이 하나의 칩에 집적된 시스템 

 

 

II. SoC의 특징

구분	특징	설명
기능상 특징	저전력	기능블록들의 통합으로 인한 소모 전력 절감
	이동성	하나의 칩으로 소형화
	고성능	기능모듈간의 최적화를 통한 성능 향상
	비용	장시간의 개발기간으로 인한 비용 증가
	낮은 유연성	한번 만들면 시스템으로 마스크를 변경하기 어려움
	표준형 반도체,   ASIC(주문형 반도체)	기능에 맞는 표준형 반도체와 주문형 반도체로 제작
구성상 특징	여러 기능 집적 IC	주어진 시스템 기능을 하나의 칩으로 만들기 위해서 신호 도메인, 제조공정이 다른 여러 기능 블록들을 집적해놓은 IC
	일반적인 SoC	embedded microprocessor, 메모리, 외부 시스템과의 연결을 위한 주변 장치, accelerating function block과 data transformation block 등의 디지털 블록은 물론, 아날로그, RF, MEMS, 블록 등이 포함
	구현 시스템 성능 (속도, 전력 소모량)과 생산단가	구현 시스템 성능(속도, 전력 소모량)과 생산 단가
	반도체 공정 성과	여러 다른 반도체 공정을 포함하느라 마스크 제작비 및 공정비용이 상승하지만, 대량 생산의 경우나 성능 요구가 critical한 경우에 채택되는 방식
기존 ASIC과 SoC 차이		- SoC의 경우 구현하고자 하는 대상이 시스템이고 ASIC은 반도체가 대상 - IP 사용, 혹은 설계 재사용이 중요한 역할하고 ASIC은 주문형 제작 - 설계 및 검증 방법론의 변화 - SoC는 소프트웨어의 존재함

 

III. SoC 구조 및 기능

가. SoC 구조

 

 

 

 

나. SoC 기능

기능	설명
CPU	일반적인 범용 연산 기능의 수행
GPU	빠른 속도로 병렬 및 그래픽 연산 가능
NPU	머신 러닝이나 인공지능 관련 연산에 사용
모뎀	셀룰러 네트워크, Wi-Fi, Bluetooth 등 다양한 통신 기능
BUS	시스템과 외부를 이어 주는 주변 기기와의 연결 기능
DSP	디코딩, 인코딩 기능

다. 주요 기술

항목	설명	목표
공정기술	다양한 기술을 하나의 칩에 집적 공정 기술	고집적성
IP 통합	IP 블록을 활용하는 시스템 통합 기술	고신뢰성
프로세스	CPU, GPU, DSP 등 코아 프로세스 기술	고성능
메모리	RAM , ROM, 플래시 메모리 등 내장 기술	경제성확보
회로설계	고속의 안정적 아날로그 회로 설계 기술	고부가가치
칩설계	SoC 에 적합한 설계 방법 및 설계 툴 기술	개발자동화
임베디드 SW	HW/SW 공통 설계, 개발 환경 적용 기술	고품질보장
펌웨어	내장 모듈 드라이버 및 펌웨어 설계 기술	안정성확보

 

IV. SoC 발열 문제 및 해결법

가. SoC 발열 문제

 

	이유
1.	요구 사양이 증가 발열도 함께 증가
2.	사람으로 비유하자면 고강도 운동을 빡세게 할 수록 체온이 올라 가듯이 얘네도 마찬가지로 복잡한 응용 프로그램을 구동하면 당연히 온도가 올라갈 수 밖에 없다.
3.	그 이유는 열역학법칙과 에너지 보존 법칙 때문.

 

나. SoC 발열 문제 해결법

발열 문제 해결법	설명
쿨링 시스템을 탑재
하드웨어적 방열 솔루션을 설치	히트 파이프를 설치하여 발열을 감소시키고 또 방열 패드 및 방열 스티커와 열 전도 극대화를 위한 써멀을 도포 후 쿨링 시스템 체계
소프트웨어 제어를 통해 발열을 줄이는 것	소프트웨어 최적화를 통해 사용되는 리소스를 줄여 발열을 줄이는 방법 히트파이프 도입
스로틀링	제일 효과적인 방법은 커널 단에서의 스로틀링 발열로 인해 하드웨어 문제가 생기는걸 막기 위해 일정 온도에 다다르면 칩의 성능을 강제로 떨어뜨려서 발열을 낮춘다 일반적으로 음성 피드백 형식으로 이뤄지며, 최근 논란이 된 삼성 갤럭시의 GOS처럼 특정 과부하 앱이 실행된 것 자체로 칩 성능에 컷을 걸어버리는 형태도 존재

 

 

V. SoC 장단점

구분	설명
장점	단일 칩 시스템 설계는 일반적으로 멀티칩 시스템보다 소비전력이 적고 생산단가가 저렴하며 높은 신뢰성을 갖는다.  또한 여러 패키지를 사용하는 시스템보다 조립 비용이 크게 감소한다.  따라서 기존 시스템을 대체함으로써 얻게 되는 이익이 많다.  또 칩 하나의 시스템으로 여러 가지 프로세싱 및 작업을 할 수 있어 그래픽 디스플레이에 유용하게 쓰인다.
단점	대부분의 VLSI 설계에서는 동일한 기능을 지닌 다수의 칩보다 단일 칩이 더 비싸다.  왜냐하면 소자 테스트 비용과 초기 개발비가 비싸기 때문이다.  그 이유는 바로 까다로운 공정 때문인데, SoC를 구성하는 프로그램도 부피 대비 엄청난 변수를 포함하고 있기에 SoC가 부담이 클 수 밖에 없을 것이다.