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왜 한국은 대만에 추월 당할까? (18)

- 한국 팹리스의 대안 MPC

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임진왜란에서 전세를 바꾼것은 이순신 장군의 해전 이었습니다. 그 중심에는 화포도 있지만 뛰어난 무기, 귀선 이라는 거북선으로 수적 열세를 만회 했습니다. 기존의 방식으로 해결이 어려울 때 전장을 바꾸는 생각의 전환이 필요합니다.

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좀 어려운 이야기지만 한국 파운드리와 팹리스의 최대 문제점은 실리콘으로 검증된 프로젝트의 부족 입니다. 파운드리도 영업을 위해서는 객관적인 수치로 나타낼 스펙이 필요한데 아무리 공정이 좋다고 해도 실제 웨이퍼로 만든 테스트 프로젝트와 양산 이력이 쌓여야만 팹리스가 믿고 사용할 수 있습니다.

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즉 같은 미세공정이라도 1스퀘어 mm 당 몇개의 트랜지스터가 집적 되는지가 중요합니다. 동작속도와 소모전력을 객관적인 수치로 나타내려면 말로만 할게 아니고 여러번의 양산 이력을 갖고 있어야 합니다. 이 양산 이력이 반복되면 같은 배선굵기라도 면적을 최적화 하는 쉬링크 디자인을 합니다. 그래서 같은 5n 공정이라도 s 를 붙인것이 칩의 사용 전력, 면적, 속도를 개선하게 됨니다. 저 회로 배선의 폭을 공정이나 노드, 프로세스라고도 하는 미세공정 지표 즉 속칭 7나노, 3나노 하는것 입니다.

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자동차도 시생산을 하지 않은 컨셉카와 100대라도 만들어 시범운영을 해본 차량, 실제 양산을 하고 출시해서 10만대 정도 운행해 1년이 경과한 차량간에는 현격하게 차이가 남니다. 이 과정에서 소비자 클레임과 문제점 개선, 부품 설계상 오류 문제와 수급, 재료 원가 등의 문제를 파악합니다. 그래서 몇년 지나면 처음 설계에 비해 아주 많은 소프트웨어 및 기구물, 구조개선을 하게 됨니다.

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파운드리도 파운드리 혼자서는 IP 셋업과 공정 개선을 할 수 없습니다. 많은 분들이 착각하는 것은 미세공정 셋업을 하면 글로벌 기업들 주문이 쇄도할 것으로 생각합니다. 이게 일관된 간단한 셀구조의 DRAM 이나 NAND 에서는 가능 하지만 SoC 에서는 불가능 합니다.

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SoC 산업은 정말 외부와 내부 변수가 많습니다. 그중에 핵심은 안정된 성능 입니다. 성능이 잘 나와야 이후에 가격과 미세공정이니 하는 문제가 해결됨니다.

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예를들어 최근 사용중 열이 나는 GOS(Game Optimizing Service) 문제를 해결한 s전자의 최신 휴대폰은 AP설계도 퀄컴에서 만들고 생산도 TSMC를 사용했습니다. 덕분에 사용되는 AP 가격이 70%가 비싸져도 기본 성능이 안나오면 자사 파운드리와 설계를 사용할 수 없습니다. 이것은 예를 들자면 마치 인텔용 컴퓨터가 자사 칩 성능이 안나오니 AMD 에 칩을 외주생산해서 세트를 제조하는 것과 같습니다.

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이러면 설계와 파운드리를 보유하고 세트까지 일괄생산하는 종합반도체회사 (Intergrated Device Manufacturer ; IDM) 에 완제품 양산까지 하는 고가의 일괄 제조시스템이 무슨 의미가 있다는 말입니까? 파운드리와 설계 그리고 세트까지 성능이 잘 나올 때는 서로간에 윈윈이 되지만 휴대폰에서 가장 중요한 요소 기술인 사용전력 문제, 즉 발열 문제가 발생하면 시장에서 선택하지 않습니다.

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이런 사고가 터지면 무서워서 다른 거대 기업 팹리스가 그 파운드리를 용감하게 사용하고 테스트하고 양산 할까요? 이러면 아무리 GAA가 FINFET 보다 우수하다고 말해도 정작 시장에서 검증된 성능과 가격으로 보여줄 수 없다면 외면받게 됨니다.

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TSMC 가 파운드리로 명성을 날리게 된것은 2020년 11월 출시한 애플의 M1 이라는 칩이 4세대 맥북 에어, 5세대 맥 미니, 13인치 5세대 맥북 프로, 5세대 아이패드 등에서 엄청난 성능을 보여주었기 때문입니다.

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전작에 비해 대단한 성능 향상이 되었음에도 불구하고 타사의 불덩어리 CPU와 대비 해보면 도무지 열이 안나니 안심하고 M2, M2X, M3 까지 계속 업그레이드 하게 됨니다. 경쟁사 제품이 시장에서 성공하니 서로 앞다투어 파운드리를 예약하고 TSMC 영업이익율이 50%를 넘어가게 되었습니다.

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파운드리의 숙명은 APS (Area, Power, Speed) 문제를 어떻게 해결 하는가 입니다. APS는 제가 명명한 이름인데 칩설계를 하는 사람은 모두가 알고 있는 문제입니다. 설계 검증 즉 개념 설계 POC 단계의 FPGA를 넘어서 반도체 실리콘 양산 단계로 넘어가면 같은 Die 면적 (Area)에 얼마나 많은 트랜지스터를 집적하는가 (다양한 기능의 문제). 그 기능을 수행하기 위해서 얼마나 많은 전력을 소모하는가 (Power). 또 그 기능을 어느 정도의 속도로 수행하는가 (Speed ) 의 문제가 있습니다.

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GOS 문제는 클럭 스피드를 올리자니 파워소모가 많아지고 이게 결국 발열 문제로 귀결됨니다. 핸드폰이 게임 조금하면 불덩어리가 된다면 배터리는 얼마 못가게 됨니다. 그래서 강제적으로 성능을 다운시키니 유저가 벤치마크 돌려보고 발표된 싱능이 사기라며 조리돌림을 하게된 것입니다.

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사실 이것은 폰회사 문제가 아니고 AP의 문제이며 AP 용 IP 사용 설계의 문제와 미세공정 파운드리가 최적화 설계를 못했기 때문입니다. GOS 문제는 심각해서 폰 시장 점유율 감소가 엄청났고 최근의 신작은 예의 경쟁사 설계와 파운드리 사용으로 다시 증가하고 있습니다.

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이게 다 실리콘 검증 경험의 부족때문 입니다. 어떤 GPU, CPU같은 IP가 특정 공정으로 만들면 사용할 리소스 즉 면적, 전력, 속도가 자동으로 시뮬레이션 되어야 합니다. 이런 수치가 나오려면 여러번의 학습 데이터가 쌓여야 합니다. 이런 경험치가 부족하니 일정에 쫏겨서 일단 출시하다가 대형 사고가 터진것 입니다.

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이런 문제는 칩설계 하는 사람이라면 다 알고 있는 문제인데 차마 말을 못합니다. 대놓고 말을 못하니 국민적인 공감대가 안 만들어지고 그나마 수뇌부가 알아서 잘 처리하면 되는데 그게 안되는지 ... "독보다 커야 독안이 보이는 것입니다". 일이 안되려고.

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MPC 이야기 하려다가 딴 이야기만 ... 이런 배경을 알아야만 MPC가 설명이 됨니다.

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오늘은 여기서 줄여야 겠네요.

사랑과생각