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왜 한국은 대만에 추월 당할까? (29)

- MPC가 대안이 될 수 있다.

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MPC 정의

MPC는 Multi Project Chip의 약자로서 일반적인 SoC가 한 개의 칩에 한 개 회사의 프로젝트가 집적되는데 반해 MPC는 여러 개의 대학교, 학교별 랩, 회사나 기관의 프로젝트를 AXI 혹은 AMBA BUS에 병렬로 배치하는 구조를 이야기함.

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MPC 구조로 설계할 경우 장점

최근 SoC 개발은 칩의 대형화로 시스템 반도체 설계의 95%를 외부에서 조달하고 있다. 90나노 이전에는 집 설계 비용의 80%가 Mask 비용이었는데 최근의 AI 반도체 설계는 Mask 비중은 마이너로 20%며 나머지가 IP, SW, 미세공정용 레이아웃 백엔드 비용이 80%가 되었다.

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- 집 설계 공통부분 1 (CPU와 인터페이스)

CPU Core, BUS, DDR, PCIe, USB 같은 인터페이스 및 L1, L2, L3 Cache를 공유할 수 있다. 또한 SoC 설계 시 필연적으로 해결해야 하는 OS 포팅과 인터페이스 블록의 디바이스 드라이버를 공통 플랫폼으로 개발할 수 있기 때문에 시스템 구현에 소요되는 노력을 절감할 수 있다.

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- 집 설계 공통부분 2 (레이아웃과 백엔드)

14나노 이하 미세공정으로 가면서 배선 방법 즉 디지털회로 및 IP를 물리적, 타이밍 정보를 일치시키는 시간적 배치에 관한 레이아웃 비용이 인력 부족으로 인건비가 올라가면서 기하급수적으로 증가하게 되었다. 역설적으로 설계 및 검증하고자 하는 알고리듬과 디지털회로의 배치는 상당 부분 자동화가 가능해서 본 알고리듬 검증 시 소요되는 노력의 비중은 설계 포함 5%도 안된다.

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- 집 설계 공통부분 3 (마스크)

미세공정으로 설계할 경우 집 설계 면적은 제곱에 반비례해서 감소한다. 즉 28나노에서 10,000x10,000um만큼의 면적을 사용했다면 7나노에서는 2,500x2,500um만 사용해도 된다.

가로세로 1/4씩 감소함으로 전체적으로 1/16의 면적이 된다. 역설적으로 만일 가로세로 같은 사이즈의 프로젝트를 10,000x10,000의 면적에 집적 시킨다면 16개의 프로젝트가 공통 구조로 사용할 수 있다.

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- Mask 비용 vs IP 비용 등 비교

이런 비용을 이전의 SoC 개발과 같이 똑같은 MPW 방식으로 개발 시 디지털회로와 SW 구조의 테스트 알고리듬 구현에 소요되는 노력과 비용은 5%이고 나머지 75%의 노력과 개발을 IP 계약, 레이아웃, 백엔드에 사용해야 한다. 나머지 20%는 공정에 소요되는 마스크 비용이다.

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- 아날로그 MPC 방안

MPC 구현은 RF analog Power 등의 구조에도 적용할 수 있다. SoC 구조를 일반적으로 사용해서 각각에 모듈에 적용 가능하다. 각각의 회사별 레이아웃 도면은 최종 합성 단계에서 일치 시키는 노력을 하면 된다.

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- 파운드리 협조의 한계

최근 s 전자 등은 MPW 활성화를 위해서 마스크 비용을 출현하겠다고 한다. 문제는 Mask 비용보다 4배나 큰 IP 비용과 백엔드 등에 필요한 비용이다. MPC는 이런 공통부분의 노력을 플랫폼화해서 구축하고 예를 들어 나머지 16개 기관이 공통으로 한 개의 이 칩에 한 번에 개발을 한다면 손쉽게 대학교 랩 수준에서도 수준 높은 미세공정과 IP를 사용할 수 있다.

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- MPC 서브 모듈 구현 예

MPC의 공통 플랫폼이 구현된다면 단위 프로젝트는 어떤 것이 될 수 있을까? 예를 들어 학부와 대학원에서 개선된 SSD(Solid State Device) 구조나 AI NPU 구조, 보안 코덱, ECC(Error Correction Code), 동영상 압축 모듈, ISP 등을 제안하고 테스트할 수도 있는 것이다.

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- MPC 사용 리소스 집중 방안

기존의 방식으로는 알고리듬 검증보다 95%의 노력이 나머지 공통 회로 개발에 소요됨으로써 미세공정으로 구현이 불가능했다. 본 MPC 개발 방법은 이런 95%의 노력을 공통 플랫폼으로 만들어 분산된 노력을 없애고 공통부분의 구현을 AXI 혹은 AMBA BUS와 연결함으로써 연구실 혹은 랩은 본연의 알고리듬 구현과 연구만 열심히 하면 된다.

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- MPC 문제점 보안과 라이선싱

단점으로 지적되는 모듈별 보안 문제는 칩 내부에 모듈별로 동작을 허용하거나 비허용하는 라이선스 컨트롤 센터를 만들고 각각의 설계회사가 만든 모듈의 동작을 허용하는 비대칭 공개키 및 개인키를 사용해서 컨트롤하면 된다.

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사랑과생각

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