건방진 칩렛이 슈퍼 NoC를 만나다

클라이브 '맥스' 맥스필드 | 2023년 8월 22일

나는 최근 칩렛 전면(공통 기판에 여러 개의 실리콘 다이스가 있는)에서 점점 더 많은 활동을 목격하고 있습니다. 몇몇 대형 업체들은 한동안 독점적인 사내 구현을 사용해 왔지만, 머지않은 미래에는 모든 사람이 이 즐거움에 동참할 수 있을 정도로 상황이 변화하고 있는 것 같습니다.

우리가 열정적으로 전투에 뛰어들기 전에(물론 침착하게), 우리 모두가 동일한 백파이프에 맞춰 탭댄스를 추고 있는지 확인하기 위해 몇 가지 용어를 정의하는 것이 유용할 수 있습니다.

먼저 IC(집적 회로)부터 시작하겠습니다. IC(집적 회로)는 작고 평평한 반도체 재료에 구현된 구성 요소(트랜지스터, 저항기 등)의 집합으로 형성된 회로를 말합니다. 다양한 반도체가 사용될 수 있지만, 실리콘이 가장 보편적이므로 이러한 장치를 일반적으로 "실리콘 칩"이라고 합니다.

모놀리식 집적 회로라는 문구는 모든 것이 단단하고 이음새가 없는 단일 실리콘 조각에 구현된다는 사실을 반영하고 강조하기 위해 자주 사용됩니다. 이를 통해 이러한 회로는 개별(개별적으로 패키지된) 구성 요소 모음을 사용하여 생성된 이전 회로와 구별됩니다.

IC는 본질적으로 아날로그, 디지털 또는 혼합 신호(아날로그와 디지털 모두)일 수 있습니다. RF(무선 주파수) 장치에 대해서는 언급하지 않겠습니다. 장치를 설계하는 데 필요한 것이 무엇인지 생각하는 것만으로도 머리가 아프기 때문입니다.

ASIC, ASSP 및 SoC라는 용어는 종종 부주의한 사람들에게 혼란을 야기합니다. 나는 내 책 Bebop to the Boolean Boogie: An Unconventional Guide to Electronics(나 자신이 참고 자료로 자주 사용함)에서 다음과 같이 썼습니다. "일반적으로 ASIC(Application-Specific Integrated Circuit)은 다음과 같이 설계한 구성 요소입니다. 또는 특정 시스템에서 단일 회사에 의해 사용됩니다. 이에 비해 ASSP(Application-Specific Standard Product)는 ASIC 도구 및 기술을 사용하여 생성되지만 여러 시스템 설계 하우스에서 사용하도록 고안된 보다 범용적인 장치입니다. 한편, SoC(시스템 온 칩)는 하나 이상의 프로세서, 메모리, 주변 장치, 맞춤형 로직 등을 포함하는 전체 하위 시스템 역할을 하는 ASIC 또는 ASSP입니다.

여기에는 주목할 만한 몇 가지 사항이 있습니다. ASIC 및 ASSP라는 용어를 들으면 많은 사람들의 무뚝뚝한 반응은 디지털 장치를 생각하는 것입니다. 그러나 그것은 그 사람들이 디지털 도메인에서 왔기 때문입니다. 아날로그 설계자는 순수 아날로그 창작물을 ASIC 및 ASSP로 간주할 수 있습니다. 아날로그 애호가들은 또한 디지털이 아날로그의 하위 집합이라는 말을 즐겨 합니다. 이는 왜 친구가 많지 않고 파티에서 구석에 혼자 서 있는 경향이 있는지를 설명합니다. 그렇긴 하지만, 믿을 수 없을 만큼 많은 양의 디지털 기능을 포함하는 "순수한 디지털" 장치라도 위상 고정 루프(PLL)와 같은 일부 대규모 아날로그 기능과 함께 전압 및 온도와 같은 항목을 모니터링하는 소수의 아날로그 요소가 거의 변함없이 포함됩니다.

1970년대에는 IC에 소량의 디지털 로직만 구현하는 것이 일반적이었습니다(나는 Texas Instruments의 7400 시리즈 장치와 RCA의 4000 시리즈 구성 요소를 생각하고 있습니다). 그 당시 인쇄 회로 기판(PCB)에는 이러한 구성 요소 수백 개가 들어 있었습니다. 시간이 지남에 따라 우리는 각각 더 많은 디지털 기능을 포함하는 더 적은 수의 장치로 전환했습니다.

각 반도체 공정에는 칩에 제작할 수 있는 구조의 최소 크기에 대한 규칙이 있습니다. 각각의 새로운 세대 프로세스는 기술 노드 또는 프로세스 노드로 알려져 있으며, 해당 프로세스를 통해 달성할 수 있는 최소 형상 크기로 지정됩니다(간소화하고 있지만 요점은 이해하셨으리라 믿습니다). 역사적으로 이러한 피처 크기(따라서 프로세스 노드)는 백만분의 1미터(마이크로미터 또는 µm)로 지정되었습니다. 1980년경 내가 설계한 최초의 ASIC은 5μm 노드에서 구현된 Toshiba 장치였습니다. 요즘 프로세스 노드는 10억분의 1미터(나노미터 또는 nm) 단위로 지정됩니다.