인텔과 자일링스가 주목하는 반도체 FPGA란 무엇일까?

 FPGA

 우리가 사용하는 모든 전자기기들은 연산 제어 변환 가공을 하고 있고 우리는 이것을 로직 반도체라고 부른다. 로직 반도체를 만들기 위해서는 어떤 역할을 하는 논리회로를 만들 것인지, 그것을 어느 정도의 규모로 구성하고 또 메모리나 입출력 인터페이스를 어떻게 설계해야 할지에 대한 결정을 내려야 한다. 이때 로직 반도체가 필요한 회사들이 매번 최적의 설계, 생산하는 것은 불가능에 가깝다. 그렇기 때문에 기능과 설계 등을 표준화한 범용 반도체 ASSP를 제공하고 있다. ASSP는 작은 전자제품에 사용된다. 예를 들어 스마트폰에 들어가는 ARM 등이 있다.

 

 하지만 이렇게 미리 만들어진 로직 반도체들이 제공할 수 없는 특별한 기능이 필요하거나 성능의 뛰어난 반도체를 위해서는 어떻게 해야 할까? 군수산업이나 항공 영역은 이러한 기능이 더욱 필요하다. 또한 AI와 딥러닝과 같은 연구를 위한 분야는 최적화보단 개별적 로직이 더 중요해 주문형 반도체 ASIC을 필요로 한다.

 

 이번 리포트를 통해 알아볼 FPGA는 ASSP과 ASIC의 중간 성격을 지닌 반도체이다. FPGA는 추후의 로직을 주문자들이 설계할 수 있도록 납품한다. CPU 디지털 신호장치 램이 모두 모인 SOC 구조가 현세대의 보편적인 형태이다. FPGA를 제공하는 기업들을 위해 프로그래밍을 위한 소프트웨어도 제공하고 있다. 추후의 기업들이 FPGA의 논리구조를 완성하고 용도에 맞게 활용할 수 있도록 하기 위함이다.

 

 그럼에도 불구하고 FPGA는 ASIC에 비해 효율적인 반도체는 아니다. 그 이유는 FPGA는 ASIC에 비해 오버 스펙이 될 수도 있고 불 필요한 기능이 존재할 수도 있다. 이는 불필요한 소비전력을 만들어 낼 수도 있다. 칩의 설계와 생산에서 발생하는 고정비가 결국은 수요자에게 전가된다고 봤을 때 생산 수량의 칩만 살펴보면 어느 정도의 범용성을 가진 FPGA 쪽이 ASIC에 비해 압도적으로 많다. 칩의 개당 고정 비용 부담이 많이 내려간다. 따라서 고정비는 물량을 통해 충분히 희석시킬 수 있거나, 프로젝트의 비용이 매우 큰 경우에는 부담이 되지 않는 경우 FPGA를 선택한다. FPGA는 소량 제작을 위하거나 ASIC을 제작하기 전 FPGA를 활용하곤 했다.

 

 그렇다면 FPGA는 ASIC의 차선책일까? 전혀 그렇지 않다. 데이터 센터 시장을 살펴보면 끊임없이 확장해야 하는 설비시설을 어떻게 계속 증설하고 기존의 설비를 어떻게 유지해야 할까에 대해 고민해봐야 한다. 만약 데이터 센터의 시장에 있는 모든 반도체들이 ASIC으로 이루어져 있다면 구조를 수정하거나 새로운 명령어를 처리하기 위해서는 새롭게 주문 제작을 해야 되나 FPGA를 활용한다면 비용과 시간을 유연하게 사용할 수 있다.

 

 전장사업 역시 마찬가지이다. 편익 기능들이 자율 주행으로 진화하고 자율 주행 시스템이 핵심 역량으로 두각되고 있으며, 이에 따라 반도체의 수요는 폭발적으로 증가하고 있다. 앞으로의 자동차의 유지 보수 개념은 소프트웨어를 업데이트와 동시에 성능을 업그레이드하는 분야가 중요하다고 생각한다. 그렇기 때문에 FPGA의 활용을 통해 유연성에 집중해야 한다.

 

 FPGA가 가진 여러 가지 장점은 이뿐만 아니라 이중 병렬형이 있다. 기본적으로 FPGA는 연산을 순차적으로 실행하는 cpu와는 다르게 데이터를 병렬로 처리할 수 있어 빠른 속도의 연산이 가능하다. FPGA 기반의 가속기들이 계속 등장하는 원인이다. 그리고 CPU, GPU와 함께 사용되어 로직 반도체와의 병렬 구조를 통해 cpu와 gpu가 하지 못하는 기능이나 추가적인 컴퓨팅 파워를 부가할 수 있다.

 

 인텔에서 새로 발표한 agilex를 살펴보면 xeon cpu와 함께 가속기로 사용되어 시스템의 처리능력을 향상시키고 작업 부하를 보다 유연하게 처리하도록 돕고 있다. 이렇게 xeon과 사용되는 경우 메모리를 공유하여 메모리 간섭이 일어나지 않도록 설계하였다. 인텔은 FPGA를 새롭게 개발함으로써 4차 혁명 산업에 필요한 업계표준 회사가 되기 위해 노력하고 있다. FPGA 시장을 개척한 기업이자 현재 이 시장에 가장 강력한 기업 자일링스는 여러 시스템 반도체 영역 중 FPGA 시장에서는 매출 1위의 기업이고 순수 펨리스 기업 10위 안에도 이름이 들어가고 있다. 자일링스의 미래전략을 보기 전 ceo 빅터 팽의 언급을 보게 되면 적응형 컴퓨터 가속화 플랫폼 제안 및 데이터 센터 가속화에 방점을 두고 있다.