특허 받은 “Spidergon” 토폴로지, SoC 리더에게 차세대 SoC의 새로운 물결을 일으킬 수 있는 결정적인 발판 제공STMicroelectronics (NYSE: STM)는 현재와 미래의 SoC 설계 분야에서 점점 까다로워지고 있는 요구 사항에 부응하기 위해 개발한 혁신적인 온칩 인터커넥트 기술의 세부 내용을 발표했다. STNoC™ (ST Network on Chip)라고 명명된 신기술은 ST가 보유한 기존의 온칩 통신 기술을 바탕으로 NoC (Network-on-Chip) 기술 분야의 연구로부터 얻은 놀라운 혁신 기술이 추가되었다. 효과적인 NoC 아키텍처의 구현은 차세대 컨버전스 제품을 위한 경제적인 SoC 솔루션에 결정적 요소이며, 특히 NoC 기술이 설계의 생산성 향상에 중요한 역할을 발휘하게 될 것이다. ST는 다른 NoC 토폴로지에 비해 탁월한 가격 대 성능비를 제공하는 Spidergon이라는 혁신적인 인터커넥트 토폴로지용 어플리케이션에 대해 특허 출원을 하였다.STNoC는 SoC 디바이스를 구성하는 수많은 IP 블록 간을 상호 연결하는 SoC 기술에서 가장 중요한 문제 중 하나를 해결한다. 일반적으로 IP 블록으로는 오디오/비디오 코덱, 다양한 연결 IP (USB, 이더넷, 직렬 ATA, DVB-H, HDMI 등) 및 메모리와 같은 복잡한 전용 IP 블록 뿐만 아니라 하나 이상의 고성능 프로세서 코어 등이 있다. 지금까지는 이런 블록들 사이의 상호 연결이 전통적인 회선 교환 버스를 통해 구현되었지만, 근래에는 수십 또는 수백 개의 IP 블록으로 구성된 수십억 개 이상의 트랜지스터를 포함하는 SoC 디바이스 개발을 위해 새로운 상호 연결 방법론이 필요하다는 생각이 널리 펴져 있었다.기존의 온칩 버스 아키텍처는 두 가지 애로점이 있다. 첫째, 끊임없이 복잡해져 가는 SoC 디바이스 발전에 보조를 맞출 수 있도록 버스 아키텍처가 지속적으로 진화해야 한다. 이는 각 IP 블록에 있는 버스 인터페이스를 자주 수정해야 하며 따라서 새 SoC 솔루션의 출시 기간이 늦어짐을 의미한다. 둘째, 트랜지스터의 기능과 함께 무어의 법칙에 따라 축소되는 것보다 새로운 세대의 신기술이 등장할 때마다 상호 연결 방식이 더많은 온칩 기능을 연결해야 하므로 점점 더 복잡해진다. 이는 결국 반도체 실장 면적, 온칩 통신 속도 및 전체적인 전력 소비량과 같은 비용 대비 성능 비율에 미치는 버스의 영향력이 점점 더 커지는 결과를 낳게 된다. 장기적으로 ST가 이미 선도적 R&D 결과를 보고한 바 있는 옵티컬 인트라 칩 통신과 같은 기술이 바로 이러한 문제를 해결할 수 있다. 중기적으로는 고객의 요구에 부응하여 가격, 성능, 파워의 향상을 모두 유지하기 위하여 새로운 인트라 칩 상호 연결 기술이 요구된다.업계 전문가들은 대체적으로 NoC 기술이 바로 이런 문제의 해결책이라 보고 있다. 근본적으로, NoC 기술은 매우 단순화된 네트워킹 패러다임과 유사한 계층형 프로토콜 스택을 통합하는 패킷 기반 패러다임으로 기존의 회선 교환 버스를 대체한다. 이러한 시나리오에서, 프로세서 코어, 캐시 메모리, 연결 I/O 기능과 같은 검증된 IP 또는 오디오/비디오 코덱과 같은 전문화된 IP 블록이 단순히 라이브러리로부터 호출되어 SoC 설계에 추가된 다음 반도체 실장 면적과 전력 소비량이 적고 고속인 패킷 기반 통신 프로토콜을 통해 서로 통신한다.ST가 특허를 보유한 “Spidergon” 토폴로지는 미래형 SoC 디바이스를 개발할 때 업계 최고의 가격 대 성능 비를 제공한다. Spidergon 토폴로지에서는 모든 IP 블록이 링 형태로 배열되고 각각의 IP 블록은 자신을 기준으로 시계 방향과 시계 반대 방향의 인접 IP 블록에 연결되어 단순한 다각형 링 형태의 토폴로지를 구성한다. 하지만 그 외에도 각 IP 블록은 네트워크의 대각선 방향으로 마주보는 IP 블록과도 직접 연결되므로 라우팅 알고리즘에 따라 데이터 패킷이 그 목적지에 도달하기 전에 지나가야 하는 노드 수를 최소화할 수 있다. 특히 중요한 장점은 기능 다이어그램 (아래에 연결된 16개의 노드로 구성된 네트워크의 왼쪽에 표시된 다이어그램)이 한 지점에서만 와이어링 교차가 필요한 간단한 평면 구현도 (오른쪽 표시)와 일치한다는 점이다. 이것은 이론적 접근 방법을 최대의 가격 대 성능 비를 제공하는 실제 솔루션으로 바꾸는 데 있어 핵심적인 이점이다.이런 이유로, 제안된 다른 토폴로지에 비해 Spidergon이 특별히 돋보이는 가치는 NoC 도메인에서 적절한 가격 대 성능 비를 제공할 수 있는 능력이다. 예를 들어 이론적으로 빠른 통신 속도를 제공하는 2D 메시와 같은 토폴로지는 라우터 포트와 연결 수가 많아 반도체 솔루션으로 구현하려면 비용이 많이 든다. 게다가 실제 임베디드 어플리케이션에서의 통신 트래픽이 지닌 특성으로 인해 온칩 도메인에서 이론적으로 제공되는 연결 능력을 100% 활용할 수 없다. 이에 반해 링과 같은 간단한 토폴로지는 제조 비용 측면에서는 경제적이지만, 특히 SoC 내 IP 블록 수가 늘어나고 이는 모든 어플리케이션 시나리오에서 그럴 것이므로 인트라 칩 통신 속도가 상대적으로 느리다는 단점이 있다.STMicroelectronics 시스템 기술 부문의 알레산드로 크레모네시 (Alessandro Cremonesi) AST 부사장 겸 부본부장은 "반도체 업계에서 한동안은 SoC의 미래가 NoC에 달려있다고 인식되어 왔다. SoC 제조업체에게 이슈는 반도체 실장 면적과 설계 주기 시간을 최소화하려는 요구가 지배적인 업계에서 새롭게 부각되고 있는 SoC 설계 패러다임을 배치하는 것이다. ST의 Spidergon 토폴로지로 ST는 IP 블록을 ST의 라이브러리로 고정하고 고객들이 “플로그 앤 플레이 (plug and play)” 방식으로 업계 최고의 가격 대 성능 비를 제공하는 SoC 디바이스의 신속한 개발을 위해 필요한 어떠한 IP 조합이라도 구현 가능하다"고 말했다.STNoC는 계층적 방법론에 따라 설계된 유연하고 확장성 있는 패킷 기반 온칩 마이크로 네트워크이다. Spidergon 아키텍처의 가장 중요한 특징은 토폴로지의 개념적 단순성이 주요 구성요소인 라우터와 네트워크 인터페이스를 가장 경제적인 실리콘으로 구현할 수도 있다는 점이다. 게다가 특정 Spidergon 토폴로지는 적절히 제어된 설정으로 균등한 빌딩 블록 세트를 줄일 수 있으며, 검증 시간을 대폭 줄이고, 유지보수 (인력 및 시간 감축), 지원 및 통합 작업을 보다 쉽게 수행할 수 있다. 이 점은 주요 전략적 요구 사항이다.STNoC 기술은 시스템 설계자들에게 많은 혜택을 제공한다. 반도체 실장 면적과 와이어링의 복잡성이 최소화된 고유의 경제성, 각 어플리케이션을 위해 여러 가지 네트워크 토폴로지를 평가할 필요 없이 강력한 서비스 품질 (QoS) 지원 능력을 활용하여 어플리케이션에 집중할 수 있는 능력 등이 있다. 또 다른 중요한 이점은 STNoC의 네트워크 인터페이스를 이용하면 AXI, OCP 또는 STBus와 같이 어떤 종류의 IP 프로토콜이라도 통신 패킷으로 변환시킬 수 있다는 점이다. STNoC는 어플리케이션에 따라 사용하지 않는 구성요소와 링크를 제거함으로써 아키텍처의 크기를 줄일 수 있으므로 트리에서 간단한 링 그리고 Spidergon 토폴로지로까지 다양한 토폴로지를 실제로 지원할 수 있다.다양한 NoC 접근 방법이 제안되어 왔지만 진정한 성능 대비 비용의 장점 덕분에 STNoC가 현재와 미래의 요구 사항에 대한 완벽한 로드맵을 제공하는 유일한 NoC 기술이다. 현재의 시스템은 와이어링 축소, 엔드투엔드 작업과 네트워크 작업의 깔끔한 분리, 다중 IP 프로토콜 지원 및 효율적인 QoS라는 장점을 취할 수 있고 미래의 첨단 멀티 프로세서 아키텍처는 가장 경제적인 방법으로 고성능과 신뢰성 있는 상호 연결 기능을 제공하는 STNoC의 정교하고 유연한 특징을 바탕으로 정의될 수 있다.크레모네시 부사장은 “현재의 SoC 설계 패러다임은 앞으로도 몇 년 정도는 유효하겠지만 머지않아 쇠퇴하게 될 것이다. 분명히 NoC 기술이 앞으로 SoC의 주류가 되겠지만 제안된 접근 방법 대부분이 SoC 설계와 제조 부문의 상업적 현실을 반영하지 못하고 있다. ST의 Spidergon 토폴로지는 최적의 가격 대 성능 비를 제공하여 SoC 시장에서 ST의 리더십을 계속 유지하는 초석이 될 것이다”라고 말했다.
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