IoT 및 모바일 SoC: 차세대 기기를 위한 처리 능력

첫 번째 스마트폰이 시장에 출시된 이래로, 하나의 장치에 더 많은 기능을 포장하려는 경쟁이 시작되었습니다. 이것은 소프트웨어 수준에서만 일어나는 것이 아니라, 필요한 처리 능력을 제공하기 위한 적절한 하드웨어도 필요합니다. 더 많은 기능이 더 작은 공간에 포장됨에 따라, 새로운 스마트폰은 모바일 장치의 다른 하위 시스템과의 인터페이싱 및 데이터 처리를 제공하는 점점 더 강력한 시스템온칩(SoC) 장치를 포함하고 있습니다.

신형 스마트폰과 IoT에 사용되는 모바일 SoC는 LTE 모뎀, 그래픽 프로세서, 인공 지능(AI) 기능을 지원하는 디지털 신호 프로세서, 캐시 메모리, 장치 보안 및 기타 기능을 단일 칩에 통합합니다. 새로운 제품은 IoT 혁명이 계속됨에 따라 이러한 장치의 기능 요구가 계속 확장됨에 따라 강력한 모바일 SoC가 필요할 것입니다.

IoT 및 모바일 SoC 컨트롤러

새로운 IoT 장치가 일부 시간 동안 컴퓨터에 위임되었던 더 많은 소프트웨어 수준 기능의 통합을 요구함에 따라, 이러한 장치는 다양한 새로운 애플리케이션에서 사용하기 위해 더 큰 처리 능력이 필요할 것입니다. 상상된 기능에는 기계 학습과 인공 지능이 포함되며, 둘 다 처리 및 메모리 집약적인 애플리케이션입니다. 현재 상용 스마트폰에서 사용되는 가장 진보된 칩은 Apple의 A12 Bionic, Qualcomm의 Snapdragon 855, 그리고 Huawei의 Kirin 980이며, 이는 7 nm 리소그래피 공정을 사용하여 제작됩니다. 아래 표는 세 가지 간의 기능 비교를 보여줍니다.

Kirin 980과 Snapdragon 855 SoC 컨트롤러는 ARM 아키텍처를 기반으로 하는 CPU를 가지고 있으며, 이는 Advanced Reduced Instruction Set Computing (RISC) Machine의 약자입니다. 이 아키텍처는 모바일 장치용 컨트롤러에 포함하기 위해 마이크로 컨트롤러 칩 제조업체에게 라이선스됩니다. ARM 기반 SoC 컨트롤러의 RISC 아키텍처는 더 적은 트랜지스터를 요구하기 때문에, 이러한 컨트롤러는 대부분의 개인용 컴퓨터에 있는 컨트롤러보다 비용이 적게 들고 전력을 덜 소모합니다. 이는 ARM 기반 모바일 SoC가 스마트폰, IoT 장치 및 기타 임베디드 시스템에 적합하게 만듭니다.

최신 세대의 ARM Cortex-M 프로세서는 보안 및 기계 학습 솔루션을 제공함으로써 IoT 장치 애플리케이션을 대상으로 하며, 실시간 결정적 인터럽트 응답, 저전력 소비 및 32비트 또는 64비트 단어 크기와 같은 고성능 임베디드 시스템 요구 사항을 충족합니다.

Cortex-M23 및 Cortex-M33 프로세서는 신뢰할 수 있는 소프트웨어를 위한 시스템 전체 하드웨어 격리를 제공하는 TrustZone^TM이라는 보안 기술로 제공됩니다. Cortex-M7 및 Cortex-M33 코어는 디지털 신호 처리(DSP) 및 단정밀도(32비트) 부동 소수점 처리를 지원합니다. 이러한 기능은 컴퓨터 비전 및 IoT 장치를 위한 엣지 컴퓨팅과 같은 응용 프로그램에서 장치 내 머신 러닝을 가능하게 할 것입니다.

ARM Cortex 모바일 SoC 마이크로컨트롤러

ST 마이크로일렉트로닉스, STM32L552RC

STM32L552xx 시리즈 장치는 64핀 LQFP 패키지의 ARM Cortex-M33 32비트 RISC 코어 위에 구축된 초저전력 마이크로컨트롤러(STM32L5 시리즈) 제품군입니다. 이 장치들은 내장된 고속 메모리(256 KB SRAM/512 KB Flash), 두 개의 APB 버스와 두 개의 AHB 버스에 있는 다양한 향상된 I/O 및 주변 장치, 32비트 멀티-AHB 버스 매트릭스를 포함합니다:

Cortex-M33 코어는 단정밀도 부동 소수점 유닛(FPU)을 특징으로 하며, 모든 Arm^® 단정밀도 데이터 처리 명령어와 모든 데이터 유형을 지원합니다. Cortex-M33 코어는 또한 전체 DSP(디지털 신호 처리) 명령어 세트, TrustZone 인식 지원 및 애플리케이션의 보안을 강화하는 메모리 보호 유닛(MPU)을 구현합니다. [제품 요약서에서]

또한, 이 장치들은 두 개의 5 Msps 12비트 ADC, 두 개의 DAC 채널, 두 개의 비교기, 두 개의 연산 증폭기, 내부 전압 참조 버퍼, 저전력 RTC, 두 개의 범용 32비트 타이머, 모터 제어용 두 개의 16비트 PWM 타이머, 일곱 개의 범용 16비트 타이머, 그리고 두 개의 16비트 저전력 타이머를 포함합니다. 장치는 외부 시그마 델타 변조기(DFSDM)용 네 개의 디지털 필터를 지원합니다. HMI 통합을 위해 최대 22개의 용량 센싱 채널이 사용 가능합니다.

ST 마이크로일렉트로닉스의 STM32L552RC 블록 다이어그램.

ST 마이크로일렉트로닉스, STM32F746NG

STM32F745xx 및 STM32F746xx 시리즈 장치는 이전 컨트롤러보다 비슷하거나 더 나은 기능을 제공하면서도 낮은 가격대를 자랑합니다. 이 장치들은 ARM Cortex-M7 32비트 RISC 코어를 기반으로 합니다. 또한, 향상된 IoT 애플리케이션 보안을 위한 전체 DSP 명령 세트와 메모리 보호 장치(MPU)를 구현합니다. 이 시리즈의 장치는 고속 내장 메모리(320 KB SRAM/1 MB Flash)를 포함하며, 중요 데이터의 실시간 처리를 위한 64 KB의 TCM RAM을 포함합니다.

이전 제품에서 찾을 수 있는 버스 아키텍처 외에도, 이 제품은 고급 통신 기능을 갖춘 유사한 신호 처리/변환 기능을 제공합니다:

모든 장치는 세 개의 12비트 ADC, 두 개의 DAC, 저전력 RTC, 모터 제어용 두 개의 PWM 타이머를 포함한 13개의 범용 16비트 타이머와 Stop 모드에서 사용 가능한 저전력 타이머, 두 개의 범용 32비트 타이머, 진정한 난수 생성기(RNG)를 제공합니다. 또한 표준 및 고급 통신 인터페이스를 갖추고 있습니다. [제품 요약서에서]

NXP Semiconductors, MKL16Z256VLH4

MKL16Z256VLH4는 48 MHz에서 작동하는 ARM Cortex-M0+ 코어를 기반으로 한 초저가 모바일 SoC입니다. 처리 속도는 느리지만 여전히 32비트 처리, 초저전력 소비(슬립 모드 포함), 내장 메모리(32 KB SRAM/256 KB Flash)를 제공합니다. 낮은 가격대, 다양한 표준 통신 인터페이스, 아날로그 모듈(16비트 SAR ADC 및 12비트 DAC)을 갖춘 이 제품은 센서에서 신호를 수집하고 처리할 작은 IoT 장치에 적합합니다. 이 제품은 64핀 LQFP 패키지로 제공되지만, 64핀 MAPBGA 패키지로 제공되는 변형 모델(MKL16Z256VMP4)도 있습니다.

NXP Semiconductor에서의 MKL16Z256VLH4 블록 다이어그램.

IoT 및 기타 애플리케이션 분야에서의 임베디드 컴퓨팅은 계속 발전할 것이며, 적절한 마이크로컨트롤러 또는 기타 프로그래머블 로직 장치를 사용하여 다음 시스템의 성능을 극대화할 수 있습니다.

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