왜 미래의 전자 설계가 칩렛 기반일 수 있는가

반도체 산업의 끊임없이 변화하는 풍경 속에서, 전통적인 일체형 칩 아키텍처에서 더 모듈식인 칩렛 기반 설계로의 전환이 일어나고 있습니다. 이 전환은 단순히 제조 기술의 변화가 아닙니다. 이는 전자 산업이 현대 세계를 움직이는 전자 부품을 개념화하고, 설계하며, 제공하는 방식에서 중요한 진화를 대표합니다. 칩렛 기반 아키텍처는 혁신의 주요 동력으로 부상하고 있으며, 무어의 법칙 시대 이후 컴퓨팅 성능의 지수적 성장을 계속할 수 있는 유망한 방법을 제공합니다.

칩렛 이해하기

본질적으로, 칩렛은 작고 독립적으로 제조된 반도체 구성 요소로, 단일 패키지 내에서 결합될 때 전통적인 단일 칩처럼 협력적으로 작동합니다. 이러한 분해는 일체형 설계에서는 달성할 수 없었던 다양성과 맞춤화 수준을 가능하게 합니다. 이 칩렛을 빌딩 블록으로 취급함으로써, 설계자들은 특정 성능 기준을 충족하는 맞춤형 시스템을 만들 수 있습니다.

기술적 이점: 칩렛의 가장 설득력 있는 이점 중 하나는 전통적인 칩 제조에 직면한 일부 한계를 우회할 수 있다는 것입니다. 특히 반도체 산업이 실리콘 기반 기술의 물리적 한계에 점점 더 가까워짐에 따라, 칩렛은 트랜지스터 스케일링 이외의 다른 수단을 통해 성능 개선을 계속할 수 있는 길을 제공합니다.

칩렛은 시스템을 더 확장 가능하고 유연하게 만들어, 전체 칩의 완전한 재설계 없이도 빠른 기술 발전에 대응할 수 있습니다. 더욱이, 칩렛 기반 시스템의 성능은 각 칩렛이 일체형 칩의 모든 부분에 맞는 타협이 아닌, 그 기능에 가장 적합한 공정을 사용하여 제조될 수 있기 때문에 상당히 높을 수 있습니다.

비용 효율성: 반도체 제조에서 경제적 요인은 기술적인 것만큼 중요합니다. 특히 기술의 최전선에서 일체형 칩의 개발은 높은 비용과 수율 손실과 관련된 상당한 위험을 수반합니다. 더 진보된 공정으로 제조된 큰 일체형 실리콘 칩은 주어진 결함 수에 대해 더 낮은 수율을 가질 가능성이 있습니다; 칩렛 접근 방식은 결함을 더 많은 수의 칩렛에 분산시켜 웨이퍼 당 수율을 증가시킵니다.

칩렛 채택의 주요 동력

무어의 법칙과 그 한계: 반도체 산업은 오랫동안 칩에 있는 트랜지스터의 수가 대략 매 2년마다 두 배로 증가한다는 무어의 법칙에 의해 이끌려 왔습니다. 이는 정기적인 성능 개선을 초래했습니다. 그러나 기술적 및 경제적 장벽으로 인해 이러한 스케일링 속도가 느려짐에 따라, 산업은 성장을 위한 대안적 경로를 찾아야만 합니다. 칩렛 기술은 무어의 법칙의 영속성에 의존하는 대신 아키텍처 혁신을 통해 성능 향상을 계속할 수 있는 매력적인 해결책으로 부상합니다.

복잡성과 전문화: 인공 지능(AI) 및 빅 데이터 분석에서 고성능 컴퓨팅 및 사물 인터넷(IoT)에 이르기까지 모든 분야에서 더 복잡하고 전문화된 처리 능력에 대한 수요가 증가하고 있습니다. 칩렛 아키텍처는 특정 작업에 최적화된 전문 처리 유닛의 조합을 가능하게 함으로써, 더 강력하고 에너지 효율적인 시스템을 구현하는 이 요구를 충족시킵니다.

공급망 및 제조 유연성: 글로벌 반도체 공급망은 지정학적 긴장, 무역 분쟁 및 팬데믹과 같은 예기치 않은 사건으로 인해 취약해지고 있습니다. 칩렛 아키텍처는 다양한 공급업체 및 위치에서 칩렛을 생산하고 조달할 수 있게 함으로써 보다 유연하고 탄력적인 제조 전략을 가능하게 하여 이러한 위험을 완화할 수 있습니다. 이를 통해 지역적 중단의 영향을 완화하고 중요 구성 요소의 보다 안정적인 공급을 보장할 수 있습니다.

칩렛 아키텍처 및 통합 문제

설계 및 통합: 칩렛의 약속은 상당한 설계 및 통합 문제를 수반합니다. 서로 다른 구성 요소로부터 일관된 시스템을 만들기 위해서는 고급 인터커넥트 기술 및 방법론이 필요합니다. 이러한 인터커넥트는 칩렛이 가능한 한 일체형 칩의 성능에 가깝게 효과적으로 통신할 수 있도록 고대역폭과 저지연을 지원해야 합니다.

테스트 및 신뢰성: 칩렛 기반 시스템의 신뢰성과 성능을 보장하는 것은 테스트 과정에 복잡성을 추가합니다. 각 칩렛과 그 인터커넥트는 모든 조건에서 최종 조립된 칩렛 패키지가 의도한 대로 작동하도록 품질 및 신뢰성 기준을 충족하도록 엄격하게 테스트되어야 합니다.

생태계 및 표준 개발: 칩렛 기술의 광범위한 채택은 설계, 통신 및 통합을 위한 보편적인 표준을 포함한 강력한 생태계의 개발을 필요로 할 것입니다. 이러한 표준을 확립하는 것은 다른 제조업체의 칩렛 간 일관된 상호 운용성을 위해 중요하며, 이는 혁신을 촉진하고 대량 생산을 통해 비용을 절감할 것입니다.

실제 칩렛 예시

오늘날 칩렛 기술의 잠재력이 실현되고 있는 몇 가지 고유한 예시입니다.

AMD Ryzen 및 EPYC 프로세서: AMD는 Ryzen 프로세서 및 EPYC 프로세서 라인에서 칩렛을 사용하는 접근 방식을 통해 칩렛 기반 아키텍처로 달성할 수 있는 상당한 성능 및 효율성 향상을 보여줍니다. AMD의 칩렛 아키텍처는 Zen 2 및 이후 프로세서 세대와 함께 도입되었으며, 고속 Infinity Fabric 인터커넥트를 통해 연결된 여러 개의 작은 칩(칩렛)을 사용합니다. 이 설계는 AMD가 성능과 코어 수를 효율적으로 확장하면서 비용 효율성과 유연성을 유지할 수 있게 합니다.

Intel EMIB: Intel의 EMIB(Embedded Multi-die Interconnect Bridge)는 서로 다른 반도체 다이(칩렛)를 단일 패키지로 포장하여 고속 통신을 가능하게 하는 혁신적인 접근 방식입니다. 이 기술은 CPU, GPU 및 메모리와 같은 이종 칩을 단일 패키지로 통합하여 성능과 전력 효율을 최적화합니다.

EMIB 기술의 주목할 만한 응용 프로그램 중 하나는 데이터 센터부터 네트워크 인프라 및 임베디드 시스템에 이르기까지 다양한 응용 분야를 대상으로 하는 Intel의 Stratix 10 FPGAs 및 Agilex FPGAs입니다. EMIB를 사용하여 Intel은 특정 고객 요구 사항을 충족하는 맞춤형 고성능 컴퓨팅 솔루션을 제공합니다.

Versal ACAP: Versal ACAP(Adaptive Compute Acceleration Platform) 시리즈는 스칼라 처리 엔진, 적응형 하드웨어 및 지능형 엔진을 최첨단 메모리 및 인터페이스 기술과 결합하여 강력하고 유연한 기능을 제공하는 이종 컴퓨팅 장치의 범주를 대표합니다.

Versal ACAP 시리즈의 다양성과 성능은 칩렛 기반 설계의 이점을 보여줍니다. 이러한 매우 적응 가능한 제품은 네트워크 및 클라우드 가속부터 임베디드 컴퓨팅 및 AI 추론에 이르기까지 다양한 응용 분야의 요구 사항을 충족합니다.

지평선 너머를 바라보며

이러한 예시를 넘어서, 칩렛 기술은 5G 네트워크를 위한 통신, 고급 운전자 보조 시스템(ADAS)을 위한 자동차 전자제품, 심지어 모듈식이고 확장 가능한 시스템이 매우 중요한 우주 탐사를 포함한 산업을 혁신할 준비가 되어 있습니다.

반도체 산업이 전통적인 스케일링의 한계에 직면함에 따라, 칩렛 기반 설계는 강력한 대안으로 부상하고 있으며, 기술 발전의 다음 파도를 이끌 것으로 약속하고 있습니다. 비교할 수 없는 유연성, 비용 효율성 및 특정 요구에 맞는 성능을 조정할 수 있는 능력을 제공함으로써, 칩렛은 전자 설계 철학에서 중요한 변화를 대표합니다. 우리가 이 새로운 현실의 문턱에 서 있는 지금, 산업 디자이너와 엔지니어들이 칩렛 기술을 받아들이고 정제하는 의지와 능력이 전자 제품의 미래를 형성하는 데 결정적인 역할을 할 것입니다.