액텔(Actel)은 지난 2월 23일, 서울 삼성동 그랜드인터콘티넨탈 호텔에서 기자간담회를 열고 혼합신호 FPGA 스마트퓨전(SmartFusion) 디바이스를 소개했다. 이번에 발표된 스마트퓨전 디바이스는 하드타입 ARM Cortex-M3 프로세서와 FPGA 패브릭, 프로그래밍 가능한 아날로그 블록을 통합해 다양한 용도에서 효과적인 활용이 가능하다.

스마트퓨전 디바이스는 FPGA 패브릭, 마이크로컨트롤러 서브시스템, 아날로그의 세 가지 요소를 하나의 칩에 통합한 형태의 솔루션이다. 이 구성 요소들을 하드 타입으로 통합하면서도 유연한 프로그래머블 구성을 지원하여 성능과 유연성, 경제성과 설계 편의성까지 다양한 장점을 모두 갖추도록 디자인되었다.

▲ 액텔 존 이스트 CEO 겸 사장

존 이스트(John East) 액텔 CEO 겸 사장은 이 자리에서 액텔의 제품 출시 전략에 대해 "우리는 PLD 마켓의 선도 업체들과는 다른 차별화된 전략을 통해 제품을 구현하고 있다" 고 밝혔다. 그리고 이를 통해 제품의 경쟁력을 높이고 점차 영향력을 늘려 간다는 것이다. 그리고 스마트퓨전 디바이스도 '차별화된 전략'의 결과라고 소개했다.

이런 차별화된 전략의 중심에는 플래시 메모리 기반 FPGA라는 특징이 있다. 이는 타 업체들이 사용하는 SRAM 기반 FPGA에 비해 별도의 외부 저장장치를 필요로 하지 않고 아날로그 부분에서 고전압 처리 가능 등의 장점을 가지고 있어 더 유연한 통합이 가능하기 때문이다. 또한 칩과 전반적인 회로 전체가 간소화되어 설계에 유리하다는 점도 제시되었다.

범용성을 가진 FPGA 패브릭, 마이크로컨트롤러, 프로그램 가능한 아날로그 부분을 모두 통합한 덕분에 스마트퓨전 디바이스는 다양한 용도를 가진다. 활용 가능 분야로는 시스템, 전원 관리 부분이나 모터 컨트롤, 산업 자동화, 디스플레이 제어 등 다양한 분야와 용도에서 사용이 가능하다고 소개되었다.

▲ 스마트퓨전의 장점은 크게 네 가지

지금까지 오랜 시간동안 반도체 업계의 화두는 ‘통합’ 이었으며, 이를 통해 많은 장점을 얻을 수 있었다. 통합된 제품은 패키지 크기를 줄이고 설계를 단순화하는 등의 장점이 있으며, 궁극적으로는 더 적은 비용을 구현하는 것이 목적이다. 그리고 스마트퓨전 디바이스는 이런 목적을 더 효율적으로 달성할 수 있게 해 준다고 소개했다.

스마트퓨전의 장점은 크게 네 가지로 소개되었다. 먼저 Cortex-M3 프로세서와 플래시 메모리 기반 FPGA, 프로그래밍 가능한 고전압 아날로그 회로를 모두 통합해 보드 설계를 간소화했다는 점이 있다. 또한 이 통합에 있어 지금까지의 솔루션처럼 성능에 대한 '타협' 이 없다는 점이 강조되었다.

성능에 대한 타협이 없다는 점은 스마트퓨전이 가진 통합 형태의 특징에 기인한다. 스마트퓨전 솔루션들은 통합된 각각의 요소들이 모두 하드 IP 형태로 내장되어 있다. 덕분에 기존의 통합형 솔루션들이 사용하는 일부 요소들을 소프트웨어 형태로 대체하는 방식의 단점인 성능적 문제 없이 고유의 성능을 모두 발휘할 수 있다고 소개되었다.

▲ 통합 솔루션이면서 커스터마이즈 폭이 넓은 것이 장점

또한 하드웨어, 소프트웨어 부분에서 모두 커스터마이즈가 가능하다고 소개되었다. 디자이너가 원하는 기능을 구현하기 위해 각 구성 요소들에 대한 유연한 파티셔닝이 가능하며 소프트웨어와 하드웨어 부분 모두 커스터마이즈 가능한 솔루션이다. 여기에 네트워크를 통한 커스터마이즈 기능인 '인-필드(In-field) 업그레이드'를 지원해 하나의 플랫폼을 쉽게 여러 제품군으로 커스터마이즈 가능하다고 소개했다.

여기에 제품 디자인에 대한 보호 기능은 기존 액텔 제품군의 강점을 이어받은 부분 중 하나다. '플래시락(FlashLock)' 기술로 불리는 이 복사 방지 기능은 이번 스마트퓨전 제품군에도 포함되었다. 이 기능은 하드웨어 기반의 AES 암호화 기술을 사용해 내부 구조의 리버스 엔지니어링 등을 통한 솔루션 복제를 막아 준다.

마지막으로 '사용이 쉽다' 는 점이 꼽혔다. 이는 스마트퓨전 디바이스의 개발 툴이 FPGA와 MCU의 통합 개발 환경을 지원하며, 소프트웨어 부분과 하드웨어 부분의 개발이 같은 툴을 사용함에 따라 원활한 협업이 가능하기 때문이다. 또한 GUI 기반의 개발과 설정 툴을 가지고 있으며 Keli, IAR, GNU 등과 연동되는 컴파일, 디버깅 솔루션과 리얼 타임 OS가 제공된다는 점도 소개되었다.

▲ 액텔 김명선 한국지사장

▲ 스마트퓨전 디바이스는 세 가지 요소를 한 칩에 유기적으로 통합했다.

이어 김명선 액텔 한국지사장이 제품에 대한 기술적인 설명을 진행했다. 김 지사장은 스마트퓨전 디바이스의 특징에 대해 마이크로컨트롤러 서브시스템과 플래시 기반 FPGA 회로, 프로그래밍 가능한 아날로그 부를 모두 하드 IP 형태로 탑재해 '통합으로 인한 성능의 불이익이 없다' 는 점을 강조했다.

스마트퓨전 디바이스에 통합된 마이크로컨트롤러는 ARM Cortex-M3 기반으로 100MHz 동작 속도와 16Gbps 대역폭을 가진다. 또한 512KB의 플래시 메모리와 64KB의 SRAM, 외부 메모리 컨트롤러 등을 가지고 있다. 이와 함께 조합된 FPGA 패브릭은 최대 50만 개의 시스템 게이트와 350MHz의 동작 속도를 가지고 있으며 최대 128 FPGA 입출력을 지원한다.

아날로그 부분은 '프로그래밍 가능' 이라는 특징을 가지고 있다. 여기에 아날로그 태스크를 관리하는 엔진인 '아날로그 컴퓨트 엔진(Analog Compute Engine : ACE)'을 탑재하고 있어 효율을 높였다. 최대 32개 입력과 3개 출력을 지원하며, 최대 10 개의 50ns급 고속 콤퍼레이터(Comparator)를 제공한다.

▲ 소프트웨어와 하드웨어 양쪽의 협업이 가능한 개발 환경

스마트퓨전의 디자인 환경은 소프트웨어 부분과 하드웨어 디자인에 있어 최대한의 유연성을 발휘할 수 있도록 만들어져 있다. 일반적으로 FPGA 기반 솔루션을 개발하면서 겪는 어려움이 하드웨어 디자인과 소프트웨어의 요구 사항을 일치시키기가 쉽지 않다는 점인데, 스마트퓨전은 이런 어려움을 공통 개발 플랫폼을 사용한 협업을 이용해 해결했다.

그리고 그 중심에 있는 것이 'MSS 설정기(MSS Configurator)' 다. 이 솔루션은 MSS(Microcontroller Sub System) 장치와 입출력 부분의 커스터마이즈, 하드웨어 구성 설정, 아날로그 부분의 설정 등을 쉽게 해결해 주며, GUI 기반의 인터페이스를 가지고 있다. 이를 사용해 각 파트에서 요구하는 사항들을 구현하는 데 있어 더욱 수월한 협업을 지원한다.

이와 함께 스마트퓨전 제품군의 FPGA 디자인에는 Libero IDE v9.0의 지원을 받는다. Libero IDE는 액텔의 FPGA 제품군 설계를 위한 소프트웨어 툴셋이며, 무료로 제공된다. 그리고 임베디드 디자인에는 SoftConsole Eclipse 기반 IDE 뿐 아니라 Keli, IAR의 평가 소프트웨어 버전을 제공하고 있으며, 이들 제품과 연동해 설계를 진행할 수 있다.

▲ 스마트퓨전 제품군은 크게 세 가지

▲ 현재 대량공급이 가능한 A2F200

스마트퓨전 제품군의 타겟 어플리케이션은 시스템, 전원 관리나 모터 제어, 산업 네트워킹, 디스플레이 제어 등이 꼽혔다. 주로 사용되는 시장은 산업 시장이나 의료, 에너지, 통신 등이 제시되었다. 그리고 실제로 고객들은 각종 통신 장비나 태양광 집열기, 터치스크린 디바이스 등에 이 솔루션을 사용하는 것으로 소개되었다.

스마트퓨전 제품군은 세 가지 제품으로 나뉘며, 시스템 게이트와 플립플롭 수, 램 블록이나 입출력 수 등으로 차별화된다. 모든 제품군에는 MSS 부위에서 Cortex-M3 100MHz, 각 2개씩의 SPI, UART, I2C, 32비트 타이머와 DMA, Watch Dog, RTC, 외부 메모리 컨트롤러들이 공통적으로 제공된다.

이 제품군에서 A2F200은 바로 사용 가능하며 A2F500은 2분기에, A2F060은 하반기에 선보일 예정이다. 고객 평가를 위한 샘플 킷은 99달러에 제공되며, 모든 기능을 갖춘 개발 킷은 999달러에 제공되고, 둘 모두 현재 바로 사용할 수 있다. 이 둘의 차이는 구현된 보드의 기능이나 확장성 차이와 함께 제공되는 샘플 코드 등이 차별화된다.

▲ 액텔은 자사 영역에 더욱 집중하는 모습을 보였다.

Q1. 이미 샘플 출하가 되었는데, 어느 부분에서 가장 활발하게 사용되고 있는가?

터치스크린 쪽이 양산 단계에 들어갔고, 태양열 집열기, 시스템 매니지먼트 등에 사용된다. 특히 태양열 집열기 쪽은 대부분의 솔루션을 제공 가능하다. 또한 최근 인수한 업체를 통해 파워, 시스템 매니지먼트 등을 지원하고 있다.

Q2. 내부 연결 방식에 대한 설명이 필요하다. 또한 기존의 시큐리티 기능 이외에 어떤 기능이 추가된 것인가?

내부 연결은 기본적으로 설정되어 있는 것을 사용자가 MSS를 통해 입력값을 제공하는 형태로 커스터마이즈하는 형태다. 그리고 플래시락의 경우 기존 기능과 거의 유사하며 이를 처리하는 하드 IP를 가지고 있어 내부 코드 전체를 암호화하는 형태로 동작한다.

락을 거는 방식은 크게 두 가지다. 일반적인 프로그래밍을 위해 플래시 메모리에 패스워드를 통한 접근 방지 방식이 그 첫 번째고, 플래시락은 하드웨어적으로 AES를 사용해 프로그램 파일 자체를 암호화한다. 프로그램 파일은 설계 이후 컴파일 시점에서 암호화되어 보안성을 확보한다. 이는 모든 블록에 적용 가능한 기능이다.

Q3. 기존 퓨전제품과의 차이점이 무엇인가? 그리고 한 설계자가 세 가지 부분을 모두 사용하기 힘들 수 있는데 오버스펙이 아닌가 생각된다. 이 부분에 대해 어떻게 생각하는가?

가장 큰 차이는 ‘하드 폼’ 이다. 기존 퓨전은 모든 부분을 FPGA로 구현하다 보니 FPGA의 활용도 등에서 난관이 있었는데, 지금은 하드IP로 들어가서 모든 부분에서 제대로 활용 가능하다. 또한 설계 부분에서는 MSS를 공통적으로 사용해 공용적으로 협력 설계 가능하며, 한 설계자가 모든 부분을 디자인할 필요는 없다.

Q4. 차세대 공정 계획이나 아키텍처 등의 다른 계획이 있는가?

조만간 60nm대 공정을 사용한 제품을 준비할 것이다. 소개에 오래 걸리지는 않을 것이다. 향후에는 28nm로 갈 예정인데, 시간은 걸리겠지만 추진해 나갈 것이다. 아키텍처 부분에서는 현재의 플래시 테크놀로지를 28nm까지 가지고 갈 예정이다. 현 상황에서는 이 기술이 적합하다고 생각한다.