SoC란 무엇입니까?

PC 타워 내부를 본 적이 있다면 다양한 구성 요소가 많이 있음을 알 수 있습니다. 일반 노트북에는 대부분의 동일한 구성 요소가 포함되어 있지만 크기가 줄어들고 다시 포맷되며 "낭비되는" 공간을 최대한 많이 잘라냅니다. 스마트폰은 데스크탑이나 랩탑 컴퓨터와 동일한 작업을 수행할 수 있지만 속도는 빠르지 않습니다. 동일한 종류의 하드웨어가 포함되어 있기 때문입니다. 하지만 스마트폰의 작은 본체에는 노트북처럼 보일 공간이 충분하지 않습니다. 중요한 공간 제약을 해결하기 위해 완전히 새로운 디자인 패러다임이 사용됩니다.

시스템 온 칩

컴퓨터는 CPU, 스마트폰은 SoC 또는 시스템 온 칩으로 구동됩니다. SoC에는 CPU가 포함되어 있지만 그보다 훨씬 더 많은 것도 포함되어 있습니다. 그리고 그것이 차별화되는 점이며, 작은 스마트폰 폼 팩터가 주머니에 쏙 들어가고 작은 배터리로 작동하면서 컴퓨터와 동일한 기능을 제공할 수 있게 합니다.

참고: SoC는 System on Chip의 줄임말이지만 System on a Chip의 축약어가 문법적으로 더 적합합니다. 도움이 된다면 "a"가 괄호 안에 있고 가정되지만 말하지 않은 것으로 가정할 수 있습니다.

컴퓨터 패러다임은 부품을 분리하여 각 부품을 독립적으로 최적화하고 적절하게 냉각할 수 있도록 하는 것입니다. 하지만 랩톱은 마지막 부품과 씨름하는 경향이 있습니다. 모바일 패러다임은 모든 것을 하나의 포괄적인 슈퍼 칩으로 그룹화하는 것입니다. 하나의 칩에 전체 컴퓨터 시스템이 있습니다.

SoC에는 무엇이 포함되어 있습니까?

그것은 실제로 SoC와 그것이 의도한 바에 달려 있습니다. 적어도 하나의 처리 코어를 포함해야 합니다. 이것은 범용 CPU 코어이거나 마이크로컨트롤러 코어 또는 디지털 신호 프로세서와 같은 보다 구체적인 것일 수 있습니다. 일반적으로 SoC에는 여러 개의 처리 코어가 포함되지만 일부 단순한 제품에서는 하나만 사용할 수도 있습니다. SoC에는 칩의 여러 구성 요소를 연결하기 위한 일종의 상호 연결도 포함되어야 합니다. 역사적으로 이것은 공유 버스였지만 현재와 미래의 시스템은 NoC 또는 네트워크 온 칩이라고 하는 보다 강력한 네트워크와 같은 시스템을 지향하고 있습니다.

팁: NoC를 NOC 또는 네트워크 운영 센터와 혼동하지 마십시오.

거의 모든 것이 선택 사항이지만 SoC가 되려면 더 많은 것을 포함해야 합니다. 메모리와 메모리 컨트롤러는 SRAM 캐시와 DRAM의 형태로 칩에 통합될 수 있지만 오프칩 메모리도 사용할 수 있습니다. 스마트폰용 SoC에는 GPU, NPU 및 디지털 신호 프로세서와 같은 다른 유형의 처리 장치가 통합되어 있는 경향이 있습니다.

쿨쿨

왜 SoC를 선택해야 할까요?

일반적으로 SoC는 단일 모놀리식 실리콘 칩입니다. 즉, 최신 패키징 기술은 서로 위에 실리콘 칩을 3D로 쌓을 수 있게 하기 시작했습니다. 이러한 3D 설계는 여전히 단일 칩이라고 하는 경향이 있으며 SoC도 마찬가지입니다. 고유한 칩렛을 사용하는 SoC는 시스템 인 패키지 또는 SIP로 차별화됩니다.

모든 것을 단일 칩에 통합하는 시스템을 설계하는 것은 실리콘의 IP 밀도가 매우 높기 때문에 공간이 제한된 환경에 탁월합니다. 그럼에도 불구하고 공간 문제가 발생합니다. 실리콘 웨이퍼의 결함이 특정 칩에 영향을 미칠 가능성이 높기 때문에 칩이 클수록 수율이 낮은 경향이 있습니다. 많은 처리 능력을 함께 모으는 것은 또한 많은 열 생산이 있을 수 있음을 의미합니다. 이는 안정적인 시스템을 보장하기 위해 타협해야 함을 의미합니다. 이것은 또한 전력 효율성이 핵심인 SoC를 활용하는 많은 배터리 구동식 장치의 전력 요구 사항과 잘 시너지 효과를 발휘합니다.

직접 최종 사용자 장치의 경우 높은 전력 효율과 고성능 사이의 균형을 찾아야 합니다. 이를 위해 대부분의 스마트폰 SoC는 다양한 CPU 코어를 활용하며 그 중 일부는 성능에 맞게 조정되고 다른 일부는 효율성에 맞게 조정됩니다.

단일 칩에 모든 것을 배치함으로써 대기 시간이 최소화되고 더 높은 대역폭을 얻을 수 있습니다. 또한 "케이블"이 짧아지면 신호를 전달하는 데 필요한 전력도 줄어듭니다. 긴밀하게 통합된 칩을 사용하면 잘못될 가능성이 적습니다. 또한 제조 비용에는 칩렛 디자인과 같은 추가 조합 단계에 대한 비용이 포함되지 않습니다.

SoC의 한계

SoC의 가장 큰 단일 제한 사항은 열/전력 밀도입니다. 수동 냉각에 의존해야 하는 스마트폰과 같은 기기는 특히 냉각이 어렵습니다. SoC는 예상되는 열 포락선에 맞게 조정되어야 합니다. 이것은 궁극적으로 스마트폰의 성능 제한 요소입니다. Apple의 자체 설계 실리콘이 적용된 최신 Mac book과 같이 보다 능동적인 냉각 기능이 있는 장치로 확장하면 열을 보다 효율적으로 발산할 수 있으므로 전력 예산을 늘릴 수 있습니다. 따라서 M1 및 M2 칩은 스마트폰 SoC보다 훨씬 더 많은 처리 능력을 제공합니다.

그래도 이것에는 한계가 있습니다. 최신 하이엔드 CPU와 GPU는 이미 엄청나게 뜨겁습니다. 둘 다 하나의 거대한 SoC로 통합할 수는 없습니다. 열 밀도가 너무 높아 냉각이 본질적으로 불가능합니다. 이러한 장치 중 일부는 CPU보다 GPU가 더 많으며 모놀리식 칩에 관한 한 현재 기술의 한계에 도달하고 있습니다. 이것은 이미 칩렛 설계로의 전환이 시작된 것으로 볼 수 있습니다.

칩렛은 설계 비용을 줄이고 수율을 높이면서 여러 가지 면에서 도움이 되지만 칩렛은 여전히 서로 매우 가깝게 패키징되어야 하고 동일한 방열 장비를 공유해야 하므로 열에 큰 영향을 미치지 않습니다. 따라서 SoC가 너무 커지고 다루기 어려워지기 전에 SoC에 집어넣을 수 있는 처리 능력은 제한되어 있으며, 이 시점에서 최신 컴퓨터에서 볼 수 있는 것처럼 구성 요소를 분할하여 더 큰 성능을 달성할 수 있습니다.

즉, 컴퓨터는 천천히 점점 더 많은 기능을 CPU에 통합하고 있습니다. 이렇게 하면 성능상의 이점이 있습니다. 이 프로세스는 너무 멀리 확장되지 않을 것입니다. 대용량 저장 장치, DRAM 및 고급 그래픽은 특히 통합될 가능성이 낮습니다.

결론

SoC는 시스템 온 칩을 의미합니다. Security Operations Center 또는 Systems and Organization Controls를 나타내는 SOC와 혼동하지 마십시오. 컴퓨팅 장치의 대부분의 구성 요소를 단일 실리콘 칩에 직접 통합하는 개념입니다. 칩의 핵심은 CPU이지만 대부분의 다른 구성 요소와 처리 능력도 직접 포함됩니다. SoC 설계 패러다임은 스마트폰 시장에서 매우 성공적이었습니다. 또한 임베디드 장치, IoT 및 기존 마이크로 컨트롤러보다 더 많은 "스마트"를 제공하는 산업 시스템에서 사용됩니다. SoC는 태블릿과 일부 얇고 가벼운 노트북에서도 찾아볼 수 있습니다.

해당 시장을 감안할 때 SoC는 일반적으로 필요에 따라 선택적인 최고 성능으로 전력 효율성을 위해 조정됩니다. 그러나 이것이 ��드시 디자인에 필수적인 것은 아닙니다. 전체 성능은 열 밀도에 의해 제한되며, 이는 분리되기보다는 SoC에 얼마나 많은 기능을 통합해야 하는지에 대한 제한이 있음을 의미합니다.