자일링스의 광범위하고 저렴한 올 프로그래머블 로우-엔드 제품 포트폴리오


소개
비용에 민감한 애플리케이션을 위해 최신 올 프로그래머블(All Programmable) 디바이스는 새로운 차원의 정교하면서도 다양한 요건을 만족해야 한다. 컨수머 및 자동차, 산업 및 의료, 통신 분야의 저가 시스템들은 시리얼 대역폭과 함께 또는 첨단 프로세싱을 위한 프로그래머블 로직 디바이스를 필요로 할 수도 있으며, 혹은 간단하게 브리징 만을 필요로 할 수 있다. 보통 ‘로우-엔드’ 마켓이라는 용어는 디바이스의 비교적 낮은 가격 및 밀도에서 기인하는데, 이러한 플랫폼은 다양한 차원의 통합 및 시스템 성능, 전력을 제공한다. 따라서 비디오 분석이나 패킷 프로세싱과 같은 중요한 작업을 수행할 수도 있고, 혹은 간단하게 시스템 I/O 커넥티비티를 주변기기 디바이스로 확장하는 역할만을 할 수도 있다.

매우 다양한 애플리케이션 요건으로 인해, 단일 프로세스 노드의 단일 로우-엔드 제품은 더 이상 모든 요구에 부합하는 이상적인 제품이라 할 수 없다. 개발자는 글루 로직 기능을 위해 와트당 최상의 성능을 반드시 필요로 하지는 않으며, 시리얼 대역폭이 아닌 첨단 분석이 요구되는 애플리케이션은 사용하지 않는 트랜시버로 인해 비용부담을 초래해서는 안된다. 해당 애플리케이션에 적절한 가치를 제공하기 위해서는 트레이프-오프가 수반되며, 모든 사람에게 모든 것을 제공하는 ‘만물상’ 같은 플랫폼이 될 수는 없다. 

이러한 이유로 자일링스(Xilinx®)는 해당 애플리케이션에 최고의 가치를 제공하는 광범위하고 비용 효율적인 올 프로그래머블 로우-엔드 포트폴리오를 공급한다. 특히 자일링스 스파르탄-6(Spartan®-6) FPGA 제품군은 I/O 최적화 기능을 제공하며, 아틱스-7(Artix®-7) FPGA는 트랜시버 최적화, 그리고 로우-엔드 징크-7000(Zynq®-7000) 올 프로그래머블 SoC(Z-7010, Z-7015 and Z-7020)는 SoC(System-on-Chip) 애플리케이션을 위한 시스템 최적화를 제공한다. 

 
그림 1. 로우-엔드 디바이스를 위한 확장된 애플리케이션 세트

 
그림 2. 각 디바이스 제품군은 타깃 애플리케이션에 적합한 가치를 제공한다.

I/O 최적화를 위한 스파르탄-6 FPGA
I/O 최적화는 가장 간단한 기능으로 간주되지만, 여전히 기능이 뛰어난 플랫폼을 필요로 한다. 로직 브리징은 임베디드 메모리 및 DSP, 그리고 다른 하드와이어드된 블록을 필요로 할 수 있지만, 일반적으로 가장 중요한 요소는 많은 핀 수와 낮은 비용이다. 

삼성의 45nm LP(Low Power) 프로세스에 기반한 스파르탄-6 FPGA 제품군은 업계에서 가장 낮은 비용의 제품으로 보통 인포테인먼트, 컨수머, 산업 자동화를 포함한 일련의 애플리케이션에서 찾아볼 수 있는 중간급의 복잡한 글루 로직 디자인에 이상적으로 적합하다. 

• 최대로직 셀 I/O 비율
• 가장 많은 패키지 공급
• 최소형 폼팩터 패키지 공급
• LVDS로 가장 빠른 병렬 I/O 성능
• 가장 빠른 메모리 인터페이스 전송속도(DDR3 포함)

 
그림 3. 스파르탄-6 FPGA 제품군은 최상의 I/O 및 패키징 기능을 제공한다.

이러한 성능으로 스파르탄-6 FPGA는 칩-투-칩 인터페이스 및 메모리를 위한 타깃 솔루션을 제공하는 반면, 40개 이상의 인터페이스 프로토콜 및 풀 언더슛/오버슛 프로텍션 기능을 갖춘 트루 3.3V I/O 표준을 지원한다. 이를 통해 이 디바이스는 I/O 최적화에 사용이 가능하다. 지원되는 I/O 표준의 일부 리스트는 표 1에 나타내었다. 보다 자세한 지원되는 I/O 표준에 대한 정보는 www.xilinx.com/spartan6에서 확인할 수 있다. 

 
표 1. 스파트란-6 FPGA에서 지원되는 프로토콜(서브-세트)


스파르탄-6 FPGA 제품군은 또한 대부분의 가격에 민감한 시스템에서 요구하는 전력 요건에 적합한 첨단 로직 패브릭을 갖추고 있다. 45nm의 공정 및 아키텍처 혁신을 이용해 스파르탄-6 FPGA는 전력관리 노드(예를 들어, 서스펜드, 하이버네이트, 클럭 정지, 멀티-핀 웨이크-업 등) 및 전압 스케일링 옵션을 포함하여 다양한 전력 효율성을 제공한다. 

트랜시버 최적화를 위한 아틱스-7 FPGA
TSMC의 28nm HPL(High Performance, Low Power) 공정에 기반한 아틱스-7 FPGA 제품군은 업계에서 가장 최적화된 트랜시버와 최저 전력소모, 최고 성능을 제공한다. 이 제품군은 하이 엔드 기능을 필요로 하는 로우-엔드 애플리케이션에 매우 적합하다. 아틱스-7 FPGA 제품군은 거의 모든 성능 및 대역폭 측정에서 업계를 선도하는 로우-엔드 분야의 리더이다.

• 최고 16개의 6.6Gb/s 트랜시버
• 최고의 총 시리얼 대역폭
• 최대 메모리 라인 레이트
• 최대 LVDS I/O 대역폭
• 최고의 신호 처리 대역폭
• 최고의 임베디드 메모리 FMAX
• 최고의 로직 패브릭 성능

로우-엔드 포트폴리오 내에서 아틱스-7 FPGA 제품군의 가장 중요한 차이점은 고성능 및 저전력 트랜시버를 갖추고 있다는 점이다. 6Gb/s 이상의 라인 레이트를 갖춘 업계에서 가장 작고, 가장 빠른 트랜시버 기반 디바이스(10x10mm 패키징으로 공급)라는 점과 더불어, 이 트랜시버는 전송 채널 상에서 신호 왜곡을 보상하는 프리-엠퍼시스 및 CTLE(Continuous Time Linear Equalization)와 같은 첨단 기능을 지원한다. 또한 아틱스-7 FPGA는 신호 무결성을 측정하기 위해 온칩 스코프(2D 아이 스캔)를 제공하는 유일한 로우-엔드 FPGA이다. 방대한 시리얼 처리량(211Gb/s)을 갖추고 있는 아틱스-7 FPGA 제품군은 대역폭에 민감하면서도 중간급의 솔루션을 필요로 하는 애플리케이션에 이상적인 저비용 솔루션이다. 이러한 라인 레이트로 네트워킹 및 무선, 의료 이미징과 같은 애플리케이션은 RXAUI, 6.144 CPRI, JESD204B와 같은 최신 커넥티비티 표준을 지원하는 아틱스-7 FPGA 제품군을 통해 혜택을 얻을 수 있다. 

이 디바이스의 로직 패브릭 및 임베디드 리소스는 ‘로우-엔드 내 하이-엔드 애플리케이션’을 위한 이상적인 전력 및 성능 조합을 제공한다. RAM-대-로직, DSP-대-로직 비율은 동급 제품 중 최고에 해당하며, 대부분의 중간급 제품의 프로세싱 성능과 동일하다. 특히 아틱스-7 FPGA의 DSP 대역폭은 무선 통신 및 휴대용 의료 이미징 기기에 매우 유용하다. 제한적인 전원공급 및 쿨링 리소스는 이러한 애플리케이션의 주요 지수이기 때문에 와트 당 대역폭 효율성은 매우 중요한 역할을 수행한다. 

 
그림 4. 아틱스-7 FPGA 제품군은 모든 영역에서 최상의 대역폭을 제공한다.

시스템 통합 및 최적화를위한 징크(Zynq) 플랫폼
아틱스-7 FPGA 제품군으로 구동되는 애플리케이션들과 달리, 높은 대역폭뿐만 아니라 최상의 시스템 최적화를 제공하기 위해 인텔리전트 프로세싱 및 분석 기능과 같은 다른 형태의 가치를 중시하는 많은 시스템들이 존재한다. 이러한 요건들은 소프트웨어 및 하드웨어, 아날로그, 혼성-신호, 그리고 플랫폼 내부 혹은 외부 디바이스와의 커넥티비티를 포함해 최상의 시스템 통합을 제공하는 프로세서 기반 올 프로그래머블(All Programmable) SoC를 통해 가장 이상적으로 대응할 수 있다. 

이 포트폴리오 내에서 가장 다양한 기능을 가진 디바이스는 아마도 징크-7000(Zynq-7000) 올 프로그래머블 SoC 제품군일 것이다. 이 디바이스는 인텔리전트 운전자 지원기능 및 방송 카메라, 산업용 모터 제어를 비롯한 다른 비전 기반 시스템과 같은 까다로운 프로세서 기반 분석 및 이미징 애플리케이션을 처리할 수 있다. 로우-엔드 징크-7000 올 프로그래머블 SoC(징크 Z-7010, Z-7015, Z-7020)는 아틱스-7 PL(Programmable Logic) 패브릭에 통합된 듀얼 코어 ARM® 코어텍스-A9(Cortex™-A9) 프로세서로 구성된 고속 PS(Processor System)에 기반하고 있다. PS 내의 듀얼 코어 코어텍스-A9은 일관된 가속 애플리케이션에서 중요한 온칩 메모리 및 하드와이어드된 I/O 주변기기 간의 지연을 가능한 가장 낮출 수 있다. 또한 ARM AMBA® AXI 인터페이스는 PL 및 PS 간의 가장 최적화된 인터커넥션이 가능하기 때문에 방대한 FPGA 병렬 프로세싱 및 핵심 알고리즘의 가속이 가능하다. 
 

그림 5. 징크-7000 올 프로그래머블 SoC

로우-엔드 징크-7000올 프로그래머블 SoC(Z-7010, Z-7015, Z-7020)의 다양한 업계 선도적인 장점들은 다음과 같다:

• 가장 빠른 전체 프로세싱 시스템 성능
• 최대, 최고 성능의 메모리 시스템
• 최대 포트폴리오의 IP, 디자인 키트, 레퍼런스 디자인
• 가장 방대한 OS, 미들웨어, 스택 에코시스템
• 최고 수준의 보안(그리고 안정성)

 
그림 6. SoC 최적화 및 시스템 통합에 있어서 징크 플랫폼의 리더쉽

징크 플랫폼의 정수는 시스템 통합 및 최적화이다. 플랫폼이 유연하기 때문에 이러한 통합은 원래의 애플리케이션을 넘어 인접 마켓의 파생 제품에도 영향을 미칠 수 있다. 통합은 그 자체만으로도 비용 및 시스템 성능, 전력에 있어서 긍정적인 후속효과를 낼 수 있다. 예를 들어, 다중 카메라 운전자 지원기능에서, 이 플랫폼은 일반적으로 센싱, 환경 특성, 의사결정 능력을 단일 디바이스에 통합함으로써 BOM 비용을 줄이고, 시스템 전력을 절감하면서도 기존 멀티-칩 솔루션에 비해 성능을 향상시킬 수 있다.

보안 및 안정성은 네트워킹 및 우주항공, 방위 등과 같은 애플리케이션의 시스템 통합에서 매우 중요하며, 산업 및 의료기기에서도 점차 중요해지고 있다. 징크 SoC 제품군은 전체 시스템 상에서 신뢰할 수 있는 정보보증 및 변조방지를 제공한다. 또한 이 프로세서는 사용자 인증(RSA) 및 암호화(AES-256), 데이터 인증(HMAC)을 지원하는 안전한 부팅 동작을 제공한다. 

로우-엔드에서 최상의 가치를 제공
비용에 민감한 애플리케이션은 이에 상응하는 하이-엔드만큼 특화될 수 있다. 로우-엔드에서의 요건은 전체 프로그래머블 디바이스 마켓이 지난 수년 동안 그랬던 것처럼 역동적이고 다분화되고 있다. 따라서 플랫폼 지원은 이러한 수준의 다양성에 부응해야만 한다. 

자일링스는 여러 다양한 마켓에서 요구되는 성능에 최적화된 광범위하고 비용 효율적인 포트폴리오를 제공하고 있다. 로우-엔드의 전통적인 분야인 브리징 애플리케이션은 I/O 커넥티비티 및 풋프린트 요건 측면에서 한계를 넘어서고 있다. 스파르탄-6 FPGA 제품군은 업계 최상의 I/O 최적화를 갖추고 있으며, 지속적으로 이 분야에서 우위를 이어가고 있다. 로우-엔드에서 상대적으로 선도적인 첨단 애플리케이션인 스펙트럼의 경우, 첨단 로직 패브릭 및 시리얼 대역폭 성능이 요구된다. 아틱스-7 FPGA 제품군은 트랜시버 최적화를 제공한다. 마지막으로 지난 수년 동안 불가능할 것으로 여겨졌던 시스템 통합 레벨은 현재 프로세서 중심의 징크-7000 올 프로그래머블 SoC를 통해 현실화되고 있으며, 단일 디바이스에 CPU, ASIC, ASSP, 프로그래머블 로직 기능의 통합이 가능해지고 있다. 결론적으로 스파르탄-6 FPGA, 아틱스-7 FPGA 징크-7000 올 프로그래머블 SoC 제품군은 현 세대의 로우-엔드 및 올 프로그래머블 디자인 이후의 세대를 새롭게 재정립하고 있다.