자일링스(Xilinx)는 30주년을 넘어 성장해 오면서 3,500개의 특허와 6,500개의 업계 최초 기록을 세웠으며, 이는 같은 기간 장족의 발전을 거듭해온 자동차 기술의 행보와도 맥을 같이하고 있다. 엔터테인먼트에서 엔진 제어에 이르기까지 거의 모든 차량의 시스템에 마이크로프로세서가 도입된 것을 비롯해 전자기술의 혁명만큼 자동차 시장을 변화시킨 것은 없다. 또한 소프트웨어 프로그래머빌리티는 운전자 및 승객들의 사용 만족도를 대폭 향상시킬 수 있도록 자동차의 성능 발전을 가속화시켰다. 
수백만 개에 이르는 소프트웨어 코드 라인이 수많은 자동차 시스템에서 일반화됨에 따라, 차세대 발전 동력으로 프로그래머블 전자 플랫폼이 부상하고 있다. 이 차세대 첨단주자는 안전과 풍부한 정보, 생산성, 엔터테인먼트를 제공할 수 있도록 차량의 외부 세계나 이용자와 직관적으로 통신하고, 보고, 이해하고, 반응할 수 있는 커넥티드 카(Connected Car)에 대한 요구로부터 시작되었다. 

이러한 대변화의 단계에서 요구되는 시스템 유연성 및 프로세싱 처리량은 사실상 기존의 소프트웨어 프로그래머블 임베디드 프로세서로 달성할 수 있는 수준을 넘어서고 있다. 시스템 하드웨어 최적화 및 다이나믹 컨피규레이션은 시스템 디자이너들이 소프트웨어 영역을 당연한 일로 받아들이는 것처럼, 손쉽게 달성할 수 있게 되면서 고정형 하드웨어 프로세서나 애플리케이션에 특화된 디바이스는 올 프로그래머블(All Programmable) 디바이스나 시스템을 능가할 수 없게 되었다. 믿기지 않을 수도 있지만, 어셈블리 언어로 프로그램된 초반의 8bit 컨트롤러는 백만 라인의 임베디드 코드가 그러했다. 

자일링스는 인포테인먼트, 운전자 정보 시스템, ADAS (Advanced Driver Assistance Systems) 등 차세대 오토모티브 전자 시스템을 실현하는데 필요한 애플리케이션 솔루션을 비롯해 올 프로그래머블 디바이스와 SoC, 디자인 툴 등을 파트너들과 함께 새롭게 혁신하고, 개발해 나감으로써 이러한 새로운 도전의 선두에 서 있다. 우리는 지금 미래의 오토모티브 전자시대로 나아가고 있다.

XA 징크-7000 올 프로그래머블 SoC 

XA 징크-7000(Zynq-7000) 올 프로그래머블(All Programmable) SoC는 기능 가속을 위해 최적의 하드웨어 및 소프트웨어 분할을 통해 동종의 소프트웨어 기반 아키텍처를 지원한다. 이 디바이스는 ARM짋 Cortex짋-A9 코어 기반의 시리얼 프로세싱과 프로그래머블 로직 상의 병렬 프로세싱을 모두 지원함으로써 기존 멀티-칩 솔루션에 비해 전체 시스템 성능을 130% 이상 향상시킨다. XA Zynq-7000 올 프로그래머블 SoC는 프로세싱 시스템과 프로그래머블 로직 간의 3000 이상의 고대역, 저지연 특성을 갖는 인터커넥트를 통해 멀티-칩 시스템의 대역폭 성능을 훨씬 뛰어넘는 엄청난 양의 데이터 처리가 가능하다.


오토모티브 전용 제품라인

자일링스는 자동차 품질조건에 완벽하게 부합하는 가장 광범위한 FPGA 및 올 프로그래머블 SoC 제품 라인을 마켓에 공급하고 있다. 자일링스는 지난 2004년에 다양한 로직 사이즈 및 패키지, 확장된 온도 등급을 기반으로 XA (Xilinx Automotive) 프로그램을 시작했으며, 세계 선도적인 오토모티브-등급 프로그래머블 로직 디바이스 공급업체가 되었다. XA 제품 라인의 유연성 및 확장성은 자일링스 고객들이 보다 뛰어난 제품의 차별화 및 혁신 요건에 부합할 수 있는 맞춤형 플랫폼을 개발할 수 있도록 해준다. 자일링스는 최근 XA 제품라인에 징크-7000 올 프로그래머블 SoC를 추가함으로써 오토모티브 애플리케이션에서 가장 빠르게 성장하고 있는 분야 중 하나인 ADAS (Advanced Driver Assistance Systems) 시스템의 기술적, 비즈니스적 문제를 모두 해결할 수 있는 최초의 하드웨어 및 소프트웨어 프로그래머블 디바이스로 다시 한번 자동차용 반도체 업계의 혁신을 주도하고 있다. 
이러한 오토모티브-등급 디바이스는 단일 모놀리식 칩 상에 하드웨어 가속을 위한 DSP 블록과 프로그래머블 로직, 그리고 하드와이어드 듀얼-코어 ARM 프로세싱 시스템을 모두 통합한 고집적 아키텍처를 통해 향상된 시스템 성능을 제공한다. 오토모티브 마켓은 보다 높은 대역폭과 성능에 대한 끊임없는 요구와 더불어, 프로그래머블 속성도 필수 요소로 자리잡아가고 있으며, 자일링스는 XA 제품라인을 통해 지속적으로 이를 주도해 나가고 있다. 

AEC-Q100 인증 그 이상

자일링스는 오토모티브 AEC-Q100 인증 표준에 따른 테스트를 통해 XA 프로그램을 시작했다. 하지만 이 표준은 기준에 불과하며, 대다수의 오토모티브 공급업체 및 OEM 자동차 제조업체들은 이를 넘어서는 추가적인 테스트를 요구한다. 자일링스는 습득된 지식을 기반으로 90nm XA 스파르탄-3A(Spartan-3A) 제품군부터 AEC-Q100 인증을 넘어서는 테스트를 만들고 적용하기 시작했다. 전세계의 고객들로부터 오토모티브 업계의 엄격한 테스트 요건을 수렴하여 자일링스는 수많은 AEC-Q100 테스트 항목 요건의 두 배에 달하는 세계 최상의 자체적인 반도체 디바이스 품질 표준을 만들었으며, 이를 통해 고품질의 견고한 XA 제품을 오토모티브 마켓에 공급할 수 있게 되었다. 

XA 스파르탄-6 FPGA 제품군

XA 스파르탄-6 제품군은 최적의 비용, 전력, 성능 밸런스를 제공하기 위해 개발되었다. 스파르탄-6 LX FPGA는 로직, DSP 슬라이스, 메모리에 대해 비용에 최적화되었으며, 스파르탄-6 LXT FPGA는 임베디드 3.125Gbps 저전력 시리얼 트랜시버와 함께 고속 시리얼 커넥티비티를 위한 PCIe 인터페이스 코어를 포함하고 있다. 동일한 패키지에 다양한 밀도를 제공함으로써 오토모티브 티어 1 디자이너들은 OED 차량 플랫폼 요구에 적합한 크기의 FPGA 디바이스를 선택할 수 있다. 


자일링스 징크 올 프로그래머블 SoC 소개

XA 징크-7000 올 프로그래머블 SoC는 단일 칩 상에 시리얼 애플리케이션 프로세싱 및 시스템 제어를 위한 듀얼 코어 ARM Cortex-A9 프로세서 시스템을 비롯해 고속 프로그래머블 I/O, 중요한 디자인 컴포넌트의 하드웨어 가속을 위한 DSP 블록, 그리고 프로그래머블 로직을 통합한 고집적 디바이스로, 전례 없는 탁월한 디자인 유연성을 자랑한다. 프로그래머블 기능을 갖춘 이 아키텍처는 완벽한 IP 제어를 통해 최종 제품의 차별화가 가능하고, 특히 ADAS처럼 새롭게 부상하는 애플리케이션 분야에서 시스템 디자이너가 지속적으로 변화하는 기능 요건을 처리할 수 있도록 도와준다.
이러한 고집적 디바이스의 엄청난 프로세싱 파워는 전통적으로 FPGA(이미지 캡처, 픽셀-레벨 프로세싱) 또는 DSP(객체 프로세싱), 마이크로컨트롤러(프레임-레벨 프로세싱 및 의사결정, 통신)를 활용하는 운전자 지원시스템에서 이를 하나의 XA 징크 올 프로그래머블 SoC 디바이스로 대체할 수 있도록 해주며, 전반적인 시스템 전력소모를 줄이고, 시스템 BOM(Bill of Material) 비용을 절감하고, 시스템 디자인 복잡성을 낮출 수 있다.

XA 아틱스-7 FPGA 제품군

아틱스-7(Artix-7)은 저전력, 고성능 FPGA 디바이스 제품군으로 소형 패키지로 제공된다. 35k 로직 셀에서 100k 로직 셀까지 제공되며, 최고 비율의 BRAM 및 DSP 블록이 XA 제품라인에서 제공된다. 또한 아날로그 혼성 신호 및 PCIe Gen 2와 같은 최신 시리얼 인터페이스 표준을 위한 6.25Gbps 트랜시버가 통합되어 있다. 아틱스-7 FPGA는 고성능을 요구하는 주요 오토모티브 애플리케이션에 적합하다. 비바도 디자인 수트(Vivado짋 Design Suite)의 향상된 생산성과 툴 기반 클럭 게이팅과 같은 디자인 최적화 기법은 전체 전력소모를 XA 스파르탄-6 대비 50%까지 줄일 수 있다. 

부분 리컨피규레이션(Partial Reconfiguration)

리컨피규러블 FPGA 기술은 수정된 디자인으로 다시 재구성할 필요 없이 현장에서 프로그래밍 또는 재프로그래밍할 수 있는 유연성을 제공한다. 부분 리컨피규레이션(Partial Reconfiguration)은 이러한 유연성을 한 단계 더 진보시킨 것으로, 부분 컨피규레이션 파일을 로딩하여 액티브 디자인 내에서 동적인 모듈 변경이 가능하다. 장점은 정해진 기능들을 보다 작은 사이즈의 디바이스에 구현이 가능하고, 애플리케이션에서 이용할 수 있는 알고리즘이나 프로토콜 선택이 자유롭고, 비용 및 전력소모를 절감할 수 있도록 디자인 보안 측면에서 새로운 기법을 이용할 수 있다. 

신속한 알고리즘 구현

올 프로그래머블 추상화(All Programmable Abstractions)는 매스웍스(Mathworks짋)나 NI(National Instruments)와 같은 얼라이언스 회원사들의 시스템 모델링 환경에서 시스템 엔지니어들이 개발단계 초기에 하드웨어/소프트웨어 파티셔닝을 통해 시스템 성능을 최적화할 수 있도록 올 프로그래머블 FPGA나 SoC 상에서 해당 알고리즘의 실행 가능성 및 성능을 평가할 수 있도록 해준다. 이러한 추상화는 실제 신호나 비디오, 네트워크와 연결되어 있는 애플리케이션에 특화된 하드웨어 플랫폼 상에 신속한 알고리즘 구현을 자동화할 수 있다. 
모델 기반 디자인을 위해 매스웍스는 소프트웨어 개발자 및 하드웨어 디자인 엔지니어들이 MATLABTM 및 SimulinkTM 내에서 해당 알고리즘을 생성 및 모델링하고, 소프트웨어와 하드웨어 간의 디자인을 파티셔닝하고, 징크-7000 올 프로그래머블 SoC 디바이스를 위한 자일링스의 타깃 디자인 플랫폼 상에 자동으로 이 모델을 타깃, 통합, 디버그, 테스트할 수 있는 새로운 가이드 작업 플로우를 발표했다.
이 새로운 플로우는 사용자들이 소프트웨어 및 하드웨어 모듈에 알고리즘을 파티셔닝한 다음, MathWorks Embedded Coder로 ARM 프로세서 기반 징크 올 프로그래머블 SoC를 위한 C 코드와 MathWorks HDL Coder 또는 자일링스의 System Generator를 이용해 프로그래머블 로직을 위한 RTL 코드를 생성할 수 있도록 해준다.


비바도 IPI(IP Integrator)

또한 비바도 디자인 수트는 새로운 IPI(IP Integrator) 툴을 통해 지능형 IP 통합 기능을 제공한다. 비바도 IPI는 그래픽, Tcl 기반으로, 자동오류제거(Correct by-Construction), IP 및 시스템 중심의 디자인 개발 플로우를 제공한다. 이러한 통합 환경은 하드웨어 보드 주변기기 통합을 간소화하도록 플랫폼을 인지할 수 있고, 시스템 대역폭을 극대화할 수 있도록 디바이스를 인지할 수 있다. 



비바도 HLS(High-Level Synthesis)로 C - 기반 IP 생성

오늘날 ADAS와 같은 애플리케이션에 사용되는 첨단 알고리즘들은 이전보다 훨씬 복잡해졌다. 이러한 알고리즘을 모델링하기 위해 대부분의 디자인 팀은 C/C++나 SystemC에 의존하고 있는데, 이는 RTL 기반 시뮬레이션에 비해 순수한 시뮬레이션 성능을 얻을 수 있고, 프로세스를 최고 1천 배까지 가속할 수 있기 때문이다. 문제는 이러한 알고리즘을 하드웨어 구현을 위해 RTL로 다시 코딩해야 한다는 것인데, 이는 상당한 시간이 소모되고 오류가 발생하기도 쉽다. 
비바도 HLS(High-level Synthesis)를 통한 C-기반 IP 생성은 수동으로 RTL을 생성할 필요없이 자일링스 올 프로그래머블 디바이스에 이 C 사양을 직접 타깃할 수 있어 이러한 프로세스를 엄청나게 단축시킬 수 있다. 비바도 HLS는 비바도 디자인수트, 시스템 에디션에 포함되어 있다.



SDAccelTM 개발 환경

시스템 및 소프트웨어 엔지니어를 위한 SDxTM 개발 환경 제품군 중 하나인 SDAccel 개발환경은 고객들이 FPGA 디자인 시 와트당 성능(성능/와트)을 최고 25배까지 향상시킬 수 있도록 해준다. 이는 업계 최초의 아키텍처적으로 최적화 컴파일러로, OpenCL, C, C++ 커널의 어떠한 조합도 지원하는 것은 물론, 라이브러리와 개발 보드, 그리고 FPGA를 위한 최초의 완벽한 CPU/GPU와 동일한 개발 및 런타임 환경을 지원한다. 
이 IDE(Integrated Design Environment)는 코딩 탬플릿 및 소프트웨어 라이브러리를 제공하며, x86 상의 에뮬레이션을 비롯해 모든 범주의 개발 타깃에 대한 컴파일, 디버깅, 프로파일링은 물론, 고속 시뮬레이션을 이용한 성능 검증, FPGA 프로세서 상에서의 네이티브 실행(Native Execution)이 가능하다. 


올 프로그래머블 추상화

올 프로그래머블 추상화는 자일링스와 얼라이언스 회원사들의 에코시스템을 통한 일련의 디자인 플로우 추상화다. 이는 제품 개발을 가속화하고, 개발자들이 맞춤형 하드웨어 가속기를 사용할 수 있도록 해주며, 시스템 엔지니어들이 하드웨어 및 소프트웨어 성능을 최적화할 수 있도록 지원한다. 올 프로그래머블 추상화는 기존의 RTL 디자인 방법론의 차원을 뛰어넘어 올 프로그래머블 FPGA 및 SoC에 모든 측면의 시스템 개발 및 알고리즘 개발을 자동화할 수 있도록 해준다.



ADAS를 위한 자일링스 솔루션

XA FPGA 제품군 및 올 프로그래머블 SoC는 완벽하게 차별화된 ADAS 시스템을 개발할 수 있도록 해준다. 분산형 스마트 센서에서 중앙집중형 다중-센서 융합 시스템에 이르기까지 개발자들은 특정 프로세싱 요건 및 비용 목표에 부합하는 디바이스를 폭넓게 선택할 수 있다. 
자일링스의 FPGA 패브릭은 가장 복잡하고 까다로운 연산 기능을 위해 맞춤형 하드웨어 가속 기능을 지원하며, 하드와이어드 ARM 또는 소프트코어 마이크로블레이즈(MicroBlaze) CPU는 직렬처리에 더 적합한 기능들을 소프트웨어로 구현할 수 있도록 해준다. 징크 SoC의 올 프로그래머블 특성은 ADAS 개발자들에게 최상의 하드웨어/소프트웨어 파티셔닝 유연성을 제공하기 때문에 각 플랫폼 디자인에 적합한 최적의 솔루션을 구현할 수 있다. 
또한 고유의 기능성 세이프티(Functional Safety) 아키텍처 컨피규레이션과 결합된 다양한 네트워킹 커넥티비티 옵션은 현재와 미래의 ADAS 모듈에 자일링스 디바이스의 적용을 이끄는 주요 요인이 되고 있다.


전방 카메라



로직 에디션(Logic Edition) 자일링스 징크 올 프로그래머블 SoC 디바이스는 최신 전방 카메라 ADAS 시스템 요건에 매우 적합하다. 이러한 애플리케이션의 다양한 기능들은 단일 카메라 비디오 시퀀스에 따른 복잡한 이미지 분석에 기반하고 있다. 보행자 감지를 위한 분류 프로세스에서 교통표지 인지를 위한 패턴 인식에 이르기까지 각 기능을 지원하기 위해서는 각기 다른 분석 방법이 필요하다. 핵심 과제는 각 기능을 동시에 실시간으로 프로세싱 해야 한다는 것이다.
징크 올 프로그래머블 SoC와 내부의 프로그래머블 로직은 하드웨어 가속 지원으로 개발자들이 연산의 대부분을 수행하는 독립적이고 동시다발적인 프로세싱 경로를 생성할 수 있도록 해준다. 또한 고대역폭 인터커넥트는 다중-코어 Cortex A9이 하드웨어 가속기와 데이터를 교환하고, 멀티스레드 애플리케이션을 실행할 수 있도록 해주며, 소프트웨어 측면에서 각 기능의 기능성을 완성시켜준다. 
시스템에 스테레오 프로세싱이나 이에 상응하는 기능을 추가하기 위해 두 번째 카메라를 포함시키는 경우 부가적인 프로세싱 파워가 필요하다. 다행히도, 다른 분석 기능 프로세싱에 영향을 미치지 않고 복잡한 스테레오 조정 및 연산 격차를 처리할 수 있는 독립적인 하드웨어 프로세싱 경로를 생성할 수 있다. 


다중-센서 융합 시스템



자동차 제조업체들이 자동화된 자율 운전 시스템을 추가하면서 중앙집중형 다중-센서 융합 모듈이 고려되고 있다. 징크 올 프로그래머블 SoC는 이러한 ADAS 분야에도 혜택을 제공한다. 커넥티비티 유연성은 개발자들이 최신 스마트 센서 인터페이스 및 네트워크를 활용할 수 있도록 해준다. 이더넷을 비롯해 MIPI, CAN, 다양한 LVDS/SERDES 옵션을 징크 올 프로그래머블 SoC 상에서 적용할 수 있다.
방대한 대역폭의 정보를 처리하기 위해, 맞춤형 하드웨어 기반 인터페이스와 프론트-엔드 프로세싱이 하드와이어드 DDR 컨트롤러와 직접 액세스할 수 있도록 독립적인 AXI 포트와 결합되어 있다. 또한 두 번째 외부 메모리 컨트롤러를 패브릭에 추가할 수 있으며, 이는 개발자들에게 확장 가능한 융합 플랫폼을 제공한다.
여러 기능을 위한 독립적인 하드웨어 프로세싱 채널을 생성할 수 있는 능력은 개발자들이 차량용 기능 번들을 생성할 수 있도록 해주는 핵심 요소이다. 또한 각 프로세싱 체인을 완벽하게 커스터마이징할 수 있기 때문에 고객들은 경쟁사와는 다르게 ADAS 시스템 성능을 차별화할 수 있다. 

레이더 센서 프로세싱



효과적인 ADAS 시스템을 개발하기 위해서는 이전에 구현했던 것보다 더 높은 충실도로 차량의 운전 환경에 대한 특성화가 필요하다. 이러한 기술적 과제와 더불어 시스템 개발 비용 절감이라는 압박도 함께 수반된다. 
한 가지 방법은 원거리에서 요구되는 감지 민감도는 물론, 넓은 시야각으로 근거리에서 요구되는 고해상 공간식별을 제공하는 더 많은 다중-모드 레이더 센서를 만드는 것이다. 이러한 센서를 만들기 위해서는 복잡한 안테나 구조와 어댑티브 프론트-엔드 RF 전자장치, 그리고 강력한 백-엔드 디지털 프로세싱을 모두 겸비해야 한다. 이러한 타입의 센서 아키텍처를 위해서는 근본적으로 징크 올 프로그래머블 SoC가 적합하다. 
징크 올 프로그래머블 SoC는 고도의 실시간 프로그래머블 스트리밍 FFT와 로컬 메모리의 다채널 데이터 버퍼, 이후 프레임 기반 다차원 FFT 프로세싱을 위해 고대역폭 메모리 포트에서 처리된 Stage 1 데이터 저장 등을 제공한다. 또한 객체 감지 및 객체 추적 기능은 하드웨어로 가속이 가능하다. 전체 프로세싱 체인은 센서 성능을 극대화하고, 시스템 지연을 최소화할 수 있도록 독립된 하드웨어 프로세싱 블록과 파이프라인이 가능하다. 한편 고유의 RF 및 안테나 제어 기능은 운전 조건에 따라 센서의 어댑티브 성능을 자동으로 처리할 수 있다. 

미래와의 연결

준자율 운전자 지원, C2X(Car-to-X) 통신 또는 첨단 유저 인터페이스와 같은 차세대 자동차의 대부분의 새로운 기능은 분산형 구조로, 서로 다른 ECU를 활용한다. 이러한 경향은 차량의 네트워크 아키텍처와 필요한 대역폭에 있어서 상당한 변화를 초래하고 있다. 또한 태블릿이나 스마트폰과 같은 컨수머 기기와의 커넥티비티 및 텔레매틱스는 향상된 보안요건과 더불어, 새로운 외부 통신 표준을 필요로 한다.
자일링스 XA FPGA는 강력한 보안기능과 함께 고대역폭 및 저지연 통신에 적합한 성능을 제공한다. 이러한 디바이스는 새로운 통신 표준을 신속하게 적용할 수 있는 유연성을 갖추고 있으며, BOM 비용과 PCB 공간 사용을 최소화할 수 있도록 통합을 극대화할 수 있다. 



컴패니언 칩(Companion Chip) 디자인 플랫폼

자일링스 XA FPGA는 고대역폭 및 프로그래머블 I/O를 모두 겸비하고 있다. 이는 단일 FPGA 상의 호스트 프로세서 주변에 다중 브리지 솔루션을 구현할 수 있는 성능 및 유연성, 확장성을 제공한다. 동일한 패키지를 갖는 다양한 사이즈 디바이스 간의 핀 호환을 통해, 디자인은 BOM 비용 및 전력을 줄이기 위한 다양한 ECU 변형에 대해 최적화 될 수 있다.
자일링스의 오토모티브 컴패니언 칩 디자인 플랫폼(Automotive Companion Chip Platform)은 유연한 인터페이스를 제공하며, 여러 호스트 프로세서를 보완할 수 있도록 최적화되어 있다. 또한 IP 및 소프트웨어 포트폴리오가 풍부하게 제공되기 때문에 최소한의 개발 노력만으로도 시스템 인터페이스 및 주변기기 또는 프로세싱을 신속하게 확장할 수 있다. 다양한 범용 호스트 프로세서 인터페이스가 지원되며, 호스트 기능 및 전반적인 대역폭 요건에 따라 빠르게 변경이 가능하다.