1. 소개
기존 FPGA 업계의 양대산맥 중 하나인 ALTERA [인텔] (다른 하나는 XILINX [자일링스])를 인수합병하여 인텔이 FPGA사업을 167억 달러로 (당시 한화 약 17조) 품게 되었다. 이는 인텔의 PSG(Programmable Solutions Group)라는 인텔의 새로운 사업부로 운영된다. 최종적으로 인수합병을통해 인텔의 첨단 제품 포트폴리오를 보완하고 고성장 부분인 데이터 센터와 사물 인터넷 (IoT) 시장 부문에서 새로운 종류의 제품을 생산할 수 있도록 뒷받침 해준다.
FPGA 업계를 인수한 이유는 크게 두개라고 생각된다 (개인 생각).
첫째는 인텔 생산 공장인 파운드리의 가동 효율성을 높이는 것이다. 인텔은 기존에 CPU 중심으로 소품종 대량생산을 해왔다. 허나 이러한 생산은 GPU, 고성능 반도체 등 시장 패러다임 전환에 유효한 방식이 아니다. 그러므로 제품 포트폴리오를 늘려 시장을 넓히고 파운드리 가동 효율성을 높이는데 주력하여 FPGA업체 인수합병까지 간 것이다.
둘째, FPGA는 텔레콤, 사물인터넷 (IOT) 시장 및 데이터 센터에서 그 수요가 대폭 늘어나고 있다. 과거에는 CPU를 여러개 사용하는 구조의 기업들이 많았으나, 이제는 전력효율 및 로직 (Logic)을 고려한 최적화 설계를 많이하여 글로벌 기업들이 제품의 성능을 극한으로 끌어올리기 위해 다각도로 노력중이다.
결국, AMD가 XILINX를 인수합병함에 따라 CPU & FPGA 통합 시장이 INTEL과 AMD로 크게 양분되었다고 보면 된다.
2. H/W 제품군
제품군을 나눌때 Logic Element (LE) 단위로 제품군이 나뉘게 된다. (예: 8KLE = 8000 Logic Element)
가. MAX Series (CPLD, FPGA): Lowest Cost & Lowest Power
CPLD는 MAX II, MAX V 가 있으며 FPGA로는 MAX 10이 있다. 2KLE ~ 50KLE 까지 존재한다.
나. Cyclone Series (FPGA): Cost / Power Balance, SOC & Transceivers
II, III, IV, V, 10 버전이 존재하며 자일링스사 (XILINX)의 징크 (Zynq)랑 라이벌이다. ~115KLE 까지 존재한다.
다. Arria Series (FPGA): FPGAs Mid-range FPGAs, SoC & Transceivers
GX, GT, SX, GZ, 10 시리즈 등이 제품군으로 구성되어있으며 LTE & 5G 망에 사용된다. ~600KLE 까지 존재한다.
라. Stratix Series (FPGA): FPGAs Optimized for High Bandwidth
3000만원 ~ 4000만원 이상의 가격을 보여주며 Stratix 10 (14nm 공정) 은 비싼가격으로 우리나라의 몇몇업체 (삼성 등)에서만 사용된다. ~1150KLE 까지 존재한다.
마. ENPIRION (전력 솔루션): PowerSoCs, High-efficiency, Power Management
FPGA, SoC, CPU, ASIC 및 기타 반도체 장치용 고주파, 고효율 전력 관리 장치이다. Intel® Enpirion® PowerSoC 모듈은 성능이나 효율을 그대로 유지하면서 전원 공급 장치를 구축하는데 필요한 거의 모든 구성 요소를 통합하고 있는 DC-DC 강압 변환기이다. 이 제품은 FPGA, ASIC, 프로세서 및 기타 반도체에 대한 가장 까다로운 전력 요구 사항을 충족한다.
바. 2023년도 이후 RoadMap
업계의 사람들은 다 아는 내용이다. 이 글이 나온 시점에는 풀린 자료가 없지만 MESA 시리즈 (Sundance Mesa, Liberty Mesa, Kinneloa Mesa)가 곧 Arria, Stratix, Agilex 를 제외한 모든 구알테라의 FPGA를 대체하여 생산된다. 이는 기존 FPGA를 TSMC 등에 위탁생산하는 방식에서 인텔 자체 공장에서 생산하는 방식으로 바뀌면서 공장 생산에 맞는 제품을 생산하느라 대거 FPGA군이 바뀐것으로 추측된다. 대부분 2024년도부터 적용이며 2023년도 상반기에 그 RoadMap이 상세히 나올 것으로 추측된다. 또한 이제는 CPLD는 안하고 Memory가 들어간 FPGA만 할 것으로 예측된다.
3. S/W 제품군
가. Nios II (FPGA에 내장 시킬 수 있는 프로세서)
Nios II는 Altera FPGA 제품의 32비트 임베디드 프로세서 아키텍쳐이다 (이전버전인 Nios는 16비트).
이전버전과 다르게 하드웨어와 소프트웨어를 별도의 단계로 관리 가능하다.
하드웨어는 Qsys 라는 GUI를 통해 I/O 블록 (타이머, 메모리 컨트롤러, 직렬 인터페이스 등) 또는 기능을 추가 제거 할 수 있다.
소프트웨어는 Embedded Design Suite (EDS)라고 하는 별도의 패키지가 개발을 관리한다.
Eclipse IDE를 기반이며 GNU 툴체인 기반인 C/C++ 컴파일러가 존재하며 디버거 및 명령어 세트 시뮬레이터가 있다.
EDS를 통해 시뮬레이션에서 애플리케이션을 테스트하거나 실제 FPGA 호스트에서 컴파일된 애플리케이션을 다운로드하여 실행할 수 있다.
C/C++ 개발 체인은 GCC를 기반으로 하기 때문에 대부분의 Linux용 오픈 소스 소프트웨어는 최소한의 수정 또는 수정 없이 컴파일 및 실행된다.
나. ARM사의 Hardware와 SoC를 하기 위해 지원 가능한 S/W
Altera의 SoC Chip은 ARM사의 Cortex-A Series 등에서 사용되는 Hard Processor system (HPS)를 통합한다. 이를 통해 FPGA의 인터페이스 표준 및 프로토콜 지원 등이 가능하므로 SoC FPGA 기반 시스템을 위한 소프트웨어 개발이 쉽다. 무슨 말인지는 아래 여러 그림을 보면 이해하기 쉽다.
*HPS란? ARM processor, On-chip memories, SDRAM, interconnect, Support and interface peripherals로 구성된 hard logic microprocessor unit (MPU)입니다. 이는 SoC 설계의 소프트웨어 부분을 실행하는데 사용된다. 이때 FPGA는 AXI 등의 프로토콜로 HPS와 데이터를 주고받고 SoC 설계를 위한 하드웨어 프로토타입에 사용된다.
다. QUARTUS (기존 Quartus II에서 Intel Quartus Prime으로 이름 변경)
설계 항목 및 합성에서 최적화, 검증 및 시뮬레이션에 이르기까지 FPGA, SoC 및 CPLD를 설계하는 데 필요한 모든 것이 포함된다.
1) QUARTUS II
- Web Edition
- Subscription Edition
2) Intel QUARTUS Prime Design Software
- Lite Edition (LE, 구 Web Edition): Max, Cyclone 5등에서만 가능하며 유료 IP도 못쓰는 제약사항이 있음
- Standard Edition (SE, 구 Subscription Edition)
- Pro Edition (PE, 구 Subscription Edition): Arria 10, Startix 10에서 쓰임, SoC와 FPGA 고급 기능 추가됨.
라. DSP Builder
FPGA DSP (Digital Signal Processing) 빌더는 MathWorks Simulink* 환경에서 FPGA로 직접 DSP 알고리즘의 HDL(Hardware Description Language) 생성을 가능하게 하는 DSP 설계 도구이다 .
Simulink - Simulation and Model-Based Design
Simulink is a block diagram environment for Model-Based Design. It supports simulation, automatic code generation, and continuous testing of embedded systems.
www.mathworks.com
이 도구는 MATLAB 함수 및 Simulink 모델에서 합성 가능한 VHDL/Verilog 코드를 생성한다. 생성된 Register Transfer Level (RTL) 코드는 FPGA 프로그래밍에 사용할 수 있습니다. FPGA DSP Builder는 레이더 설계, 무선 및 유선 통신 설계, 의료 영상 및 모터 제어 애플리케이션등에 사용된다.
※참고자료: 나무위키, 인텔, 구글링 등
※본 게시물 속 컨텐츠은 학습 내용 공유를 목적으로 게시물은 개인 공부 목적 및 지식 간단 전파목적으로 사용되었음을 명시함. 책 및 인터넷 검색을 참고자료로 하여 실습 및 학습을 한 내용을 올림. 참고한 책 및 인터넷 검색물의 저작권을 존중하므로 책 및 인터넷 저작물의 일부 또는 전부를 무단 복제 및 무단 전재 및 재배포하지 않음(일부라 함은 30%이하의 내용 중복은 불포함[30%이하는 다른 저작물로 간주]). 또한 책 또는 매체를 구매하지 않고는 정확한 내용을 알 수 없으며 개인이 따로 공부한 내용도 추가 되어 책과는 내용이 매우 상이할 수 있음.즉 본 게시물 작성자는 이 게시물을 읽는 모든 사람들이 책을 구매거나 인터넷 검색을 더하여 지식을 같이 나누었으면 좋겠음. 추후 문제시 아래의 메일로 연락바람. myksh0316@gmail.com