글로벌프레스 주최로 지난 4월 23일부터 26일까지 미국 캘리포니아 주 산타크루즈에서 「Globalpress Electronics Summit 2012」가 개최됐다. 이 자리에서 3D 패키지 기술을 적용한 FPGA 기술에 대응하고 있는 알테라의 제프 워터(Jeff Waters) 수석부사장과, 아날로그 및 RF 설계의 검증 과제에 대한 해결책을 제시하고 있는 버클리 디자인 오토메이션(Berkeley Design Automation, BDA) 사의 라비 수브라마니안(Ravi Subramanian) 최고경영자(CEO)와 단독 인터뷰를 가졌다.
제프 워터(Jeff Waters) 알테라 수석 부사장
3D FPGA, 실리콘 컨버전스 진입의 길 열어
FPGA는 지금껏 ASIC의 보완제 정도로 인식돼 왔던 게 사실이다. 그러나 세기가 바뀌면서 시장에 변화의 바람이 불기 시작하는가 싶더니, 2008년을 전후하여 티핑 포인트(tipping point)가 나타나기 시작했다. 이제는 기존의 역할과 함께 대체제가 ASIC 업계를 긴장시키고 있다.
현재 알테라가 개발하고 있는 3D 패키지는 실리콘 재료를 사용한 인터포저 위에 FPGA 등 여러 개의 다이를 단일 패키지에 집적한 구조이다. 각 다이는 실리콘 인터포저를 통해 신호를 전달하거나 패키지 단자에 연결하는 구조다. 여러 개의 다이를 수직으로 적층하여 구현하는 3차원 기술과 구별해, 2.5D라고 표현하기도 한다. 최대 라이벌인 자일링스는 ‘스택 실리콘 인터커넥트’라는 실리콘 인터포저를 사용하는 2.5D 패키지를 발표했다. 자일링스는 이미 이 기술을 28 nm 세대의 최신 FPGA에 적용해 엔지니어링 샘플 제품을 출시했다. 그러나 자일링스는 동일 종류의 FPGA 다이를 여러 개 결합시키는 호모지니어스(homogeneous) 구성을 채용해 단일 다이에서는 실현할 수 없는 대규모의 로직 셀을 제공하는데 주안점을 두고 있다. 이에 반해 알테라는 헤테로지니어(heterogeneous) 구성으로 목적에 차이를 보이고 있다.
알테라는 자사의 FPGA 칩 제조를 의탁하고 있는 TSMC의 ‘CoWoS (Chip on Wafer on Substrate)’ 기술을 이용해 3D 디바이스를 개발하고 있다. 이것은 인터포저용 실리콘 웨이퍼에 배선을 만들어 넣은 후, 웨이퍼 상의 각 인터포저 영역에 여러 베어칩을 본딩한 후 절단(다이싱)하는 방법이다. 반면, 자일링스는 인터포저의 배선을 형성한 웨이퍼를 먼저 절단한 후 각 인터포저에 베어칩을 본딩하는 방법을 사용한다. 이와 관련, 제프 워터 수석부사장은 “인터포저가 되는 웨이퍼는 매우 얇다. 따라서, 절단 후 본딩 열처리를 하는 기술은 기판에 왜곡이 생기기 쉽고 수율 저하를 초래하게 된다”고 지적했다.
알테라는 이미 CoWos 기술을 적용한 헤테로지니어스 구성의 테스트용 디바이스를 TSMC와 공동 개발했다. 또한 벨기에 연구기관인 IMEC와도 제휴해 3D 기술을 개발하고 있다.
다음은 제프 워터 수석 부사장과의 일문일답이다.
FPGA에 새로운 공정을 적용할 때마다 나오는 얘기 중 하나가 ASIC과의 시장 주도권 경쟁인데, 이번 28 nm 공정을 이용한 제품 생산은 어떤 의미를 부여할 수 있는가?
전통적으로 ASIC은 대량 생산 애플리케이션에 강세를 보여 왔지만 점차 위력을 잃어 가고 있다. 일반적으로 ASIC은 크기와 비용면에서 장점을 보유하고 있었지만 진보된 공정 노드에서는 마스크를 위한 선행투자 비용이 1천만 달러, 혹은 그 이상이다. 이런 점에 비추어 FPGA가 시장에서 상당한 경쟁력을 갖게 되었으며, 2006년과 2008년 사이에 ASIC과 FPGA를 사용하는 비용이 3:1이 되었다. 현재 FPGA 기반의 디자인이 ASIC 디자인의 2배 이상으로 성장했으며, 이는 ASIC이 엄청난 물량이 아니고서는 가격적인 경쟁력을 갖추기가 더욱 어렵게 됐다는 것을 의미한다.
28 nm 공정을 사용함으로써 크게 달라진 것과 사용자들이 기대할 수 있는 효과는 무엇인가?
3D FPGA는 실리콘 컨버전스(silicon convergence) 시대를 열어가고 있다. 즉 ASIC, ASSP, DSP, MPU는 물론 심지어 다른 회사의 FPGA까지 통합할 수 있다. 그렇게 함으로써 전력을 최소화함은 물론, 크기도 축소할 수 있으며 더 나아가 시스템 성능을 개선하고 BOM(bill of material) 비용을 낮출 수 있다.
‘실리콘 컨버전스’, 이번 제품 기술에 있어서 중요한 부분이라는 생각이 든다. 어떠한 특징과 장점을 가지고 있는가?
오늘날 내장형 DSP가 있는 프로세서는 전력 효율을 제외하고 모든 면에서 ASIC보다 장점을 지니고 있다. 그러나, 약점으로 지적됐던 전력 분야도 다른 종류의 프로세서 코어, DSP, ASSP를 추가함으로써 커다란 개선 효과를 보고 있다. 코어와 FPGA 바로 위에 하드웨어 프로세서나 DSP를 추가함으로써 이기종의 FPGA는 모든 영역에서 ASIC을 앞서고 있다. 이것이 우리가 ‘실리콘 컨버전스’라고 부르는 기술을 통해 이뤄낸 성과다.
기능의 고집적화로 야기될 수 있는 문제를 해결하기 위해 주목해야 할 부분이 있다면.
FPGA 실리콘 컨버전스로 가는데 주요한 도전은 소프트웨어다. 하나의 칩에 DSP, ASIC, ASSP를 모두 포함하는 혼성 시스템 FPGA로 가기 위한 통합된 소프트웨어의 프로그래밍 문제점은 다른 여러 종류로 이루어진 모든 블록에 도달할 수 있는 새로운 프로그래밍 환경을 필요로 한다. 여기서 언급된 것 외에도 서로 다른 애플리케이션 코어가 무수히 많으며, 여기에 모두 도달하기란 결코 쉬운 일이 아니다.
알테라는 TSMC와 지속적인 협력 관계를 유지하고 있다. 앞으로도 그 관계는 변함이 없겠는가?
알테라는 28 nm 미만의 공정을 이용한 비즈니스 모델을 구현하는 데도 오랜 기간 파트너십을 맺고 함께 해온 TSMC와 같이 갈 것이다. TSMC를 고수하는 이유 가운데 하나는 새로운 공정에 쉽게 접근해서 이용할 수 있다는 것이며, 또 다른 하나는 우리 공정 기술에 대한 오랜 기간 지원을 해왔다는 것이다. 이는 고객에게도 안정적으로 제품을 공급할 수 있다는 믿음을 심어주는 것이며 매우 중요하다고 생각한다.
현재 알테라가 개발하고 있는 3D 패키지는 실리콘 재료를 사용한 인터포저 위에 FPGA 등 여러 개의 이기종 다이를 단일 패키지에 집적한 구조이다