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▲ 사진=ETRI 홈페이지

국내 연구진이 시스템반도체를 쉽고 빠르게 개발할 수 있는 반도체 설계기술을 개발했다.

이로써 국내 중소 팹리스 업체들이 신속하게 경쟁력 있는 제품을 개발하는 데 큰 도움이 될 전망이다.

한국전자통신연구원(ETRI)은 리스크파이브(RISC-V) 기반 반도체 칩을 쉽고 빠르게 설계할 수 있는 플랫폼, 리스크파이브 익스프레스(RISC-V eXpress, RVX)를 개발했다고 밝혔다.

스마트폰, IoT/웨어러블 기기 등 최첨단 기술이 집약된 다양한 분야에서 반도체가 매우 폭넓게 활용되고 있다. 

반도체 칩에서 두뇌 역할을 하는 것이 프로세서, 즉 CPU다.

현재 IoT/웨어러블 반도체 칩의 약 90%는 ARM사의 CPU를 사용하고 있다. 

ARM사의 CPU를 사용하는 경우 설계 수정이 거의 불가능하고 로열티 부담이 있어 RISC-V 기반 칩이 CPU 제조·설계업체들의 주목을 받고 있다.

RISC-V는 시스템반도체 설계에 필수적인 CPU 구조와 설계 자산(IP) 등이 오픈소스로 공개되어있다. 

사용자가 라이선스 비용 없이 자유롭게 구조 변경 및 설계가 가능해 자체적으로 반도체 칩을 개발, 판매할 수 있다.

그러나 프로세서 개발 노하우가 충분하지 않은 중소 팹리스 업체나 스타트업 등의 경우, 오픈소스 검증, 설계 플랫폼 구축, 긴 개발기간 등 높은 진입장벽으로 여전히 칩 개발에 어려움을 겪고 있다.

이에 ETRI가 자동으로 RISC-V 반도체 칩을 설계해주는 플랫폼을 개발했다. 

목표 성능에 적합한 IP를 선택한 후, 설계 버튼을 누르는 것만으로 손쉽게 반도체 설계를 할 수 있다.

특히, 본 플랫폼에는 IoT/웨어러블 분야에 특화된 초저전력 기술이 적용되어 있어 활용성이 높다. 

본 기술은 온도역전현상을 이용해 전력 소모를 약 35%까지 절감할 수 있다.

실제로 RVX 플랫폼을 통해 개발된 칩은 0.7V 전압으로 동작하는 IoT 어플리케이션을 0.48V 전압만으로 구동할 수 있어 세계 최고 수준의 초저전력 성능을 입증했다.

연구진은 본 플랫폼에 초저전력 기술 외에도 다양한 IP와 네트워크 기술, 사용자 인터페이스 등을 모두 통합해 사용자의 목적에 맞는 시스템반도체를 자동 설계 가능토록 했다.

이밖에도 ETRI는 본 플랫폼을 대학 교육에 활용함으로써 미래 반도체 인력 양성에도 기여하고 있다. 

중앙대와 경희대 학부 과정에 200여 명의 학생을 대상으로 반도체 설계 교육에 RVX를 적용, 반도체를 직접 설계해보는 기회를 제공했다. 

본 교육을 이수한 학부생들은 “제22회 대한민국 반도체 설계대전”에서 장관상 수상 및 국제 논문 발표 등으로 RVX 플랫폼을 활용해 쉽고 빠르게 반도체를 설계할 수 있음을 입증했다.

향후 연구진은 장비 국산화를 위한 반도체 설계기술 고도화 및 인체통신·인공지능 가속기 등을 결합해 지능형 엣지 반도체 생태계를 강화하기 위한 후속 연구를 진행할 방침이다.

ETRI 지능형반도체연구본부 이재진 책임연구원은 “RISC-V 기반 시스템반도체 개발의 진입장벽을 낮춤으로써 국내 RISC-V 기술 확산 및 생태계 구축에 기여하기 위한 해답으로 RISC-V eXpress를 개발했다.”고 말했다.

연구진은 RISC-V 초저전력 프로세서 칩을 개발하여 저전력 설계 관련 우수 국제 학술대회인 ISLPED 및 IoT 관련 우수 국제 저널인 IEEE IoT Journal에 발표했으며 반도체 장비 개발업체인 ㈜알씨테크 등에 4건의 기술이전을 완료했다.

본 연구는 과학기술정보통신부 ETRI연구개발지원사업 “경량 RISC-V 기반 초저전력 인텔리전트 엣지 지능형반도체 기술 개발” 과제의 일환으로 수행되었다.