알테라가 FPGA용의 새로운 30암페어 PowerSoC DC-DC 스텝다운 컨버터 제품인 EM1130을 자사의 Enpirion 전원 솔루션 포트폴리오에 추가했다.
Arria 10 과 Stratix 10 FPGA 코어 및 트랜시버 전원 레일을 비롯한 알테라의 10세대 FPGA용 통합 디지털 DC-DC 스텝다운 컨버터 제품군의 첫 제품인 EM1130의 개발 관련 포커스와 성능상의 이점에 대해 알테라의 월드와이드 사업 개발 이사인 패트릭 웨든(Patrick Wadden) 씨의 설명을 들어봤다.
Q1. 알테라의 개발 팀이 EM1130을 개발하는 데 있어서 가장 어려웠던 점은 무엇이며 어떻게 해결했습니까?
A: 가장 어려웠던 점은 어떻게 하면 성능과 효율성을 떨어뜨리지 않으면서도 가장 작은 폼팩터를 달성하느냐 하는 것이었습니다. 이를 달성하기 위해 패키지 기술과 인덕터 사용과 같은 다양한 접근 방법들을 모색했으며, 커스텀 인덕터를 사용함으로써 이 문제를 해결할 수 있었습니다. 이를 파워트레인과 컨트롤러 위에 올려놓음으로써 다른 솔루션들에 비해 크기를 40% 줄일 수 있었습니다. 또한 “플립 앤 범프(flip and bump)” 모놀리식 파워트레인도 채택했는데, 이 또한 크기를 대폭 줄이고 높은 효율성을 제공해 주었습니다. 알테라의 독보적인 점은 고도의 통합에 요구되는 주요 기술 세 가지, 즉 패키지와 자기학, 고주파 IC 기술을 모두 갖추고 있다는 데 있습니다.
Q2. 현재로서는 EM1130의 크기를 더욱 줄이는 데 있어서 주된 장애물은 인덕터인 것 같습니다. 향후 로드맵에서 이 디바이스의 성능을 유지 또는 향상시키면서 이 문제를 극복할 수 있는 방법은 어떤 것이 되겠습니까?
A: 우리는 끊임없이 자기 및 실리콘 신기술의 개발에 정진하고 있는데, 인덕터의 손실과 전체 크기를 더욱 줄여줄 신소재를 모색하는 작업도 그 중의 하나입니다. 또한 우리의 모놀리식 파워트레인 기술 로드맵은 스위칭 손실을 더욱 줄이고 보다 높은 주파수로 스위칭 할 수 있도록 해줌으로써 필요한 필터 크기(L과 C)를 줄여줄 것입니다.
Q3. Arria-10은 SmartVID 기능 없이도 EM1130과 함께 사용할 경우 경쟁사 FPGA보다 훨씬 높은 성능 상의 이점을 제공할 수 있습니까? 만일 그렇다면 어느 정도의 성능 향상이 있으며 그 주된 이유는 무엇입니까?
A: Arria 10의 전반적인 성능대 전력비가 경쟁 제품보다 우수한 주된 이유는 아키텍처와 툴 그리고 반도체 공정의 조합에 있습니다. 이 모든 분야에서 알테라는 고유의 요소들을 갖고 있는데, 아키텍처에서의 하드 메모리 컨트롤러, 툴에서의 첨단 배치 및 배선 알고리즘 그리고 성능에 집중된 반도체 공정의 향상이 그런 것들입니다. SmartVID는 Arria 10에서 구현되는 기능으로서, Arria10이 경쟁 제품보다 높은 성능대 전력 비를 제공할 수 있도록 해줍니다.
SmartVID의 경우, EM1130을 통해 최고의 사용자 경험을 제공할 수 있습니다. 우리는 이 기능을 본격적으로 지원하고 있으며 Arria 10과 함께 사용되도록 통합시켰기 때문입니다. 사용자는 이 솔루션들을 갖춘 A10 개발 키트와 디자인을 현재 구매할 수 있습니다. Arria10의 전력 소비도 줄어들었는데, 이는 EM1130이 제공하는 출력전압 설정점의 정확성이 매우 엄격하고 그 정확성이 0.5%에 달하기 때문입니다. 대부분의 컨트롤러들은 1% 밖에 보장하지 못하는데 비해, EM1130은 최대 0.5W의 절전 성능을 추가로 제공할 수 있습니다. 다시 한 번 강조하자면, SmartVID는 Arria 10에서 구현되는 기능으로서, Arria10이 경쟁 제품보다 높은 성능대 전력 비를 제공할 수 있도록 도와줍니다.
Q4. EM 1130의 절전 및 비용절감 측면을 설명하기 위해 데이터 센터의 예를 드셨는데, 중요한 영향력을 미칠 수 있는 다른 애플리케이션의 예를 좀 더 들어주십시오.
A: 모든 고밀도 보드들이 이 기술의 혜택을 보게 될 것입니다. 고객들은 이제 솔루션의 전반적인 비용과 크기를 줄이거나 혹은 주어진 크기에서 구현 가능한 기능 수를 늘릴 수 있는 선택권을 가지게 되었습니다. 무선 기지국이나 스위처, 라우터와 같이 라인 카드를 사용하는 애플리케이션의 경우, 고객들은 카드 당 피처나 프로세서 또는 FPGA 수를 늘리는 것이 자사 제품을 차별화 하는 데 있어서 극히 중요하다는 것을 알고 있습니다. 몇몇 경우에 우리는 최종 고객들이 3개의 FPGA를 탑재한 카드에 FPGA 하나를 더 추가할 수 있는 방법을 제공했습니다. 단지 기존의 파워서플라이를 알테라의 Enpirion EM 1130으로 바꾸는 것만으로 충분한 여유 공간을 만들어낸 것입니다.
Q5. EM 1130 이후에 알테라의 다음 번 이정표적인 전력 제품이나 기술은 어떤 것이 될 것이라 생각하십니까?
A: 지속적인 통합과 진정한 시스템 접근 방법을 통해 FPGA와 전력 성능의 조합을 제공하는 제품이 등장할 것이며, 이를 통해 고객들은 항상 최고 성능으로 작동하는 가장 최적화된 솔루션을 달성할 수 있게 될 것입니다.
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EM1130의 주요 특징
적응식 디지털 제어를 적용한 새로운 PowerSoC 디바이스인 EM1130은 업계에서 가장 작은 풋프린트, 높은 수준의 출력 제어, 신속한 과도응답 성능을 제공함으로써 FPGA 기반 시스템이 극히 엄격한 성능, 전력 예산 및 솔루션 크기 요건을 충족시킬 수 있게 해준다.
Altera SmartVID(SmartVoltage ID) 절전 기술에 대한 인터페이스를 제공하는 PMBus는 Arria 10 및 Stratix 10 FPGA에 보다 낮은 전압(VCC)을 공급하면서도 지정된 디바이스 속도 등급에 요구되는 성능을 유지함으로써 상당한 절전 성능을 달성한다. 이로써 EM1130은 동급의 다른 모듈들에 비해 50 퍼센트 더 소형화되었으면서도 3~6 퍼센트 더 높은 변환 효율을 달성하여 시스템 전력을 1 와트 이상 절감해 준다. 이는 모듈당 연간 15~30달러 상당의 전기료를 절감할 수 있음을 뜻하며, 예를 들어 데이터센터에서 상당수의 EM1130을 사용할 경우 연간 300만 달러 상당의 절전 효과를 달성할 수 있다고 Altera의 월드와이드 사업 개발 이사인 Patrick Wadden 씨는 말했다.
또한 PMBus 인터페이스는 전류, 전압, 온도 등의 주요 파라미터 측정을 위한 텔레메트리를 가능하게 해준다. 전류와 전압의 텔레메트리 정확도를 30~50 퍼센트 향상시켜 주므로 고객 시스템의 성능이 향상된다.
적응식 제어 기술을 통해 필요한 외부 보정 소자를 줄이고 자동 조정을 통해 동작 조건 변화에 대해 견고한 솔루션을 제공한다. 또한 사용하기 쉬운 GUI 제공으로 프로그래밍이 간소화되므로 개발자는 최적화된 솔루션으로 빠르게 이전할 수 있다.
EM1130 아키텍처는 보다 지능적인 시스템을 구현할 수 있도록 해주는 빌딩 블록으로서 FPGA와 시스템 전원, 그 밖의 고객 애플리케이션 사이의 통신과 지극히 유연한 구성을 가능하게 해주므로 출시 시간을 앞당기고 위험성을 낮출 수 있다.
EM1130은 Altera의 하이엔드 제품에 통합적인 전원 관리 솔루션을 제공함으로써 고객들이 전원 솔루션과 FPGA 플랫폼의 긴밀한 결합에 따른 이점들을 최대한 활용할 수 있도록 해준다. EM1130과 Altera의 전체적인 전원 솔루션 포트폴리오에 관한 보다 자세한 내용은 www.altera.com/enpirion에서 확인할 수 있다.
