E4ds 뉴스는 다양한 전자제품의 두뇌로 불리는 MCU(Micro Controller Unit)를 주력하는 주요 반도체 기업을 찾아간다. MCU는 단순한 전자기기에서 IoT 시대의 자동차, 로봇 등 그 활용폭이 넓어지면서 갈수록 고성능 저전력 성능이 강화되고 있다. 이에 다양한 MCU 제품의 기능과 특징을 집중적으로 소개하고 이들 MCU 주요 업체들의 취재를 통해 각 기업들이 중점을 두는 기술들과 트f랜드를 살펴 독자들의 제품 선택에 도움을 주고자 한다. <편집자 주>

[취재 / 신윤오 기자, 김수진 기자] ‘MCU 기업을 가다’는 이번에 세계 MCU 시장 1위(2014년 가트너 통계기준)인 절대강자 르네사스(Renesas)를 소개한다. 오토모티브 MCU 전 세계시장의 40%에 가까운 시장을 차지하고 있는 르네사스는 분야별로 사업본부를 나누고 있을 정도로 애플리케이션에 특화된 MCU 제품들을 공급하고 있다. 제품 라인이 크게 제 1비즈니스 오토모티브(Automotive)와 제 2비즈니스 GP(General Purpose)로 나누어져 다양한 제품 라인업을 보유하고 있기 때문에 르네사스 MCU는 ①GP와 ②오토모티브를 나눠서 소개할 예정이다. 이에 르네사스 MCU 첫 번째 순서로 IoT 개발에 선두주자를 노리는 르네사스 GP에 대해 알아보고자 GP MCU 담당인 민현진 부장(사진)를 만났다. 

■르네사스의 컨수머(GP)용 MCU를 갼락하게 소개해달라.

르네사스 MCU는 크게 두 가지 분야로 사업을 진행하고 있다. MCU 특성상 제품 기술이 공용되는 부분들이 있지만 오토모티브(Automative)와 GP(General Purpose)로 나누어져 있다. 제가 소개할 내용은 제너럴 퍼포즈로 불리는 GP로 우리가 흔히 일상생활에 사용하는 가전기기에 많이 적용되는 컨수머용 MCU를 말한다. 

■컨수머용 MCU의 주력 분야는.

가전과 같은 일반 컨수머 분야가 주력 시장이다. 산업 분야에도 공급하는 일부 제품이 있지만 한국 시장은 대기업 위주여서 주력 분야는 아니다. 대표적인 GP 제품군은 로우엔드(Low End)의 ‘RL78’과 미들-하이(Middle-High End)의 ‘RX’ 제품군이 있다. 

■먼저로우엔드의 ‘RL78’ MCU에 대해 설명해 달라. 타사 대비 어떤 경쟁력을 갖고 있나.

르네사스 MCU ‘RL78’의 경쟁력은 3가지다. 첫 번째로 ‘초저소비전력’이다. ‘RL78’의 ‘RL’은 ‘르네사스로우파워(Renesas low power)’를 의미한다. 과거 시연에서 레몬 두 개를 꽂아놓고 레몬의 산성도로만 전원 없이 MCU를 구동한 적이 있을 정도로 낮은 전력이 장점이다. 

두 번째는 제품이 다양하여 넓은 라인 업을 갖추고 있다는 것이다. 기존 8bit 시장에서는 128KB 이상의 플래시 메모리가 없어 다른 시리즈의 제품을 검토해야 했다. 하지만 지금은 16bit에 플래시메모리가 512KB까지 핀투핀하여 넓은 분야를 커버할 수 있다.제품 하나만 개발하면 확장할 수 있게 하였다. 마지막으로는 성능대비 높은 가격 경쟁력이다. 

런(Run), 홀트(Halt), 스톱(Stop) 모드에서 
타사 대비 가장 낮은 전력소비 구현












민 부장은 타사대비 모드 별 전력 소비 그래프를 보여주며 “가장 저전력으로 런(Run) 모드를 수행한다. 홀트 모드 같은 경우, 타사들은 1 마이크로 암페어(Micro-Amps) 이상인 반해 르네사스는 0.58 마이크로 암페어로도 가능하다.”고 말했다.

또한 “CPU가 멈춘 스톱모드에선 안전기능을 구동함에도 불구하고 0.49 마이크로 암페어로 타사대비 제일 낮게 측정됐다”고 설명했다. 



■홀트 모드와 스탠바이(Stanby) 모드의 구분점은 무엇인가.

홀트 모드는 스탠바이 모드에서 바로 깨어나는 상태를 말한다. 클럭은 살아있고 MCU가 작동하지 않을 때 소비전력을 줄이고 싶다면 스톱모드가 된다. 이전에는 스탠바이 모드에서 보통 동작을 시작했지만 스탠바이 모드 이전에  ‘스누즈 모드’(Snooze Mode)를 탑재해 저소비전력을 구현하였다.

■‘스누즈 모드(SNOOZE MODE)’는 구체적으로 어떤 기술인가.

배터리를 사용하는 제품의 경우, 스톱 모드와 스탠바이 모드에서 웨이크 업(Wake-up)을 해야 한다. 그런데 외부의 노이즈(Noise)라든지 정확하지 않은 데이터로 동작했을 경우, 필요 없는 웨이크업으로 전력을 소비하게 된다. 이 부분의 전력을 감소시키기 위해 스누즈 모드를 개발했다. CPU 정지상태에서 A/D변환이나 유아트(UART)로 스톱모드 중 데이터가 들어오면 우선 필요한 데이터인지 판단한다. 그 후 동작 여부를 결정하게 되어 불필요한 소비전력을 줄여주는 것이다. 

데이터 수신 오류 판단하여 CPU 동작 여부 판단하는 
스누즈모드 통해 소량의 전력낭비도 용납하지 않아

 
▲SOOZE MODE, CPU 정지상태에서 A/D 변환, Data수신이 가능하여 CPU 동작 여부를 판단한다.


■스누즈 모드처럼 르네사스만의 저전력 기술이 강점이라는 말처럼 들리는데.

그렇다. 르네사스에서 저전력을 구현하는 방법은 총 2가지라고 말할 수 있다. 우선 르네사스 CPU 자체가 ‘로우파워’이고 여기에 추가적인 기능으로 스누즈 모드를 독자 개발한 것이다. 보통 로엔드(Low End)의 MCU도 이런 특별한 기능이 없으면 알게 모르게 빠져나가는 전력이 많다. 흔히 배터리로 동작하는 리모컨과 같은 경우, 스탠바이모드에서 외부 노이즈(Noise)로 인해 CPU가 동작하게 되면 소비전력이 그만큼 늘어나게 된다. 특히 스누즈 모드 기술은 조명에서 나오는 노이즈 때문에 소모되는 전력을 방지하려고 개발했다. 

■저전력 성능이 MCU 성능을 보장하는 것은 아닐텐데.

‘로우파워’는 역으로 말하면 성능이 떨어 진다고 생각할 수도 있다. 하지만 르네사스는 저전력과 고성능을 동시에 잡았다. 배터리를 쓰는 경우, 배터리의 보통 전압이 1.8V정도 된다. 1.8V는 A/D가 컨버전(Conversion)되는 전압인데 르네사스는 1.6V에도 고성능을 유지할 수 있도록 하였다.

■MCU에서 안전성(Safety)도 중요한 요소인데, ‘RL78’은 어떻게 대처하는가.

최근 가전과 산업 분야에서도 하드웨어 기능 확인과 MCU의 안전성을 높이는 ‘ICE 60730’를 요구한다. 르네사스는 하드웨어 기반한 MCU의 안정성을 높였다.CRC 기능으로플래시 롬(Flash ROM)을 체크하는 것으로 내용의 정상 여부를 확인한다든지 15KHz 내장 발진기를 메인 클럭(Main Clock)에서 측정하여 주파수가 올바르게 동작하고 있는지를 확인할 수 있다. 















“르네사스 칩 성능은 저전력, 고성능의 차별화로 경쟁력을 갖추었다고 생각한다. 다음으로 해결할 숙제는 개발자들에게 편리한 개발환경을 제공하여 개발 시간을 단축시켜주는 것이다.”





자체 CPU인 ‘RXv2 Core’개발로 고성능 저전력화 
CPU에 내장된 ‘FPU’ 또한 성능향상에 기여

■ ‘RX’ 제품군을 소개해 달라

RX는 32bit MCU로서 로우엔드부터 하이엔드 제품을 제공하고 있다. 앞서 설명한 ‘RL78’과 마찬가지로 저소비전력과 넓은 구동 범위를 구현하기 위해 CPU의 고성능화를 추구하였다. 기기의 고부가가치화와 시스템 복잡화로 MCU가 고성능화 되었고, 배터리 구동시간을 연장하기 위한 저 소비 전력에 대한 요구가 늘어났기 때문이다.

RX CPU는 이전에 RXv1 Core(코어)를 가지고 있었는데 최근 RXv2 코어로 성능을 높였다. V2로 바뀌기 전에는 100MHz를 보내면 165MIPS까지만 나왔는데 현재는 2배 정도 높은 MIPS가 측정된다. 이를 바꿔 말하면, 200MHz를 사용하는 타사제품과 100MHz를 사용하는 르네사스 제품의 성능이 비슷하다는 얘기다. 

 
▲르네사스의 RXv2 코어와 Coretex M4의 성능 비교.


■타사 제품은 ARM 코어를 주로 사용하는데, 르네사스는 자체 코어를 고집하는 이유가 있는가.

르네사는 MCU 분야의 오랜 노하우를 통해 신뢰성 및 퍼포먼스, 소비전력 등이 검증된 코어(Core) 테크놀로지를 보유하고 있고, 이를 바탕으로 MCU 분야에서 No.1을 지키고 있다.


■CPU에 내장된 ‘FPU’가 성능 향상에 많은 기여를 한다고 하는데 실제로 어떤 설계 이득이 있는가. 

‘FPU’는 DSP기능을 모터에 효율적으로 사용할 수 있게끔 플로팅(Floating)연산이 CPU별도로 내장한 것을 말한다.FPU를 사용하면 Clock Cycle(클럭 사이클)이 약 84% 감소하고 PI 제어부가 약 78% 감소하여 성능향상에 기여한다. 또한 코드(code) 사이즈를 약 30%까지 삭감할 수 있다.

■U-health 분야에도 관심이 많은 것으로 알고 있다. 추진 상황을 말해 달라.

헬스분야의 솔루션은 주로 전시회를 통해 많이 선보였다. 게이트웨이를 통해 정보를 전송하는 등의 데모를 진행했다. 블루트스(bluetooth)와 에너지 디바이스, 그리고 PC와 연동하는 솔루션을 소개하고 있다. 

■최근 다양하고 편리한 개발 환경을 요구하는 고객들이 많아졌는데 르네사스의 개발 환경의 특징이 있다면.

보통 키트 기반으로 모터를 개발할 때, 튜닝작업 시간이 너무 오래 걸리는 단점이 있다. 하지만 르네사스 모터 솔루션을 이용하면 보드에 연결하는 것으로 한번에 튜닝 값을 얻을 수 있어 개발 시간을 70% 정도 줄여준다. 앞으로 리얼보드와 같은 개발 환경을 강화하여 개발 경험이 적은 고객들도 쉽게 접근할 수 있도록 할 것이다. 또 하나의 개발 환경은 터치(touch) IP 솔루션이다. 터치 제품을 개발할 때 이전처럼 펌웨어를구성할 필요 없이 쉽게 몇 번의 클릭으로 튜닝이 완료된다. 생산 라인에서도 이 솔루션으로 자동화시킬 수 있기 때문에 누구나 쉽게 개발하고 좋은 제품을 만들 수 있다.

■앞으로 GP의 개발 방향과 로드맵이 궁금하다.

르네사스 칩 성능은 저전력, 고성능의 차별화로 어느 정도 경쟁력을 갖추었다고 생각한다. 다음으로 해결할 숙제는 개발자들에게 편리한 개발환경을 제공하여 개발 시간을 단축시켜주는 것에 초점을 맞추고 있다. 


※르네사스는 어떤 회사
2010년 르네사스와NEC일렉트로닉스 통합으로 탄생
세계 톱클래스 점유 MCU 외에 폭넓은 제품 라인업 자랑

르네사스 일렉트로닉스 주식회사(영문 :Renesas Electronics Corporation) 일본에 본사를 둔 일본최대의 종합 반도체 제조사이다.미쯔비시 및 히타치로부터 분사한 르네사스 테크놀로지와 NEC로부터 분사한 NEC일렉트로닉스의 경영통합에 따라 2010년 4월에 설립되었다.

‘Renesas’라는 사명는 모든 시스템에 적용된 세계의 선진화를 실현해 가는 반도체 「Renaissance Semiconductor for Advanced Solutions」의 약자이며, 일본으로부터 세계를 향한 반도체 산업 부흥이라는 의미가 포함되어 있다. 르네사스 일렉트로닉스 주식회사는 세계의 톱클레스의 점유율을 자랑하는 마이크로컨트롤러를 축으로 폭넓은 제품라인업을 갖추고 있다. 자동차 분야, 산업/가전분야, OA/ICT분야가 주력이며 디바이스, 키트, 플랫폼의 3가지의 반도체 솔루션으로 부가가치를 높인 최적의 서비스를 제공한다.