Stratix 10 FPGA 및 SoC, 인텔 14nm Tri-Gate 공정 기반으로 처음 생산

알테라가 성능과 통합 수준, 집적도 및 보안성을 비약적으로 향상시킨 차세대 하이엔드 PLD 제품군인 Stratix 10 FPGA 및 SoC를 발표했다.

"HyperFlex는 지난 십 년 내 최고의 FPGA 아키텍처 혁신"이라고 알테라의 제품 마케팅 선임 이사인 Patrick Dorsey 씨는 말했다.

Stratix 10 FPGA 및 SoC가 제공하는 성능은 "업계에서 지금까지 상상도 못하던 수준"으로서, 고객들은 Stratix 10 FPGA 및 SoC를 이용함으로써 지금까지 FPGA로는 할 수 없었던 방식으로 시스템을 설계하고 혁신을 이루며, 차세대 통신, 데이터센터, IoT 인프라, 국방 및 고성능 컴퓨팅 시스템의 까다로운 요구에 부응할 수 있게 되었다.

Stratix 10 FPGA 및 SoC는 알테라로서는 처음으로 인텔의 14nm Tri-Gate 공정을 기반으로 하는 제품으로서, 여기에 알테라의 혁신적인 HyperFlex FPGA 패브릭 아키텍처를 적용함으로써 코어 성능을 이전 세대 FPGA보다 2배 높이면서도 전력소비는 70% 줄였다. 이로써 알테라는 하이엔드 SoC FPGA를 공급하는 유일한 업체로서의 선도적인 위치를 더욱 강화하게 되었다.

HyperFlex 아키텍처: 모든 곳에 레지스터가!

Stratix 10 FPGA 및 SoC는 Altera 디바이스 최초로 새로운 HyperFlex 아키텍처를 채택하고 있다. HyperFlex 아키텍처는 코어의 모든 인터커넥트 배선 영역에 레지스터를 도입함으로써 주요 경로 및 배선 상의 지연시간을 없애 코어 로직 성능을 배가 시킨다.

HyperFlex 아키텍처는 기존 아키텍처의 배선 지연 문제를 해결

"이제까지 라우팅 지연은 FPGA의 성능 향상을 막는 병목지대가 되어 왔다"고 Patrick Dorsey 씨는 말했다.

HyperFlex 아키텍처는 이러한 배선 문제를 해결해 준다. 즉, '모든 곳에 편재하는 레지스터(Registers Everywhere)'라는 개념을 통해 모든 배선 구역에 ALM(adaptive logic module)의 10배에 달하는 수많은 하이퍼 레지스터를 추가함으로써 하이퍼 리타이밍(Hyper-Retiming), 하이퍼 파이프라이닝(Hyper-Pipelining) 및 하이퍼 옵티마이제이션(Hyper-Optimization)과 같은 뛰어난 최적화 기능들을 가능케 해 속도를 배가시키는 것이다.

수많은 하이퍼 레지스터의 추가를 통해 강력한 최적화 기능들이 가능해진다.

"HyperFlex는 하이퍼 레지스터들을 배선에 추가함으로써 속도가 배가될 뿐만 아니라 버스 크기가 작아져 보드 면적도 30% 줄어든다. 또한 필요한 로직 면적이 줄어들어 고성능 디자인을 최고 70퍼센트 더 낮은 전력으로 작동시킬 수 있다. 예를 들어 Stratix 10의 경우, Stratix V보다 절반의 버스 폭으로 동일한 성능을 구현할 수 있으므로 필요한 전력도 40%~70%로 크게 줄어든다."

하이퍼 레지스터를 이용한 하이퍼 파이프라이닝은 2배의 속도 향상

이러한 장점들로 인해 Stratix 10은 전력소모가 가장 큰 해결과제로서 부상하고 있는 데이터센터에 이상적인 솔루션이 될 수 있다.

"데이터센터는 FPGA가 사용되기 시작한 새로운 분야로서, Stratix 10의 경우 하드 부동소수점 DSP를 추가함으로써 최고 10 테라플롭스의 속도를 제공하므로 데이터센터에서 ASIC이나 GPU를 대체할 수 있다"고 Patrick Dorsey 씨는 말했다.

"물론 Stratix 10은 이 밖에도 무선, 군사, IoT 인프라, 하이엔드 방송 시스템 등의 분야에서 그 사용이 증가할 것"이라고 그는 덧붙였다.

알테라는 FPGA의 새로운 응용분야로서 데이터센터에 주목하고 있다.

이종 3D SiP 기술이 제공하는 확장성과 유연성

Stratix 10 FPGA 및 SoC 제품군은 이종 3D SiP 집적 기술을 이용해 고밀도 모놀리식 FPGA 코어 패브릭과 다른 첨단 소자들을 효율적이고 경제적인 방식으로 통합시킴으로써 확장성과 유연성을 향상시킨다.

이를 가능케 해주는 것은 인텔 특허의 EMIB(Embedded Multi-die Interconnect Bridge) 기술로서, 이는 인터포저 기반의 기법보다 높은 성능을 달성하고 복잡성을 줄여주며, 비용을 낮춰주고 향상된 신호 무결성을 달성한다.

향후의 FPGA 제품들은 다양한 데이터 전송 속도의 트랜시버와 새로운 변조 방식들은 물론 급속히 발전하고 있는 표준과 다양한 프로토콜들도 지원해야 한다.

그러나 이러한 표준들은 아직 확립되어 있지 않으므로 하드 IP를 만들 수 없다. 알테라는 이종 3D SiP 기술을 이용함으로써 이처럼 빠르게 변화하는 시장 요구에 부응하여 다양한 유형의 Stratix 10 디바이스 제품 버전을 빠르게 제공할 수 있다.

"예를 들어, Stratix 10 제품군의 첫 제품들은 현재 이 EMIB 기술을 이용하여 고속 직렬 트랜시버 및 프로토콜 타일들을 모놀리식 코어 로직에 통합하고 있지만, 향후에는 보다 빠른 트랜시버 속도(56Gbps), 멀티포트 이더넷, PCIe Gen 4와 같은 새로운 통신 표준이나 새로운 변조 형식(PAM-4), 아날로그나 고대역폭 메모리 등의 기능들을 제공하는 다양한 타일들도 통합시킬 수 있다"고 Patrick Dorsey 씨는 설명했다.

또 하나의 절전 솔루션, Enpirion PowerSoC

"알테라는 이제 단지 FPGA만을 다루는 업체가 아니라 전력관리 부문의 업체이기도 하다"고 Patrick Dosey 씨는 말했다.

알테라가 Stratix 10 FPGA 및 SoC용으로 지원하는 Enpirion PowerSoC 파워 모듈은 엄격한 성능 및 전원 요건을 충족시켜 최고의 효율성을 달성하면서도 가장 작은 풋프린트를 제공한다.

"예를 들어, 알테라의 Enpirion EM1130 PowerSoC는 인텔이 자사의 모든 프로그램에 사용하고 있는 SmartVoltage ID(SmartVID) 기술을 Stratix 10에 도입함으로써 애플리케이션에 따라서는 동적 전력소비를 20~25% 절약해 줄 수 있다."

포괄적인 보안 기능 통합으로 디자인 보호 기능 극대화

알테라는 Intrinsic-ID사를 비롯한 파트너사들과의 협력을 통해 세계 정상의 보안 수준을 달성함으로써 Stratix 10 FPGA 및 SoC를 다층적 보안과 분리된 IP 보호가 중요한 방위, 클라우드 보안, IoT 인프라 등의 애플리케이션에 이상적인 솔루션으로 만들었다.

Stratix 10 FPGA 및 SoC를 업계에서 가장 포괄적인 보안 기능들이 통합된 고성능 FPGA로 만드는 핵심 요소는 혁신적인 Secure Design Manager(SDM)로서, 사용자 스스로가 맞춤형의 다층 보안 솔루션을 정의하고 구축할 수 있도록 해준다.

SDM은 섹터 기반의 인증 및 암호화 기능, 다단계 인증(MFA: Multi-Factor Authentication), 물리적 복제를 불가능하게 만드는 PUF(physically unclonable function) 기술과 같은 보안 기능들을 제공한다. "예컨대 PUF의 경우, 각각의 디바이스마다 공정에서 결정된 고유의 키를 가지므로 복제 자체가 불가능하다"고 Patrick Dosey 씨는 덧붙였다.

HyperFlex에 최적화된 포괄적인 설계 환경

알테라의 포괄적인 설계 환경은 HyperFlex에 최적화된 하이퍼 어웨어(Hyper-Aware) 설계 흐름을 제공하여 설계 생산성을 향상시키며, 컴파일 시간을 단축하고 설계 반복작업을 줄임으로써 타임투마켓을 앞당겨 준다.

알테라의 Quartus II 설계 소프트웨어에 도입된 새로운 Spectra-Q 엔진은 HyperFlex 아키텍처가 제공하는 성능, 전력 및 면적 상의 이점들을 극대화하며, Stratix 10 FPGA 및 SoC를 이용하는 개발자의 설계 생산성을 향상시키고 제품 출시를 앞당길 수 있도록 해준다.

Quartus II 소프트웨어는 컴파일 시간을 최대 8배 단축시켜 주며, 다양한 설계 입력 방식, 드롭인 IP 통합, OpenCL 지원, 고수준 설계 흐름 등의 새로운 기능들이 추가되었다. 개발자들은 패스트 포워드 컴파일(Fast Forward Compile) 성능 평가 툴을 이용하여 Stratix 10 디자인의 개발 작업에 즉각 착수할 수 있다.

Stratix 10 FPGA 및 SoC의 엔지니어링 샘플은 2015년 가을부터 공급될 예정이다. 임베디드 소프트웨어 개발자들은 멘토 그래픽스에서 제공하는 SoC 가상 플랫폼을 활용함으로써 Stratix 10 SoC 임베디드 소프트웨어 개발 작업을 가속화할 수 있다. Stratix 10 FPGA 및 SoC 제품에 대한 보다 상세한 내용은 가까운 알테라 영업 사무소로 문의하거나 www.altera.com/stratix10에서 확인할 수 있다.