하상태 한국산업기술평가관리원 시스템·소재 산업기술본부장은 “국산 CPU개발에 대한 부정적 시각이 여전히 남아있지만, 여러 기관에서 성과를 내고 있다.”라며 “초연결 지능화가 이뤄지는 IoT(Internet of Things 사물인터넷)에서 ‘Things’에 해당하는 상품 경쟁력 확보에 긍정적 효과가 기대된다”고 말했다. 송용호 지능형반도체추진단장은 “국산 CPU가 여러 방면으로 활용될 가능성을 확인했다”며 “지속적인 관심을 두고 개발해야 한다”고 전했다.

국산 CPU코어 로드쇼는 지난해와 동일하게 에이디칩스의 ARK(emCore의 변경된 명칭), 한국전자통신연구원(ETRI)의 알데바란(Aldebaran), 전자부품연구원(KETI)의 MENSA 코어가 소개되었다. 코어를 활용한 SoC개발 사례로는 한컴지엠디의 저전력 모바일 헬스케어(ARK), 에스앤에이의 도전 방지 및 보안 강화형 스마트미터(알데바란), 엠텍비젼의 음파 데이터 통신 기능 내장 음성인식(MENSA) 등을 소개하며 국산 CPU를 사용하며 겪은 장단점을 언급했다.

에이디칩스, 초경량 CPU코어 발표

“3년간 연구해 온 IoT에 최적화된 초경량 32비트 CPU코어를 소개하려 합니다” 에이디칩스의 이희 부사장이 자사 SE3208의 업그레이드 버전인 JUNO S0, S1프로세서를 소개했다. “ARM이 코어텍스 M0을 M0+로 업그레이드하며 에너지 효율을 높이기 위해 파이프라인을 2stage로 올린 것 같은 이유”라며 8비트, 16비트 프로세서가 필요한 응용 분야에 적합한 초경량 저전력임을 강조했다. 기존 모델 대비 암호화 명령어가 장착되었고 JUNO S0과 S1의 차이점은 각각 GPR개수가 8개와 16개, MPU가 없고 있고, CPU캐시가 없고 있고, 게이트 카운트가 1만, 1만4천으로 다르다. 곧이어 아두이노 우노(Arduino UNO)와 호환되는 Diet-uno를 소개했다. 이는 JUNO S0을 기반으로 한 IoT FPGA 오픈 플랫폼으로 블루투스와 와이파이가 연결된다. 에이디칩스는 데모부스에서 관련 기술로 빗물감지, 가스 누수 감지 등의 스마트홈 구현이 가능한 센서 SoC, 블루투스로 연결된 스마트카와 로봇(기사 하단 비디오 참조), 자율주행차에 쓰일 수 있는 라인 트레이서(Line Tracer) 등을 선보였다.

이 부사장은 ARK코어의 장점으로 고객 맞춤형 CPU 코어 기술 지원을 언급했다. 사용자 환경에 따라 플랫폼을 설계해 제공하고, FPGA설계와 칩 제작 후 평가 및 테스트까지 지원한다는 것. JUNO S0코어는 비사용적용도로 사용할 경우 소스 코드와 컴파일러, 개발 환경이 무료로 제공된다. 플랫폼인 Diet-UNO도 무료다. 에이디칩스는 400메가~1GHz 수준의 CPU코어를 개발할 계획이고 컴파일러 지원 활동도 지속할 계획이라고 전했다.

Tiny ARK코어로 전문가용 헬스케어 개발

한컴지엠디는 Tiny ARK코어로 저전력 헬스케어 SoC를 개발했고 양산단계에 이르렀다고 전했다. 기존 스마트 워치 중 저렴한 제품은 오차율이 30%까지 나타나지만, 가격이 비싼 제품은 오차율이 5% 미만이다. 한컴지엠디 관계자는 “전문가용 헬스케어를 위해 ‘5%미만 오차율로 생체신호를 전달’하는 것이 중요했다”며 ADC 정밀도와 패키지 크기, 소모 전류를 중점을 뒀다고 전했다. 또한, ARK코어로 라이선스 비용을 절감해 경쟁력을 확보했다.

장점으로는 ▲동급 대비 다수 레지스터를 사용해 메모리 접근 비율이 낮고, ▲캐시 컨트롤러를 탑재해 활용 폭이 넓으며 ▲Gate count가 낮아 동일 공정에서 차지하는 비율이 낮은 점을 꼽았다. 또한, “국내에 본사가 위치해 전화하면 1시간 이내 기술지원이 가능하며, 코어를 DB형태로 제공해 사전 검증을 할 수 있어 편리했다”고 밝혔다.

반면, 컴파일 수준은 아직 아쉽다고 밝혔다. 외산 제품 대비 갖춰진 인프라가 부족한데, 가이드 메뉴얼도 아쉬워 지속적인 도움을 요청했다는 것. 컴파일러 활용 시 툴의 다운로드 속도가 느리며 보드마다 다운로드 옵션을 개별적으로 입력해야 해서 불편했다고 전했다.

이희 부사장은 “이번 과제를 진행하며 고객들의 요청에 따라 개선을 진행했다”며 AXI 버스 브리지 IP를 확보, Bit-filed가 지원되는 컴파일러 확보, 캐시 없는 Tiny 코어 플랫폼 확보, 디버깅 속도 개선 등을 언급했다. “기존에 ARM만 사용하던 팹리스 기업도 수용할 수 있게 되었다”고 전했다.

ETRI, 자율주행 ISO26262 준수하는 알데바란 프로세서5(AB5)

알데바란은 현재 개발된 보드로는 국내 대기업과 함께 개발한 SoC AB3와 AB5, 딥러닝 기능을 지원하기 위해 개발한 FPGA AB-FVU를 비롯해, AB-F7, AB-F7A이 있다.
ETRI의 권영수 책임연구원은 “그간 ‘사이즈가 크다’, ‘연구가 끝나면 기술 지원을 멈추는 것 아니냐’ 같은 의견이 많았다”는 지적에 "사이즈는 기존 ARM시리즈 중 Coretex A6, A9 또는 M7과 기술적으로 대등한 수준이며, 기술이 실현될 때까지 지원을 계속 해왔다”고 주장했다.
지난해 12월에 개발한 자율주행차 안전레벨표준(SAE J3016) L2~3수준의 코어 AB5를 소개했다. AB3의 업그레이드 버전으로 ISO26262를 준수한다. 기존 대비 4개의 코어를 9개로 늘리고 1와트 안팎으로 전력 소비량을 최소화할 수 있다. 칩 크기는 7×8㎜로 패키징 하면 ECU보드를 10cm내외로 제작할 수 있어 차량 내부에 무리 없이 장착이 가능하다.

권영수 책임연구원은 “ARM코어는 RTA수정을 허용하지 않아서 전체 블록 ISP부스팅 방식의 엔진을 가져왔다”며 “마이크로칩 중 CAN 컨트롤러와 대등한 수준으로 안정을 갖추기 위해 노력했다”고 했다.
데모 부스에서는 AB3로 재연한 ADAS애플리케이션 프로세서를 선보였다. 신경선 책임연구원은 “현재 알고리즘은 보행자를 인지하고 차선을 벗어나면 핸들 각도를 맞춰주는 정도이며, 차후 SoC에는 인공지능을 처리하는 프로세서를 개발하는 게 중장기 목표"라고 밝혔다.

도전 방지 및 보안 강화형 스마트 미터 SoC

에스앤에이는 알데바란 CPU를 적용해 도전 방지 및 보안 강화형 스마트미터 SoC를 개발했다. 관계자는 알데바란 코어의 장점으로 ▲코어텍스 A9(Coretex-A9)급의 고성능 ▲다양한 페리페럴 지원 ▲CPU 캐시 32x8K로 NOR Flash 같은 느린 메모리 장치를 사용해도 체감 속도가 빠름 ▲MMU메모리 구조로 가상주소/물리주소 접근이 용이 ▲ 캐시 사용 여부를 사용자가 지정할 수 있어 직접 접근해 응답속도를 높일 수 있다고 했다.

“국내 개발로 지원이 빠른 점 외에도, 가상 머신 내 컴파일러/ 디버거/ 펌웨어 업로드가 가능하도록 제공돼 별도로 필요하지 않다는 점은 기업 입장에서 상당한 경제적 이점”이라 밝혔다.
반면, 아쉬운 점으로는 지난해와 같이 윈도우 개발 환경이 마련되지 않아 다소 생소한 리눅스 환경 개발에 어려움을 꼽았다. “IC개발 후 판촉을 위해 초기 접근이 쉬워야 하는데 익숙지 않은 시스템이라 늦어졌다”고 했다. 또한, 통합 개발환경(IDE Integrated Development Environment)의 부재로 소스 편집과 컴파일, 디버거를 별도로 실행해 업로드를 따로 실행하는 불편함을 겪었다고 전했다.

KETI, '고객 요구에 맞춘 경량화 실현'

전자부품연구원은 지난 과제에 이어 지능형 알고리즘을 효율적으로 계산할 수 있는 하드웨어 기반의 MCU 개발에 집중했다. IoT기술이 발달하며 고속 반복 계산에 필요한 고성능 CPU가 지능형 알고리즘 구성과 효율적인 계산에 적합하지 않다고 판단했다.
KETI의 연구원은 “MENSA에 대한 고객들의 지속적인 요구가 ‘경량화’였다”며 요구를 반영해 “MMU와 캐시를 덜어내고 6만 5천 게이트 수준의 TINY MENSA 코어를 개발했다”고 했다.

음파 데이터 통신 기능 내장 음성인식 SoC

엠텍비전은 MENSA 코어를 활용해 음파 데이터 통신 기능 내장 음성인식 SoC를 개발했다. 이는 최대 5미터 거리에서 93%의 인식률과 데이터 통신이 가능하다. 지난 1차 과제로 MENSA를 FPGA 검증하고, 24 KHz 델타-시그마 ADC를 설계했다. 현재 진행하는 2차 과제는 SoC기반 시제품을 제작하고 검증하는 단계다.

개발 환경은 GCC기반 리눅스 이클립스로 IDE를 제공하고 오픈 OCD로 타겟과 디버그 인터페이스를 제공한다. 장점으로 ▲Coretex M과 같이 인터럽트 컨트롤러(Interrupt Controller)를 내장하고 있어 외부 INTC가 필요 없고, ▲I/D캐시, MMU, FPU 등 다양한 코어 옵션을 지원 ▲국산 CPU의 장점인 빠른 지원과 라이선스 비용이 언급됐다. 엠텍비전 연구원도 윈도우용 IDE지원이 초기 진입 시 가이드 문서 개선에 목소리를 냈다.