KAIST 박인철 교수팀, 한국형 32비트 내장형 프로세서 개발

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2008-07-20 11:06

대전--(뉴스와이어)--KAIST(총장 서남표) 전기및전자공학과 박인철(朴仁哲, 44) 교수팀이 독자적인 명령어와 구조를 갖는 한국형 32비트 내장형 프로세서를 개발했다. “코어에이(Core-A)” 라고 명명된 이 내장형 프로세서와 더불어 내장형 시스템 개발에 필요한 핵심 하드웨어 블록(이하 아이피, IP)들도 동시에 개발됐다. 이번에 개발된 아이피(IP)는 ▲코어에이(Core-A) 32비트 축소명령형컴퓨터(RISC, Reduced Instruction Set Computer)형 내장형 프로세서 ▲코어비 라이트(Core-B Lite) 고성능 온칩 버스 ▲고성능 온칩 캐쉬 컨트롤러 ▲효율적인 메모리 관리 유닛(MMU, Memory Management Unit) 등 총 4개다. 朴 교수 연구팀은 특허청의 지원을 받아 내장형 프로세서 국산화를 목표로 2006년부터 이 연구를 진행해 왔다.

명령어 프로세서는 개인용 컴퓨터(PC)에 사용되는 펜티엄과 같은 범용 프로세서와 게임기, 휴대전화, 개인휴대단말기(PDA) 등에 사용되는 내장형 프로세서로 구분되며, 개인용 컴퓨터(PC), 게임기, 휴대전화 등에서 두뇌역할을 하는 중앙처리장치(CPU)를 말한다. 기존 상용 내장형 프로세서는 특정 반도체 공정에서만 제작 할 수 있는 하드코어 형태로 제공됐다. 하지만 “코어에이(Core-A)”는 합성 가능한 소프트코어 형태로 개발되어 표준 셀을 사용하여 합성을 할 수도 있고, 다른 어떠한 반도체 공정에도 이식이 가능하다. 朴 교수팀이 개발한 “코어에이(Core-A)”는 엠아이피에스(MIPS)와 에이알엠(ARM) 등 대표적인 내장형 프로세서에서 제공되는 대부분의 기능을 지원할 뿐만 아니라 프로그램 가능한 분기지원 방식과 불필요한 연산 명령어를 제거 할 수 있는 방식 등 새로운 기능을 개발, 제공함으로써 프로그램의 크기는 줄이면서도 처리 속도는 높혔다. 또한 0.13마이크로미터(㎛) 공정에서 합성했을 때 0.18 정도의 작은 면적과 300메가헤르쯔(MHz)급의 동작속도를, 0.18마이크로미터(㎛) 공정에서 합성했을 때 0.46 정도의 면적과 260메가헤르쯔(MHz)급의 동작속도를 각각 나타낸다. 특히 0.35밀리와트(mW)/메가헤르쯔(MHz)의 낮은 전력을 소비하여 전력소비 측면에서도 우수한 경쟁력을 갖추고 있다. 이번에 개발된 “Core-A”는 캐쉬 컨트롤러와 함께 실제 반도체 칩(사진1)으로 제작하여 테스트를 실시했고, 실시간 영상처리 시스템(사진2), 실시간 미디(MIDI, Music Instrument Digital Interface) 음악 합성 시스템(사진3) 등에 적용, 기능의 정확성을 검증했다.

내장형 시스템은 내장형 프로세서를 포함하여 주변의 모든 다른 기기들과 함께 구성된 시스템을 의미하며, 내장형 프로세서는 내장형 시스템에서 가장 핵심적인 부분이다. 복잡한 내장형 시스템을 구성하기 위해서는 내장형 프로세서뿐만 아니라 메모리 접근 속도를 높이기 위한 캐쉬 컨트롤러, 가상 메모리를 지원하기 위한 메모리 관리 유닛, 다른 하드웨어 블록과의 통신을 위한 온칩 버스가 필요하다. “코어에이(Core-A)”를 위하여 개발된 온칩 캐쉬 컨트롤러는 “코어에이(Core-A)”의 성능을 극대화하기 위하여 설계 됐으며, 320메가헤르쯔(MHz) 정도의 고속 동작을 지원한다. 또한 온칩 메모리 관리 유닛은 휴대형 내장형 시스템에서도 사용하기 위하여 0.105밀리와트(mW)/메가헤르쯔(MHz)의 저 전력으로 동작 할 수 있도록 개발됐다. “코어비 라이트(Core-B Lite)”라고 명명된 온칩 시스템 버스는 고속 통신 속도를 보장하면서도 안정적으로 동작하도록 설계됐다. 특히 주로 사용되는 통신 방식에 최적화 되어 있어 간단하면서도 고속처리가 가능하다.

朴 교수는 “전 세계 내장형 프로세서 시장은 모바일 기기 등의 발달에 따라 폭발적으로 커지고 있다. 2006년에 이미 21억 달러를 넘어섰다. 특히 우리나라는 내장형 시스템 분야에서 세계 5위권이다. 2004년 약 20조원을 돌파한 이후, 매년 15%정도의 가파른 성장을 기록하고 있다. 이러한 시장의 확장에도 불구하고, 내장형 시스템 시장의 핵심적인 분야인 시스템 반도체 칩 분야는 매년 외국의 내장형 프로세서 기술에 종속되는 현상이 심화되고 있다. 일례로 영국의 ARM社는 1990년대부터 2007년까지 100억 개 정도의 내장형 프로세서를 판매하였으며, 최근 2년 동안 50억 개 이상이 팔릴 정도로 시장 지배력이 급속도로 확대되고 있다. 향후 더욱 더 커질 것으로 전망되는 내장형 시장을 대비하여 시스템 반도체 칩 분야의 기술적 자립이 시급한 상황이다. 이번에 개발된 “코어에이(Core-A)”는 이러한 수입 내장형 프로세서를 대체 할 수 있어 기술자립은 물론 막대한 수입대체효과가 기대된다”라고 밝혔다.

이번에 개발된 “코어에이(Core-A)” 내장형 프로세서와 핵심 아이피(IP)는 특허청에서 기획하는 “코어에이(Core-A)” 런칭 행사를 통하여 모두 공개된다. 이번 행사에서는 “코어에이(Core-A)”에 관한 원천코드, 사용자 매뉴얼과 더불어 전북대 이종열 교수 연구팀에서 개발한 “코어에이(Core-A)”용 컴파일러와 부산대 박주성·우균 교수 연구팀에서 개발한 “코어에이(Core-A)”용 C언어 디버거 등 설계환경도 같이 원천코드 수준에서 공개된다. 관련 자료를 받기 위해서는 홈페이지(www.Core-A.or.kr)에서 사용자 정보를 입력한 후 기술협력 협약서를 제출하거나 오는 22일 오전 11시 서울 리츠칼튼 호텔에서 열리는 런칭 행사에 참석하면 된다.

웹사이트: http://www.kaist.ac.kr