폭발적인 IoT 디바이스 증가에 AI 기반 지능형 반도체 요구 증가
자일링스, 징크·아틱스 등 저전력·저비용 적응형 반도체 공개 
"경쟁사 대비 전력 효율·AI 성능↑" 

(자료=자일링스)
(자료=자일링스)

IT 전문가들은 1조 개의 사물인터넷(IoT)이 연결되는 세상을 꿈꾼다. 스마트 홈·빌딩, 스마트 시티, 스마트 공장을 비롯해 생활 곳곳의 모든 사물이 인터넷으로 연결된 세상이다.

IoT 기기는 지난해 77억 개에서 2025년 164억 개까지 늘어날 전망이다. 같은 기간 엣지 AI칩 시장은 122억달러 규모까지 성장할 것으로 예측된다. 

IoT의 연결이 수십억 개에서 수백억 개로 늘어나며 지능형 IoT 기기의 수요도 점점 늘어나고 있다.

고지능화된 IoT 세상은 단순한 연결뿐만 아니라 엣지(Edge)에서 인공지능(AI) 처리가 필요하기 때문.

(자료=자일링스)
(자료=자일링스)

AIoT를 실현하기 위해 엣지 디바이스는 어떤 성능이 필요할까? 

업계 관계자들은 성능, 크기, 전력효율을 가장 중요한 요소로 꼽는다. 여기에 비용까지 저렴하면 그야말로 금상첨화.

19일 자일링스는 새로운 징크 울트라스케일(Zynq UltraScale+)와 아틱스(Artix) FPGA를 공개하며, 위와 같은 요소를 충족한 AIoT(AI+IoT) 솔루션이라고 밝혔다.

대만 파운드리(위탁생산) 업체 TSMC의 최신 InFO 패키징 기술을 이용해 새로운 칩의 크기를 줄이며 저전력, 저비용, 고성능을 달성할 수 있었다는 것.

자일링스가 공개한 제품은 16nm 징크 ZU1과 아틱스 울트라스케일+제품이다. 자일링스는 이전에도 16nm 기반의 징크 울트라스케일+ 제품을 공개했다.

제이슨 베투렘(Jayson Bethurem) 자일링스 제품 매니저는 새로운 ZU1은 징크 울트라스케일+ 제품군 중 가장 작은 사이즈라며, 한 단계 위인 ZU2 대비 40% 낮은 전력소모를 달성했며 전체 프로그래머블 로직 사이즈는 20%만 줄었다고 설명했다.

프로그래머블 로직은 FPGA와 같이 재프로그래밍이 가능한 영역으로 자일링스 적응형 반도체의 핵심 기술이다. 

전체 프로세싱 시스템은 Arm A53을 사용하며, 사용하지 않을 때는 딥슬립(Deep Sleep) 모드로 전환해 180nW의 낮은 전력을 유지한다.

아틱스와 동급 경쟁사 FPGA 비교 (자료=자일링스)
아틱스와 동급 경쟁사 FPGA 비교 (자료=자일링스)

베투렘 매니저는 이날 ZU1과 함께 공개한 16nm 아틱스 FPGA가 인텔과 마이크로칩과 같은 경쟁사 동급 반도체보다 높은 성능을 보인다고 강조했다.

자일링스에 따르면, 기본 직렬라인 속도에서 아틱스는 16.3Gb/s로 인텔 사이클론(Cyclone) 10G(12.5Gb/s), 마이크로칩 자회사인 마이크로세미 폴라파이어(12.7Gb/s)보다 빠르게 나타났다.

DDR 대역폭도 DDR4 2400MHz를 지원해, DDR3를 지원하는 사이클론과 DDR4 1600MHz를 지원하는 폴라파이어보다 높은 성능을 보였다. 비전 카메라 성능에서 아틱스가 4K 영상을 지원하지만 폴라파이어는 1080p HD, 사이클론은 MIPI를 지원하지 않는 것으로 나타났다. 

자일링스는 아틱스가 엣지 AI용 솔루션에 적합한 성능을 지녔다고 설명했다. 고정소수점과 부동소수점에 적합한 최대 775MHz의 디지털신호처리(DSP) 블록 퍼포먼스를 기록했으며, 이미지·비디오 프로세싱과 실시간 제어, AI 추론도 지원한다.

자일링스는  TSMC의 InFO(Integrated Fan-Out) 패키징 기술을 통해 징크 ZU1과 아틱스 울트라스케일+가 이같은 성능을 구현했다고 전했다.

패키징은 반도체 칩을 IT기기와 연결할 수 있게 전기적으로 포장하는 공정이다. InFO는 기존 플립칩(Flip Chip) 기술보다 칩의 사이즈를 줄일 수 있다는 장점이 있다.

자일링스에 따르면 징크 울트라스케일+ ZU1, ZU2, ZU3, 아틱스 울트라스케일+ AU10P, 15P 등 총 5개의 제품이 TSMC InFO 패키징으로 제공된다.

플립칩과 InFO 비교 (자료=자일링스)
플립칩과 InFO 비교 (자료=자일링스)

징크 제품군은 현재 ZU2, ZU3가 InFO 사전 생산 중이며 3분기 양산 예정이다. ZU1은 3분기 사전 생산되며 4분기 양산 예정이다. 아틱스 제품군은 내년 1분기 AU15, 10 제품이 사전 생산될 예정이며, 올해 3분기 AU20과 AU25가 생산된다.

전문가들은 AI와 IoT 시장의 급격한 성장으로 지능형 엣지 디바이스의 수요가 늘어날 것으로 보고 있다. 특히 AI 기반 지능형 장치의 경우, 새로운 알고리즘이 빠르게 개발되기 때문에 프로그래밍이 가능한 FPGA와 같은 적응형 플랫폼의 요구가 많아질 전망이다.

IoT 기기 전망 (자료=스타티스타)
IoT 기기 전망 (자료=스타티스타)

올해 독일 시장조사기업 스타티스타(Statista)가 발표한 자료에 따르면, 지난해 IoT 기기 수는 87억 4000만 대에서 2030년 254억 대 이상으로 약 3배 늘어날 것으로 예상한다. 또한 지난해 싱가포르 시장조사업체 ABI리서치는 2025년까지 엣지 AI칩 시장이 122억달러 규모를 형성할 것으로 전망했다.

AI타임스 양대규 기자 yangdae@aitimes.com

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