[SoC 구조 및 설계] 02 - 아키텍처, 전력 최적화

Youtube 강좌, 해외 강좌, K-mooc 강좌 등을 수강하고 총 정리한 내용

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1. 고성능 vs 저전력

1. 개념 비교
   • 고성능 (High Performance): 빠른 연산 처리 및 높은 속도 목표
   • 저전력 (Low Power): 전력 소모를 최소화하여 효율적인 동작 목표
2. 주요 요소
   • 파워서플라이 (Power Supply): 전력 공급 방식이 성능과 전력 소모에 영향을 줌
   • 클럭 (Clock): 높은 클럭 속도는 성능 향상에 기여하지만, 전력 소비 증가를 유발
3. SoC의 딜레이 (Delay)
   • VLSI 설계에서 중요한 요소로, 신호 전파 지연을 고려해야 함.
   • 딜레이 분석 모델
     • RC 딜레이 모델
     • 엘모어(Elmore) 딜레이 모델
     • 논리적 노력(Logical Effort) 모델

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2. 에너지 vs 전력

1. 개념
   • 에너지 (Energy): 전력의 시간적 누적량, 사용된 총 에너지를 의미
   • 전력 (Power): 순간적인 전력 소모량, 실행 속도와 밀접한 관계를 가짐
2. 전력 소비 유형
   • 다이나믹 파워 (Dynamic Power): 회로가 동작할 때 발생하는 전력 소모
   • 스태틱 파워 (Static Power): 아무 동작이 없어도 발생하는 전력 누수 (Leakage Power)
3. 저전력 및 저에너지 설계
   • 저에너지 설계: 트랜지스터의 오프 전류(𝐼_𝑜𝑓𝑓)를 줄이는 것이 중요
   • 저전력 설계: 무어의 법칙을 따라 반도체 집적도를 높이는 동시에 전력 밀도를 관리하는 것이 핵심

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3. 회로 vs 아키텍처 vs 시스템

1. 회로 단계
   • 개별 회로 요소의 최적화
   • 저전력 트랜지스터, 전력 관리 기법 활용
2. 아키텍처 단계
   • 메모리 계층 구조 (Memory Hierarchy): 캐시 메모리 활용을 통해 성능과 전력 최적화
   • 병렬 및 분산 시스템 (Parallel & Distributed System): 여러 프로세서를 활용해 성능을 높이는 기법
3. 시스템 단계
   • 전체 SoC 시스템의 효율성을 고려한 설계
   • 전력 소모와 성능의 균형 유지

 

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+ 추가 내용

• ARM 홀딩스 : SoC 설계에서 가장 널리 사용되는 CPU 아키텍처 제공
• RISC-V : 오픈소스 기반의 SoC 설계 아키텍처로, 향후 활용성이 증가하는 추세임

 

# 요약

• SoC 설계의 고성능과 저전력 간의 트레이드오프를 이해
• 에너지와 전력의 차이를 구분하고 활용 방법 숙지
• SoC 설계 과정에서 회로, 아키텍처, 시스템 단계별 차이 이해