[SoC 구조 및 설계] 01 - SoC 설계란?

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

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# SoC(System on a Chip) 설계란?

SoC 설계는 시스템의 주요 구성 요소(IP: Intellectual Property)를 하나의 칩에 통합하는 것을 목표로 하는 것.

CPU, 메모리(RAM), I/O 처리 장치 등 여러 모듈로 구성되며, 완전한 컴퓨터 시스템을 소형화한 형태이다.

 

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1. SoC의 개념과 설계 원리

• SoC란?
  • System-on-Chip: 시스템과 칩의 결합
  • 시스템에 필요한 요소(예: CPU, 메모리, 외부 입출력 장치)를 하나의 칩에 통합
• 구성요소
  • IP (Intellectual Property): SoC를 구성하는 기본 단위
  • 로직 설계: 로직 게이트 → 회로 → 트랜지스터로 구성

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2. 디자인 시스템 설계의 목표

• 디지털 신호가 주로 사용되는 이유
  • 편리성: 디지털 시스템 설계가 쉽고 효율적
  • 속도와 정확성: 디지털 신호가 빠르고 신뢰성 있음
• SoC 설계의 목적
  • 기능이 많고 빠른 칩을 설계하여 이윤 창출
  • 빠르게 제조 가능한 설계를 통해 가치를 창출
• 반도체 기술 발전
  • 소자 개발: 고성능/저전력 회로 기술
  • 회로 설계: 최적화된 IP 설계
  • 아키텍처 개발: CPU, 메모리 등 SoC 구성 요소의 최적화
  • 시스템 최적화: 소프트웨어와 하드웨어의 통합 설계

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3. SoC 설계 과정(Design Flow)

# Target Application 선정:

• 예: 초소형 CCTV 제작을 위한 설계
• 요구 사항: 카메라 센서, 통신 모듈, 저전력 설계

1. Architecture Design: 프로세서, 메모리 구성 및 데이터 전송 구조 설계
2. Logic Design: 아키텍처에서 정의된 요소를 논리 회로로 구현
3. Circuit Design: 논리 회로를 트랜지스터 수준으로 변환
4. Chip Fabrication: 반도체 공정을 통해 실제 칩 제작

 

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4. 아키텍처 구성 및 검증

1. 구성요소:
   • 필요한 성능, 전력 요구 사항, 반도체 공정 선택
   • IP(기존/새로운)를 연결하여 최적화된 시스템 설계
2. RTL Simulation: Register Transfer Level을 활용한 하드웨어 언어 코딩과 시뮬레이션
3. FPGA Prototyping: SoC 설계의 FPGA 상 검증으로 합성과 동작 검토
4. Chip Fabrication: 설계 코드를 파운드리로 보내 실제 칩 제작

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+ SoC 설계 시 고려사항

• 설계의 경제적 가치와 개발 목적을 명확히 해야함.
• 시장의 수요와 경쟁력을 고려하여 SoC 설계 방향을 결정해야함.