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헤테로지니어스 SoC에 이상적인 Ncore 캐시 코히어런트 인터커넥트

입력 : 2016.08.05 15:55

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SoC 인터커넥트 IP 분야 혁신 기업인 아테리스는 지난달 13일, 삼성동 인터컨티넨탈 호텔에서 기자간담회를 열고 아테리스에 대해 간단히 소개한 후 FlexNoC 기술과 캐시 코히어런시의 개요 및 과제에 대해 설명했다. 그리고 까다로운 SoC 설계 기술력을 향상시키는 Ncore 캐시 코히어런트 인터커넥트의 출시 소식도 밝혔다.



아테리스는 2003년 설립 당시 신기술이었던 네트워크온칩(NoC : Net-work on Chip)을 개발했으며, 이 기술을 기반으로 지금까지 다양한 제품들을 개발해 왔다. 


그중 2014년에는 자동차용 시장에서 데이터를 보호할 목적으로 FlexNoC Resilience PackageTM를 선보였고, 지난해에는 FlexNoC 버전 3이 적용된 물리적 인지 IP, FlexNoC PhysicalTM을 출시했다. 그리고 올해는 Ncore 캐시 코히어런트(Cache-coherent) 인터커넥트를 시장에 내놓게 되었다.


기자간담회를 위해 방한한 커트 슐러(Kurt Shuler) 마케팅 부사장은 아테리스의 NoC 기술이 성공한 이유에 대해 “칩상에서 커뮤니케이션에 대한 요구가 높아지면 더 많은 커넥션이 요구되며 크로스바 형식에서는 물리적인 매핑도 증가한다. 이 경우, 배선 혼잡도가 높아지는데, FlexNoC를 사용하면 데이터를 패킷화시켜 배선 수를 줄일 수 있다”고 말했다. 



또한 “이번에 소개하는 캐시 코히어런트 인터커넥트는 과거에 해결하지 못했던 다양한 문제들을 고도화된 IP로 해결할 수 있는 새로운 접근법이라고 할 수 있다”고 설명했다.


"올해 출시된 캐시 코히어런트 인터커넥트는 과거 해결하지 못했던 다양한 문제들을 고도화된 IP로 해결할 수 있는 새로운 접근법이라고 할 수 있다"


캐시 코히어런시가 필요한 이유


프로세서와 밀접하게 연결되는 소형 고속 메모리를 ‘캐시’라고 하는데, 이는 복수의 데이터 복사본을 생성한다. 이때 소프트웨어로는 이러한 복사본을 관리하기 어려워 하드웨어 캐시 코히어런시가 필요해진다. 하드웨어 캐시 코히어런시는 허상의 플랫 공유 메모리를 생성하는데, 이때 소프트웨어에서는 캐시가 보이지 않으며, 복수의 복사본이 일관성 있게 보관된다. 그러나 하드웨어에서 복사본을 관리할 경우 많은 커뮤니케이션이 요구된다. 유효 복사본이 존재할 만한 모든 장소를 체크해야 하는 것이다.


SoC(System on chip)를 설계할 경우 다음과 같이 다양한 과제들이 존재한다. 코히어런트 에이전트의 수가 증가할 때 시스템을 확장해야 하거나, 다른 프로토콜, 다른 의미론적 기호를 사용하고 다른 캐시 특성을 가진 코히어런트 프로세서들을 통합해야 할 필요도 있다. 게다가 캐시 코히어런트가 없는 IP를 통합해 성능을 높여야 하며 칩에 쉽게 배치되는 캐시 코히어런트 시스템을 설계해야 하는 경우도 있다. 또한 시스템이 복잡해짐에 따라 소비전력을 최적화하는 방법도 해결해야 할 과제라고 할 수 있다.


이때 Ncore의 독창적인 헤테로지니어스(Heterogeneous) 캐시 코히어런시 성능을 이용하면 복수의 코히어런스 모델을 지원할 수 있으며, 다른 캐시 구성을 수용할 수 있도록 설정 가능한 복수의 스눕(Snoop) 필터도 사용할 수 있다.


차별화된 SoC 설계 지원


아테리스 설계 팀에 따르면, 설계자는 프로토콜 불가지론(Protocol-agnostic) 방식에서 복수의 전체 코히어런트 에이전트 포트로 캐시 코히어런트 인터커넥트를 설정할 수 있는 아키텍처를 개발해, 고정 및 중앙집중형 캐시 코히어런시 인터커넥트보다 더 우수한 설정 변경 기능(Configurability)을 제공할 수 있다. 또한, 프록시 캐시(Proxy Caches) 기술(‘I/O 캐시’라고 부른다)을 사용해 코히어런트 시스템에 접근하는 비코히어런트 에이전트의 성능을 향상시키며, 비코히어런트 IP가 시스템급 코히어런시와 같이 고성능을 구현하도록 할 수 있다.


아테리스의 반도체 설계 기술은 분산형 헤테로지니어스 캐시 코히어런트 인터커넥트를 구현해 설계자들이 휴대용 기기, HDTV, 기업용 스토리지, 자동차 ADAS(Advanced Driver Assistance Systems), 마이크로서버 및 네트워크 시장 등 다양한 설계 영역에서 더 높은 주파수와 더 낮은 전력 소모를 실현하면서도 제조 시 출시시간을 단축시키는 차별화된 SoC를 구현하도록 지원한다.


이 기술은 설정을 변경할 수 있으며 SoC 설계자가 코히어런트 에이전트 및 메모리 인터페이스 포트, 설정 변경 가능한 스눕 필터의 개수 및 크기, 프록시 캐시의 개수 및 크기, ‘victim’ LL(Last-Level) 캐시를 선택할 수 있다. 분산형 하드웨어 아키텍처는 물리적 플로어 플랜 제약 요건에 더 자연스럽게 맞춰 조정하므로 물리적 구현과 타이밍 클로저(Timing Closure)를 수월하게 할 수 있도록 지원한다.


또한 이 기술은 서로 다른 코히어런트 프로토콜 구현, 캐시 상태 모델, 그리고 캐시 구성을 동시에 구현함으로써 헤테로지니어스 캐시 코히어런트 시스템을 지원한다.


이러한 기능들은 설계자에게 뛰어난 수준의 설정 변경 기능을 제공하며, 개별 시스템의 독자적인 요건에 알맞은 SoC 주파수, 대기시간(Latency), 소비 전력에서 장점을 제공한다.


정리하면, Ncore는 다음과 같은 독자적인 특징을 갖고 있다.


• 헤테로지니어스 코히어런트 에이전트 - 서로 다른 코히어런트 프로토콜, 캐시 상태 모델, 캐시 구성을 동시에 사용할 수 있으므로, 여러 벤더들과 내부 개발 팀의 코히어런트 IP 를 사용할 수 있다.


• 분산형 아키텍처(Distributed Architecture) - 플로어 플래닝과 타이밍 클로저를 쉽게 지원하며, 클록 및 전력 관리 기능을 유연하게 실현시킨다.


• 설정 변경 가능한 스눕 필터 - 시스템의 캐시 에이전트 특성을 기반으로 복수의 개별 스눕 필터에 대한 구성, 크기, 관련성을 설정 및 변경할 수 있다.


• 프록시 캐시 - 기존의 IP만으로도 시스템급 코히어런스 이점을 달성한다.


• 확장성(Scalability) - 컴포넌트화된 솔루션을 통해 시스템 요건을 충족할 수 있도록 효율적으로 확장할 수 있다. 


김희성 기자 (npnted@hellot.net)

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