Author: 윤 범진 기자 (Senior Reporter / Techworld, Inc.)
Source: 월간 전자부품 (Electronic Parts & Components Monthly), Dec. 2000 / 통권154호
Date: 2000.12.13

PLD업계의 영원한 맞수
ALTERA 對 XILINX
디바이스 경쟁 '무풍지대'는 없다

SoC 컴퍼니를 향한 무한질주… 일진일퇴 용호상박 형국

98년 21억3,000만 달러 규모이던 세계 PLD시장이 지난해 25억 달러를 넘어섰으며 올해 50% 이상 성장할 것으로 예측되고 있는 가운데, PLD업계의 맞수 알테라와 자일링스간의 경쟁이 뜨겁게 달아오르고 있다.

프로그램이 가능한 논리소자인 프로그래머블로직디바이스(PLD)가 전통적인 주문형반도체(ASIC) 뿐만 아니라 반도체 수요 전반에 걸쳐 시장영역을 확대해 나가고 있다.
  최근 PLD 제품이 기존 수요처인 이동통신 관련 기지국 및 교환기, 전송장비 분야 외에 디지털가전과 PC, 산업용 장비 등 신규시장 분야에서도 폭넓게 응용되면서 PLD 시장규모는 연평균 20% 이상 고속 성장을 거듭하고 있다.
  시장조사 전문기관에 따르면, 98년 21억3,000만 달러 규모이던 세계 PLD시장이 지난해 25억 달러를 넘어섰으며 올해 50% 이상 성장할 것으로 예측되고 있다.
  이처럼 PLD의 수요가 급속히 확대되고 있는 데는 여러 가지를 들 수 있다.  우선 PLD가 일반 ASIC과 달리 고객이 프로그램 할 수 있는 데다 최근 들어 집적도가 100만 게이트를 훨씬 넘는 대용량 PLD 제품이 잇따라 출시되고 있기 때문이다.  또한 PLD 벤더들이 제조공정 개선을 통해 제조단가를 낮추고 성능이 뛰어난 각종 설계 툴을 공급하면서 개발환경이 크게 향상되었다는데 이유가 있다.  이밖에도 PLD는 초기개발비용(NRE) 및 최소 구매 요구수량(MOQ)에 대한 부담이 거의 없을 뿐만 아니라, 급변하는 시장변화에 따른 타임 투 마켓의 이점을 제공한다.
  여기에다 주요 PLD 벤더들이 직접 또는 전략적 제휴를 통해 온-오프라인으로 고객지원에 적극적으로 나서고 있으며 최근에는 시스템온칩(SoC) 구현을 가능케 하는 재사용 가능한 각종 IP코어를 제공, 기술을 주도하고 있다.

집적도 경쟁

올 한해 PLD업계의 최대 쟁점은 단연 SoC 구현을 위한 FPGA 기술과 집적도 경쟁이다.
  자일링스는 지난 6월 1천만 시스템 게이트급 FPGA인 『Virtex-Ⅱ』 아키텍처를 발표했다.  이 제품은 프로세싱, 메모리, 타이밍, I/O 대역폭 등을 최대화하여 시스템 성능을 한 차원 높인 제품으로, 8층 가운데 일부에 구리배선 기술을 채택했으며 트랜지스터 5억개를 집적하고 0.10마이크론 공정기술로 빠르게 전환할 수 있도록 최적화 한 것이 특징이다.
  이어 한 달 후 자일링스는 0.15마이크론 공정을 적용하여 블록램(blockRAM)이 온칩 되어 있는 300만 게이트급의 『Virtex XCV3200E』를 출시, 집적도 경쟁에 가속을 붙였다.  또한 후속 조치로 Virtex-Ⅱ 제품군을 지원하는 지적재산(IP) 29가지의 상용화 계획을 발표했다.^주1)  상용화된 IP들은 Virtex-Ⅱ와 같은 1000만 시스템 게이트급 PLD를 고속 설계할 수 있게 해주는 솔루션으로, 디지털신호처리기(DSP), 스토리지 블록, 메모리, 산술기능(math functions) 등 4가지 코어를 포함한다.
  한편, 업계 최대 경쟁사인 알테라는 250만 시스템 게이트의 『APEX EP20 K1500E』 디바이스를 지난 6월말 발표했다.
  이 제품은 0.18마이크론 8층 금속공정을 사용했으며 알테라가 집적도를 계산하는 단위로서 사용하는 프로그래머블 로직의 기초 빌딩 블록인 로직 엘리먼트(LE)를 5만1,840개 보유하고 있다.
  알테라의 APEX EP20K1500E 디바이스는 840Mbps에 달하는 16채널 저전압차동신호(LVDS) I/O 성능을 제공하는 트루-LVDS 솔루션을 포함하고 있다.  또한 SSTL 3/2, GTL+, AGP, LVTTL, LVCMOS, HSTL, PCI 66/PCI-X, 그리고 T1/E1 인터페이스와 같은 I/O를 지원한다.^주2)

SoC 구현을 위한 디바이스 경쟁

앞으로 반도체산업의 흥망을 가르는 중요한 기준은 SoC 구현 능력에 있다는 주장에 이견을 제기할 반도체업체는 없어 보인다.  시장조사 전문기관인 데이터퀘스트에 따르면, 오는 2004년 SoC의 생산규모가 연간 13억개를 돌파할 전망이다.  이에 PLD 벤더들이 SoC 개발을 위해 경쟁적으로 나서고 있는 가운데 알테라와 자일링스는 안정적인 생산라인과 풍부한 IP 확보를 위해 최근 잇따라 전략적 제휴를 발표했다.
  자일링스는 지난 8월 IBM과 통신, 스토리지, 컨수머 시장을 겨냥한 차세대 IC 칩을 공동 개발하기 위해 전략적 제휴를 발표했다.^주3)  이 계약을 통해 자일링스는 축약명령형컴퓨팅(RISC) 방식의 파워 PC(PowerPC) 코어와 코어커넥트(CoreConnect) 버스를 라이선스하여 자사의 Virtex-Ⅱ FPGA에 통합키로 했다.^주4)
  자일링스는 이와 함께 멘토그래픽스, 시놉시스, 윈드리버 시스템즈, 매쓰웍스 등 전자회로설계(EDA) 업체들과도 업무 제휴를 맺고 설계 소프트웨어의 개발에 적극 나서고 있다.
  알테라도 이에 뒤질세라 세계적인 RISC 계열의 IP 코어 공급업체인 ARM과 MIPS사로부터 코어 라이선스를 받아 SoC 개발에 박차를 가하고 있다.^주5)  또한 자일링스가 IBM의 파워 PC코어를 채택함에 따라, 파워 PC 라이선스를 위해 모토로라와 협상중인 것으로 알려졌다.  아직 알테라의 공식적인 발표는 없었지만, 내년 중 파워 PC에 기반한 제품이 발표될 가능성이 높다고 알테라코리아 관계자는 주장했다.
  특히 알테라의 SoC 기술개발에 대한 의지를 한 눈에 파악할 수 있었던 행사가 지난달 2일 삼성동 그랜드 인터컨티넨탈호텔 그랜드볼룸에서 성황리에 개최됐다.
  일본에 이어 한국에서 처음 개최된 제 1회 『PLD World Korea』는 알테라의 PLD 제품 라인과 IP, 그리고 EDA 설계 툴 및 시스템온어프로그래머블칩(SOPC) 설계 관련 제품을 총망라해 소개하는 자리로 마련됐으며, 하루 동안 1,100여명이 넘는 참관객이 몰려 성황을 이뤘다.
  이번 행사는 여러 가지 데모가 동시에 진행되었는데, 특히 알테라의 SoC 개념인 SOPC에 관한 기술을 직접 확인하고 최신 알테라 개발 툴에 대한 데모에 직접 참여할 수 있었다는 것이 특징적이다.  또한 IP코어에 대한 다양한 정보뿐만 아니라 현장에서 『엑스칼리버(Excalibur)』 임베디드 프로세서 솔루션이 소개돼 관심을 끌었다.
  엑스칼리버는 알테라가 SOPC 디자인에 있어 내장형 프로세서 통합을 위한 전략과 함께 지난 6월에 발표한 『니오스(Nios)』 RISC 기반 임베디드 프로세서 솔루션이다.
  이 솔루션은 저렴한 5달러의 가격대로 50MIPS의 성능을 제공하며 16비트 명령어 세트와 16/32비트 데이터 경로 및 클록 하나당 평균 하나의 명령어를 실행하는 5단계 파이프라인을 사용해 설계된 것이 특징이다.
  이날 행사에 참석한 알테라의 아시아-태평양 지역 영업 총괄 부사장인 벤 리(Ben Lee)씨는 "알테라는 더 이상 로직 회사가 아니다."라면서 "이제 SoC 전문회사로 거듭 날 것"이라며 기존 프로세서 시장은 물론 광대역 통신 애플리케이션 시장에도 참여할 것임을 강력히 시사했다.
  이에 더해 알테라는 지난 9월부터 본사 차원에서 SoC 설계를 위한 온라인 교육을 실시한다고 발표했다.  이 교육은 개발자들의 개인 진도나 학습 속도에 따라 맞춤형으로 제공되며, 온라인 교육은 알테라 홈페이지(http://www.altera.com)에서 등록비 95달러만 지불하면 신청할 수 있다.^주6)

버스 인터커넥트 표준 경합

SoC 회사가 되기 위한 PLD 벤더들의 신경전이 그 수위를 더해 가면서 SoC 버스 인터커넥트(interconnect) 표준을 놓고 또 다른 경합이 연출되고 있다.
  이러한 사실은 알테라와 자일링스가 SoC 시장에서 중요한 마이크로프로세서 코어를 PLD에 결합하기 위한 계획을 추가하면서 수면 위로 떠오르기 시작했다.
  이와 관련, 알테라는 ARM사의 AMBA(Advanced Microcontroller Bus Architecture)를 사용, 엑스칼리버 제품을 발표했으며 자일링스는 IBM의 코어커넥트 버스를 라이선스 했다.
  현재 SoC 디바이스를 위한 버스 분야는 미미한 논쟁이 진행되고 있는 상황으로, IP 관련 기술단체인 VSIA(Virtual Socket Interface Alliance)가 싱글 버스에 대한 VSIA 표준이 없다고 발표한데 기인한다.  대신에 이 단체는 모든 온칩 버스에 구성부품을 모으자는 주장을 몇 년 전부터 지지하고 있다.  이에 따라 IBM, ARM, 모토로라, 팜칩(PalmChip) 등 여러 회사들이 SoC 버스를 실리콘 IP 협의회에 제공하고 있다.
  현재 자일링스만이 코어커넥트를 지지하고 있는 상황이다.  반면 AMBA는 루슨트 테크놀로지스가 자사의 FPGA에 이미 사용하고 있으며 퀵로직도 임베디드 표준 제품에서 AMBA버스를 사용할 것으로 알려졌다.
  코어커넥트를 사용하는 자일링스는 자사의 FPGA에 어떤 모양이든 간에 하드 코어를 추가할 의지를 보이고 있다.  전에는 코어가 어레이 내부의 특정 칼럼에 의해 제한을 받았으나, 시스템 레벨 설계가 가능한 버텍스(Virtex) 아키텍처의 경우에는 분할 라우팅 구조로, 이것은 지연을 관리하기 위해 일정한 시간 간격을 두고 버퍼를 포함하게 된다.  따라서 칩 상의 모든 곳에 소프트 코어를 통합할 수 있다.
  IBM은 5년전에 설계 재사용(re-use)을 쉽게 하기 위한 방법으로 코어커넥트를 사용하기 시작했다.  이 회사는 지난해 초부터 버스 채용이 더 많은 자사 칩과 IP 판매를 기대하며 라이선스를 위해 코어커넥트를 제공하기 시작했다.  자일링스는 자사의 고객들에게 IBM의 라이선스를 다운로드하여 사용할 수 있도록 허락을 받은 상태이지만, 이것은 단지 자일링스의 디바이스에 제한되어 있다.
  알테라의 엑스칼리버는 인하우스 소프트 코어인 니오스와 선택 가능한 ARM과 MIPS사의 프로세서 하드 코어를 APEX 디바이스에 수용한 제품이다.  최근 알테라는 엑스칼리버에 ARM사의 AHB(AMBA High-Performance Bus)를 이용할 것이라고 발표했다.  이와 함께 APEX 제품군에 설계된 엑스칼리버 제품인 ARM 코어에 기반한 XA1, XA4, XA10과 MIPS32 4Kc에 기반한 XM1, XM4, XM10을 발표했다.
  이로써 각자 다른 버스 인터커넥트 표준을 따르고 있는 알테라와 자일링스의 경합은 고객의 선택만을 남겨놓게 되었다.

구리기술 경쟁

세계 주요 반도체업체들이 자사 실리콘 제품의 시장경쟁력을 높이기 위해 구리기술을 앞다퉈 도입하고 있는 가운데 PLD 벤더들 간에도 구리기술 도입 경쟁이 치열하게 전개되고 있다.  구리기술이 앞으로 PLD 벤더들에게 더 작은 선폭과 디바이스 성능, 그리고 다이 면적 및 구동전압에 있어서 획기적인 성과를 가져다 줄 것이기 때문이다.
  이미 올초부터 알테라와 자일링스는 구리공정 도입에 관한한 각축전이 예견되었다.  선제 공격에 나선 것은 알테라로, 이 회사는 대만 최대의 반도체 파운드리 업체인 TSMC와 손잡고 전층 구리배선만을 이용한 0.18마이크론 공정의 40만 게이트 테스트 칩을 1월말 발표했다.  이 발표가 있은 후, 10개월만인 지난달 20일 알테라는 TSMC의 0.15마이크론 공정기술을 사용, 전층 금속 배선에 구리를 사용한 『APEX20KC』 제품군을 발표하기에 이르렀다.^주7)
  알테라의 발표에 따르면, 10만 게이트부터 150만 게이트까지 집적도 범위를 가진 6개의 디바이스로 구성된 APEX20KC 제품군은 0.18마이크론 알루미늄 공정을 가진 동급 제품에 비해 코어 성능을 25∼35% 가량 증가시켰다.  또한 현재 전층 구리기술을 사용해 제작된 유일한 이 제품은 고성능 통신 애플리케이션이나 SOPC 설계에 있어서 중요한 요건인 초고속 I/O 성능을 위한 차동 신호의 기능을 갖추고 있다.
  알테라는 APEX20KC 제품군이 트루-LVDS 솔루션 기능을 갖춰 업계에서 가장 빠른 I/O 성능에 최적화되도록 만들어졌으며 10기가비트 이더넷이나 광 원거리통신망(WAN) 장비에 필요한 요건인 고대역폭과 고성능을 지원할 수 있는 채널당 840Mbps 성능을 제공한다고 주장하고 있다.
  한편, 알테라보다 앞서 구리기술을 적용해 제품을 발표한 것은 자일링스이다.  이 회사는 대만 UMC와 손잡고 6층 금속층 중에서 맨 위 두 개 층에 구리기술을 적용한 0.18마이크론의 『Virtex-EM』 제품군을 올 3월에 발표했다.^주8)
  Virtex-EM 제품군의 경우, 상위 두 개 층은 클록 스큐와 I/O 스큐를 최소화해 주는 클록라인 라우팅에 사용되어 성능을 최적화 해준다.
  이 제품은 특정 애플리케이션에 더 많은 블록램과 메모리 대역폭, 1메가비트 이상의 트루 듀얼포트(True Dual Port) 블록램을 제공하는 『Virtex-E』 확장 메모리 FPGA 제품으로, 대용량 블록램을 이용해 라인 버퍼 메모리와 비디오 프로세싱 엔진 또는 DSP 기능이 하나의 디바이스 안에 적용될 수 있다.
  반도체업계에서는 회로선폭이 0.13마이크론 이하로 내려가면 구리기술을 적용하는 것이 당연한 선택으로 보고 있다.  따라서 PLD 벤더들의 구리기술 도입은 2∼3년 후에는 최고점에 이를 전망이다.