[분석정보] 인텔. 아톰보다 더욱 저전력 CPU Quark 발표 IDF 2013 샌프란시스코

The Internet of Things (IoT)를위한 CPU Quark

　Intel은 더 낮은 전력 수준으로 x86 CPU 코어의 커버리지를 늘인다. 그것이 새로운 Intel 프로세서 "Quark (쿼크) '제품군의 뜻이다. 기존의 Atom 기반의 제품에 비해 Quark는 5분의 1크기 10분의 1의 소비 전력을 달성 할 수 있다고 한다. 이른바 마이크로 컨트롤러 수준의 프로세서이다. 하지만 Intel의 목적은 마이크로 컨트롤러를 대체 하는 것이 아니라, 이 칩으로 새로운 시장을 여는 것이다.

　더 명확하게 말하면 'The Internet of Things (IoT) " 결국, 모든 장치가 인터넷에 연결되는 세계에 Quark로 대응하려 한다. 그리고 IoT로 열리는 대표적인 응용 프로그램은 웨어러블 컴퓨팅이다. 현재 컴퓨터 업계는 이 비전 달리고 있어 Intel도 거기에 대응한다고 말할 수 있다.

Internet of Things

웨어러블 컴퓨터로 진행

　그렇지만 실제로는 IoT 나 웨어러블에(착용형) 대해서는 원래 내장에(임베디드) 강한 ARM이 손을 뻗어 가고있다 (예를 들어, Google Glass는 ARM). 임베디드 프로세서의 진화 형태이므로, 본래 ARM의 앞마당이다. 따라서 여기에서 팔짱끼고 있으면 ARM에 점유된 모바일 시장의 반복된 실패가 될 수도 있다. 따라서 Intel은 서둘러 대응할 필요가 있고, Quark가 그 해답으로 급거 등장했다.

원자보다 작은 소립자

　동사는(인텔은) 현재 미국 샌프란시스코에서 개최되는 개발자 대상 컨퍼런스 "Intel Developer Forum (IDF) '에서 Quark 제품군을 발표했다. Quark의 특징은 초 저소비 전력 프로세서 코어로 SoC의 핵심이 되는, 로직 합성이 가능한 풀 신디사이저블 코어로 존재된다. 네이밍은 매우 알기 쉽게, "원자 (Atom)"보다 작기 때문에 '쿼크 (Quark) "(원자의 중심에있는 원자핵의 양성자와 중성자는 각각 3 개의 쿼크로 구성되어있다) 이다.

　Quark는 풀 신디사이저블 소프트 IP이기 때문에 원리적으로는 Intel 이외의 파운드리에서도 제조가 된다. Intel의 CEO 인 Brian Krzanich 씨도 Intel 외에서 출시할 수 있다고 인정하지만, 현재 계획은 Intel 내부에서의 제조에 한정한다. 신디사이저블로 한것은, SoC 설계의 자유도를 높이기 위해서 라고 한다.

착용 할 수 있는 장치의 개념을 선보였다

　Quark에서 목표한 장치의 예로 Krzanich 씨는 암밴드형 컴퓨팅 장치를 보였다. Samsung이 시계형 "GALAXY Gear '를 발표하고 Apple이"iWatch "를 개발하고 있다고 말하는 가운데, Intel 판 웨어러블 장치 개념의 광고다.

Intel은 초 저전력 x86 CPU 테스트 칩을 ISSCC 등에서 발표

　Quark 같은 x86CPU 기반의 초저전력 SoC 자체는 사실 어렵지 않다. CPU 코어에 관해서는, 보다 저전력으로 낮은 성능의 코어를 준비하면 되기 때문이다. 그리고 Atom 보다 전력 소비가 낮은 전력 효율적이 높은 코어를 만드는 것 자체는 그다지 어렵지 않다.

　사실, Intel은 이러한 테스트 칩을 만들고 있었다. 2012년 2월 ISSCC (IEEE International Solid-State Circuits Conference)에서 자세한 내용을 발표했던 "Claremont (클레어몬트)"가 그것이다. Claremont는 "근접 임계 전압 (Near-Threshold Voltage : NTV)"회로 기술 테스트를 위해 개발된 x86 CPU와 I / O를 집적한 칩이다. Intel은 2012 년 칩 컨퍼런스 "Hot Chips" 와 Intel의 연구 부문의 컨퍼런스 'Research @ Intel 2012'에서도 이 칩에 대한 설명을 했다.

　로직 LSI는 동작 전압을 일정 비율 이하로 내려서 안정 동작시키는 것이 어렵다. 그때문에 고성능 CPU는 일정 이하의 저전력 작동이 가능하려면, 동작시 쓸데없는 전력을 소비해 버린다. 그러나 NTV 기술을 사용하는 것으로, 논리 회로의 동작 전압을 임계 전압 가까이 내려도 안정 동작 가능해 진다. 그리고 NTV 범위에서 작동하는 경우는 성능 / 전력 효율은 보봍 운영시 보다 최대 5배 높아진다.

NTV 기술을 이용한 낮은 임계 전압의 효율

Claremont 정보

　Claremont가 NTV 기술로 제작된 CPU로 시작 칩의 다이 (반도체 본체)는 변이 5mm  정도, 소비 전력은 동작시 최저 전력에서 20mW 이다. 재미있는 것은, 이 스펙이(사양이) 이번 Intel이 말한 Quark 기반 칩의 스펙에 비슷하다는 것이다. Intel이 공개한 Quark 칩은 손에 든 크기를 보면 패키지가 변이1cm 을 조금 넘는 정도, 다이는 각변 5mm 전후로 보인다. 각변 5mm 크기는 25 제곱 mm 정도로 Atom 계 SoC의 3분의 1 ~ 5분의 1 크기가 된다. 전력은 NTV 작동때면 20mW 이하로, 이것도 초대 Atom과 비교하면 10분의 1 이하다.

Quark X1000를 IDF에서 발표

Claremont 의혹이 있는 IDF의 Quark

　이렇게 보면 Intel이 이번 IDF에서 보여준 Quark는 Claremont 아닌가 하는 의문이 떠오른다. Claremont 라면 이미 테스트 실리콘 있으므로 보여줄 수있다. Claremont 내용은 " 풀 신디사이저블 '인 Pentium 코어 (P54C)에 신디사이저블인 x86 코어는 Quark의 조건도 충족한다. 다이 사이즈적 으로는 IDF에서 보여준 칩에 거의 가깝다.

Claremont의 CPU 코어는 거의 Pentium

풀 신디사이저블인 Claremont CPU 코어

Claremont의 동작 전압과 전력 및 동작 주파수

Claremont로 발표했을 때 패키지

　그러나 Intel이 Claremont을 정말 제품으로 가져오는가? 하면, 그것은 의문이다. Claremont 테스트 칩으로, 제품으로 설계된 칩은 아니다. 공정은 32nm의 HKMG 공정으로 다이의 대부분은 I / O 영역에서 차지하고 있다. P54C의 CPU 코어 자체도 32nm에서 2 제곱 mm로 결코 작지 않다. 다이 영역에 최적화된 CPU 코어 매크로 되어 있지 않기 때문일 것이다.

　이러한 상황을 생각하면, 다음과 같은 시나리오가 떠오른다. Intel은 The Internet of Things (IoT)에 대한 대응을 강요당하고 있었다. 쇄신된 새로운 경영진은 그에 대한 해답을 빨리 보여주지 않으면 안된다. 그것도 할 수 있다면, 모양이 (실제품이) 있는 쪽이 좋다. 그렇다면 먼저 눈앞에 있는 테스트 칩을 우선 보이고 자세한건 프레젠테이션 하자. 그런 경위였는지도 모른다.

진짜 Quark는 아직도 미래인가?

　어쨌든, Intel은 제대로 제품으로 설계한다면 Pentium (P54C) 코어보다 아득한 고급 코어를 동수준의 다이 영역에 밀어 넣을 수 있다. 최신의 저전력 코어 "Silvermont (실버몬트)"에서 조차 22nm로 2 제곱 mm 대의 크기로 되어 있는 것을 생각하면, 줄이는 것은  얼마든지 할 수 있다. 예를 들어, 초대 Atom의 Bonnell (본넬) 코어를 싱글 디코딩 & 이슈로 바꾸면 꽤나 코어는 작아진다. Quark 실제 제품은 그러한 코어로 되어 있을지도 모른다.

 한가지 명확한 것은 프로세서 전쟁의 무대는 PC & 서버용 CPU 코어에서 저전력 모바일 CPU 코어로 넓어지고, 다음은 더 저전력으로 작은 코어의 영역에 까지 넓어지려 한다. 다음 전장은 ARM 제품 계열로 할하면, Cortex-A5/A7 이나 Cortex-R 계의 영역으로 Intel도 거기에 대응하려는 것으로 보여진다. 덧붙여서, Apple도 제 2의 CPU 개발 부대를 일으켜 세운 것으로 얘기되고 있는데, 그것도 같은 영역을 타겟팅하고 있는지도 알수 없다.

ARM 제품 분포. 리얼 타임 프로세서는 Cortex-R 계의 영역

[IDF 뉴스] IDF 2013 샌프란시스코 아톰보다 더 작은 Quark SoC