[분석정보] IDF 2012 리포트 디지털 RF 무선 기술을 강하게 내세운 Intel

Justin Rattner 씨 (Vice President, Director, Intel Labs and Intel Chief Technology Officer, Intel Senior Fellow)

기간 : 9 월 11 일 ~ 13 일 (현지 시간)
회장 : 미국 캘리포니아 주 샌프란시스코 Moscone West


Intel의 다음 큰 기술 점프에 있는 디지털 RF 무선 기술

　기존 아날로그 기술로 만들어져 왔다. 무선 통신 RF (Radio Frequency : 무선 주파수) 부분을 디지털 기술로 대체한다. 디지털화 하여 RF 부분을 무어의 법칙에 따라 소형이 된다. "무어의 법칙 무선 (Moore 's Law Radio)"을 실현한다. 또한 CPU 등 디지털 칩에 무선 통신 기능을 쉽게 통합 할 수 있도록 한다. Intel은 디지털 RF 기술이 실제 칩 수준에서 실현이 가까이 있다는 것을 데모로 보여 주었다.

　지난 주 미국 샌프란시스코에서 개최된 Intel의 기술 컨퍼런스 "Intel Developer Forum (IDF) 2012 San Francisco"에서는, 3일째 Intel의 연구 부문을 이끄는 CTO 인 Justin Rattner (저스틴 래트너) 씨 (Vice President, Director , Intel Labs and Intel Chief Technology Officer, Intel Senior Fellow)의 키 노트 연설이 행해졌다. 그 시작 부분에서 Rattner 씨가 소개한 것이 디지털 RF 기술에 의한 무선 통신 기능 칩 통합이다.

　Intel은 지금까지 CPU에 대용량의 SRAM 및 GPU 코어 각종 I / O 등을 통합해 왔지만, 다음은 무선 통신을 CPU에 통합하려 하고 있다. 다른 말로 디지털 칩 회사인 Intel이 아날로그 부품을 전문 디지털하여 수중에 넣으려고 하고 있다. 이 구상이 저비용으로 실현되면 Intel 칩은 무선 통신 기능을 내장해 안테나나 다소의 프런트 엔드 모듈을 연결하면 그대로 무선 네트워크에 연결할 수 있게 된다. 미래에는 칩 사이 연결을 무선으로 대체 할 수 있을지도 모른다.

　IDF는 마지막 날에 Rattner 씨의 연설이 행해지는 것이 관례가 되고 있다. 그리고 Rattner 씨의 연설은 Intel의 연구 부문의 미래 기술을 선보여 왔다. Rattner 씨는 디지털 무선 기술은 매우 중요하기 때문에 지난 3년간 IDF에서 소개하는 것을 계속 생각해 왔지만, 이번에 간신히 기술 데모를 보여줄 수 있는 단계에 이르렀기 때문에 키 노트에서 언급 한다고 말했다.

　Intel의 디지털 RF 노력이 10년 이상으로 넘는다. 처음에 이 구상을 밝힌 2002년 봄 "IDF Spring 2002" 에서 당시 CTO였던 Patrick (Pat) P. Gelsinger (패트릭 · P · 겔싱어) 씨가"Radio Free Intel (라디오 프리 Intel )" 이라는 캐치 프레이즈로 소개했다. 무선 통신 기능을 비용 무료로 모든 디지털 칩에 통합한다는 구상이었다. 아래는 당시의 슬라​​이드다.

Radio Free Intel

Radio Free Intel 구상의 실현을 향한 대처

칩셋이나 프로세서의 이해

무어의 법칙에 따른 무선 회로를 실​​현

　디지털 RF 기술의 장점 중 하나는 무선 통신 장치를 무어의 법칙에 따라 작게 하는 것이다. 무선 통신에서 가장 낮은 주파수의 베이스 밴드 부분은 디지털 회로화 되어 있지만, 통신에 사용되는 고주파 대역에서 동작하는 RF 부분은 아날로그 회로의 상태이다. 이것이 무선 통신 기기의 칩 개수 감소 및 비용 절감에 큰벽이 되고 있다. RF를 디지털 칩에 통합하는 것이 어렵고, 통합해도 아날로그 부분이 부담이 되어 버리기 때문이다.

　Rattner 씨는 RF 아날로그 회로는 현재는 피쳐 크기로 100nm 전후, 게다가 쉽게 스케일 다운 할수 없다고 설명했다. CMOS 공정이 미세화하여 디지털 회로 부분이 점점 작아 져도 아날로그 회로 부분은 거의 줄어들지 않는다. 아날로그 회로는 노이즈에 약하고, 신뢰성을 유지하려면 일정한 크기가 필요하며 CMOS 스케일링에 따라 미세화 할 수 없기 때문이다. 따라서 현실 솔루션으로 무선 통신을 필요로 하는 모바일 SoC 등에서도 현재는 RF는 SoC에 통합하지 않는 것이 일반적이다.

무선 기술은 아날로그의 세계였다

아날로그 무선의 과제

무선 기술은 "수학"에서 태어났다.

　하지만 실제로 무선 통신의 RF 부분의 처리에서 행하고 있는 것은 사실 계산이라고 Rattner 씨는 지적한다. "만약 계산 문제라고 한다면, 그것은 실현할 수 있다. 특수 컴퓨터가 필요 하지만, 그래도 컴퓨터 임이 틀림 없다. 수학적 기초로 이 디지털 무선 화의 과제를 풀어야 한다." 즉, RF 고주파 부분을 아날로그 그대로 처리하는 것이 아니라, 디지털 샘플링하여 그것을 컴퓨터에 부어 계산​​으로 해결 하려고 하고 있다.

　이 구상에는 전제 조건이 있다. 그것은 대상으로 하는 통신 주파수를 실시간으로 처리하는데 충분한 디지털 회로의 동작 주파수가 필요하다는 점이다. 원래 Intel이 Radio Free Intel 무선 기능의 디지털화를 생각하기 시작한 것은 프로세서 측의 주파수가 증가했기 때문이다. 당시 Gelsinger 씨는 "디지털 회로의 동작 주파수가 무선 주파수와 같은 수준에 도달했기 때문에 (디지털 무선이) 가능하다고 생각하기 시작했다"고 했다. 전제 조건이 갖추어져서 실제로 실현하기까지 10년의 연구 개발이 필요했다.

마침내 현실화된 대부분 디지털 RF

　이러한 전제를 거쳐 Rattner 씨는 Intel의 현재 성과를 보여 주었다.

　먼저 아래의 슬라이드는 현재 일반적인 무선 통신 회로, 블루의 부분이 아날로그 회로, 그린 부분이 디지털 회로를 나타내고 있다. 오른쪽의 안테나에서 들어온 고주파 신호는 프론트 엔드 모듈을 거쳐 리시버 (RX)에 입력된다. 여기에서는 베이스 밴드에 들어가기 전으로 ADC (Analog-to-Digital Converter)에서 디지털 신호로 변환 될 때까지 아날로그 회로이다. 출력측의 송신기 (TX)도 마찬가지로,베이스 밴드에서 DAC (Digital-to-Analog Converter)에서 아날로그 신호로 변환 된 후 아날로그 회로 군을 거쳐 RF 주파수까지 인상된다.

일반적인 무선 회로

　위의 슬라이드는 단순화되어 실제로는 베이스 밴드까지 다양한 6회로가 있다. 그러나베이스 밴드 이외는 모두 아날로그 회로로 구성되는 것이 일반적이다. 이것을, Intel은 아래의 슬라이드로 바꾸려고 한다. 수신기와 송신기 모두 트랜시버의 대다수가 디지털 회로를 대체. 아날로그 회로로 파워 앰프 등이 남아 있지만, 매우 소수로 디지털 RF로 말해도 좋을 구성으로 되어있다.

디지털 RF로 바꾼 회로

　그러나 이만큼의 디지털 회로화를 실현하기 위해서는 엄청난 엔지니어링 노력이 필요 했다고 한다. Rattner 씨의 키 노트 스피치에 등장한 Yorgos Palaskas 씨 (Research Leader, Radio Integration Lab, Intel Labs)는 아날로그 회로를 대체하는 디지털 회로 블록을 제로부터 개발해야 했다고 설명한다. 아래의 슬라이드에 있는 "Sigma Delta ADC" "Digital Frequency Synthesizer" "Digital RF Power Amplifier" "Digital Phase Modulator"등의 회로를 개발했다고 한다.

Palaskas 씨

디지털 수신기와 송신기

Rattner 씨 (오른쪽)와 이야기 Palaskas 씨 (왼쪽)

　이러한 디지털 회로 무선 송수신기를 구성하고 있지만, 아날로그 회로와 달리 다른 논리 회로 및 SRAM 과 같이 미세화로 스케일 다운한다. 예를 들어, 90nm 공정으로는 1.2 제곱 mm의 다이 면적과 50mW의 전력을 먹고 있었던 Digital Frequency Synthesizer 블록은 현재 32nm 공정에서 불과 0.3 제곱 mm로 약 4분의 1의 크기로 축소하고 전력도 21mW 되며 42%까지 줄어든다. 14nm 공정 세대는 0.04 제곱 mm로 거의 비용을 무시할 수 있을 것 같은 크기까지 축소될 전망이다.

CMOS 스케일 다운의 장점

무어의 법칙에 의거한 디지털 무선

　IDF는 프로토 타입 회로를 사용하여 실제로 시현이 열렸다. 또한 디지털 RF 회로를 SoC에 통합한 32nm 공정의 테스트 칩 "RosePoint"도 웨이퍼와 함께 공개되었다. RosePoint은 Atom CPU 코어와 Wi-Fi의 통신 회로를 통합한 SoC이다. RosePoint의 다이를 보면 RF 트랜시버 부의 오른쪽에 큰 사각형의 파워 앰프 부분이 탑재해 있는 것을 알 수있다.

IDF의 기조 연설에서 사용된 디지털 라디오 테스트 보드

RF 회로를 SoC에 통합한 "RosePoint "

Atom과 Wi-Fi 트랜시버를 내장한 RosePoint

송신기와 수신기 데모

RosePoint 웨이퍼

밀리미터 파 통신 기술 WiGig에 의한 도킹 솔루션

　Rattner 씨의 키 노트 스피치에서 디지털 RF에 이어 밀리미터 파 통신을 사용한 Gigabit 통신 기술 "WiGig"가 소개되었다. 현재 60GHz의 높은 주파수 대역을 사용한 최고속 무선 통신 기술 표준 경쟁이 진행되고 있다. 소위 "밀리미터 파"라고 불리는 이 대역에서 몇 Gbits / sec의 광대역 통신이 가능하게 된다. Intel은 이 분야에도 열심 "WiGig (Wireless Gigabit Alliance)" 이라는 업계 단체를 설립했다. WiGig는 버전 1.0에서 7Gbits/sec의 사양이 되고있다.

　Rattner 씨는 WiGig을 사용해 근거리의 장치와 PC를 연결하는 무선 도킹 시현을 보였다. HD 비디오를 저장장치에서 WiGig으로 노트북 PC에 스트림으로 쓰기 사용법 시현이다. 키 노트 스피치는 왜 WiGig 이 아니고는 되지 않느냐는 설명으로 전파 간섭의 적음을 들었다.

WiGig 얼라이언스

WiGig 얼라이언스 참가 멤버

WiGig을 사용한 전송

　Intel은 "Always-On and Always-Connected"즉, 항상 켜져 있고 항상 네트워크에 연결되어 있는 컴퓨팅을 실현하려 하고 있다. 그러나 실제로 프로세서가 항상 온 해서는 배터리가 오래가지 않는다. 여기에서 현실에서는 프로세서를 장시간 절전 모드에 떨어뜨리고 네트워크 경유의 데이터를 버퍼링, 프로세서가 웨이크 업 할 때 함께 처리하는 구조를 만들었다. Rattner 씨의 키 노트 스피치에서 소개된 이 기술은 "Spring Meadow"라는 코드 네임을 붙이게 되었다.

　CPU가 슬립하고 있는 동안은 이메일이나 Facebook 등 SNS의 업데이트 등 네트워크 컨트롤러가 수신, CPU가 절전 모드에서 복귀하는 단계에서 CPU에 전송한다. 불필요한 패킷 필터링을 폐기한다. CPU는 절전 모드를 해제하면 NIC의 버퍼에서 패킷을 수신 응용 프로그램이 SNS의 업데이트 본체 데이터 등을 서버 측에 요청한다. 이를 통해 업데이트가 이루어진다.

상시 접속 및 배터리 문제

Smart Connect Technology

항상 온 상시 연결

Spring Meadow 기술

손바닥 생체 인식 기술로 편리함과 보안을 양립

　이 외에도 Rattner 씨의 연설에서는 스트리밍 미디어의 품질을 제어함으로써 최적의 비디오를 제공 할 수 있는 "Video Aware Wireless Networks"가 소개되었다. 이 기술은 Verizon이나 Cisco와 같은 산업 기업과 제휴하여 개발하고 있다고 한다. 각 클라이언트의 통신 대역을 최대 활용하여 고품질 비디오 전송을 가능하게 한다.

비디오 전송 기술 "Video Aware Wireless Networks"

비디오 콘텐츠 증가

VAWN 기술 개요

기존의 대역 제어에 의한 전달

비디오 품질 최적화를 통해 많은 사용자가 더 좋은 경험을 얻을 수 있다.

　Rattner 씨가 다룬 다음 화제는 생체 인증으로 손바닥의 정맥을 이용한 인증 기술 "PalmSecure"(후지쯔)를 예로 들어 차세대 인증 시스템이 설명되었다. 데모에서는 손바닥을 가리는 것으로, 태블릿을 잠금 해제하기. 그대로 사용자가 은행 계좌 등 서비스에 암호를 입력하지 않고 생체 인식 액세스 하는 것을 보여 주었다.

　이 경우 태블릿을 시작 상태로 누군가에게 노출 될 경우 은행 계좌를 그대로 사용되어 버린다. 그래서 데모는 사용자가 장치를 놓을 때 가속도 센서에서 그것을 감지 장치가 정지하여 사용되지 않은 상태에서 다시 락을 건다. 사용자가 돌아와서 손바닥으로 조합하면 즉시 해제한다. 생체 인증을 정밀하게 행하는 것으로 여는 새로운 보안 방식을 보여 주었다.

모바일 사용자 인증

생체 인식 기술

클라이언트 기반의 생체 인식 기술

후지쯔의 생체 인식 기술 "PalmSecure"

　무선 및 네트워크 만끽 키 노트 연설의 마지막에서 Rattner 씨는 클라우드 기반의 무선 기지국 솔루션 C-RAN (Cloud Radio Access Network)에 대해서도 언급했다. 이것은 China Mobile과 공동으로 진행하고 있는 프로젝트에서 이른바 스몰 셀 형식의 무선 네트워크를 위한 인프라이다. 기지국 측에서 모두 처리하는 것이 아니라 기지국은 최소한의 시설로 하고 데이터 센터 측에서 신호 처리를 행한다.

무선 기술의 현재

Cloud Radio Access Network (C-RAN)

C-RAN 기술과 기존 기술의 비교

nekomimi을 붙이고 등장한 Rattner 씨

　이번 Rattner 씨의 기조 연설은 예년보다 억제한 톤이었다. 그러나 시작 부분에서 Rattner 씨는 착용자의 기분을 감지하는 고양이미미 (일본에서 발매한 뇌파 네코미미 "nekomimi" 로 보인다)를 달고 등장. 기술 발전을 소개하는 동시에 웃음을 취했다. 이러한 전대 미문의 CTO를 안고 있는 것은 회사가 마케팅 일변도가 아니라는 이미지를 심어주는 데 한몫하고 있다.

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