[분석정보] Windows 8로 떠오르는 Intel 태블릿 SoC 클로버 트레일의 배경

 

Windows 8 태블릿 침투를 노리는 Clover Trail

 드디어 등장한 Microsoft의 반격 비장의 카드 "Windows 8" 그리고 Windows 8과 함께 떠오르는 것은 x86 계 CPU 기반의 Windows 8 태블릿이다. ARM 버전의 Windows RT에 대한 불안으로 부터 x86의 Windows 8 태블릿에 대한 기대가 높아지고 있다. 그리고 Intel은 이 타이밍에 맞추어 태블릿 용 SoC (System on a Chip) "Clover Trail (클로버 트레일) "을 출시했다. Intel은 Windows 8에 의해 Clover Trail 태블릿을 부각시키고, 장래는 스마트 폰에도 Atom SoC를 침투시키고 싶은 것이다. 사실, Microsoft는 ARM 기반의 Windows RT 버전의 Surface를 Windows 8과 동시에 투입하는 등 Windows RT에도 주력하고 있기 때문에, Intel의 의도대로 될지는 모르겠다. 그러나 Intel로는 Windows 8을 지렛대로 태블릿에서 싸우고 싶은 것이다.

 

 

Intel의 32nm SoC

 

 Intel에 있어서 운이 좋은 것은 Clover Trail과 스마트 폰의 Medfield (메드필드)가 칩의 성능과 전력 소비, 생산 비용 등의 면에서 일정한 경쟁력이 있는 것이다. 지금까지의 Intel의 모바일 플랫폼은 모두 전력 등에 문제가 있어 ARM 기반 모바일 SoC와 경쟁하는 것은 어려웠다. 원래, 모바일 칩은 애플리케이션 프로세서 (CPU 코어)를 중심으로 각종 코어와 I / O를 모두 취한 SoC로 되어있는 것이 보통인데, Intel의 Atom 기반의 모바일 제품은 SoC 조차 되어 않았다. SoC가 된 것은 Medfield / Clover Trail 세대다.

 

 

Atom 플랫폼의 추이

 그런 의미에서 Medfield / Clover Trail은 Intel에 있어서 간신히 모바일 시장의 요구 사항에 따라 잡은 세대라고 할 수 있다. 지금까지는 제대로 싸울 모바일 제품은 없었던 것에서 이제는 싸움을 시작할 수있다. 이전 기사에서도 썼지만, 다이 크기로 봐도 현재의 제품이라면 비용면에서 결코 Intel 쪽이 높은 것은 아니다.

 

 

Intel의 스마트 폰 / 태블릿 용 SoC

 

 

 

모바일 SoC의 다이 사이즈 추이

 

 Intel은 LPIA라 부르던 Atom 계획을 일으켜 세울때 부터 모바일 시장을 타겟으로 하고 있었다. 원래, Atom의 "Bonnell (본넬)"코어는 Snapdragon의 "Scorpion (전갈) "코어에 대항해 성능이 설정되었다. 그런데 본격적인 모바일 SoC를 만들기까지, 왜 이렇게 시간이 걸려 버린 것인가? 그것은 모바일 애플리케이션 프로세서에 친숙함이 적은 Intel로는 하지 않으면 안되는 것이 많았기 때문이다.

 

SoC용 공정 기술의 개발이 필요했던 Intel

 Intel의 경우 프로세서는 자사 Fab에서 제조하기 때문에 SoC 화에는 공정 기술 사양의 확장이 필요했다. 원래, Intel의 첨단 공정 기술은 고속 로직에 최적화되어 있으며, SoC에 필요한 사양이 부족했다. 첨단 공정에 SoC에 필요한 사양을 넣어 오기 시작한 것은 45nm 공정으로 Intel 프로세서를 위한 45nm 공정 "P1266"의 파생으로 SoC용 공정 "P1266.8"을 2008년 경에 일으켜 세웠다.

 P1266.8에 대해서 Intel은 2008년 반도체 컨퍼런스 IEDM (IEEE International Electron Devices Meeting)에서 설명했다.(27.4 A 45nm Low Power System-On-Chip Technology with Dual Gate (Logic and IO) High-k / Metal Gate Strained Silicon Transistors). P1266을 기반으로 낮은 누설 전류 (Leakage)의 로직 트랜지스터, 고전압 (3.3V ~ 5V)의 I / O 용 트랜지스터를 포함하고 정밀 수동 장치들을 지원한다. 고전압 I / O 트랜지스터는 게이트 절연막 부분이 산화막과 고유전율 (High-k) 막 2단 구조로 되어있다. 아래의 그림은 IEDM 논문에서 발췌한 것으로 트랜지스터의 그림은 왼쪽이 로직, 오른쪽이 I / O로 구조가 다른 것을 알 수있다.

 

 

IEDM에서 P1266.8 설명

 

 

NMOS 및 PMOS의 차이

 

 IEDM 발표만 보면 P1266.8은 풀 SoC 화를 가능하게 하는 공정 기술처럼 보인다. 그러나 실제로는 45nm 공정의 모바일 플랫폼 Moorestown (무어스타운)은 CPU에 노스 브릿지 칩의 기능을 통합한 "Lincroft (링크로프트)"와 I / O 허브칩 "Langwell (랭웰)"의 2칩 구성으로 1칩 구성의 SoC는 되지 않았다 (가전용은 SoC). I / O를 포함 Langwell은 TSMC의 65nm 공정으로 제조되어 있었다. 모처럼의 45nm SoC 공정의 특징이 대부분은 쓰여지지 않았다.

 45nm에서의 SoC 공정은 P1266.8 라는 어중간한 형번에서도 추측할 수 있듯이, 다분히 시험적인 공정으로 있던것 같다. Intel이 힘을 쏟는 모바일용 제품을 SoC 공정 기술로 SoC화 하기까지는 이르지 못했다. 45nm SoC 공정은 3.3V의 I / O 트랜지스터가 실제로는 제공되지 않았다는 보도도 있었다.

 

32nm 공정에서 SoC 공정을 강하게 내세운 Intel

 Atom 기반의 모바일 제품의 SoC 원칩화는 32nm 공정 세대까지 미뤄졌다. 32nm에서는 프로세서 전용이 "P1268", SoC 용이 "P1269"가 되어, 형번에서도 SoC 공정이 명확하게 구별 되었다. 또한 45nm 때는 Intel은 SoC 공정의 설명을 그다지 미디어 용으로는 하지 않았던 것이, 32nm 부터는 일변해서 SoC 공정을 크게 내세워 설명하기 시작했다. 이 부분의 변화에​​서 Intel이 32nm의 SoC 공정에 자신감을 가지고 있는 것이 판명된다. 아래는 2009년 9월의 Intel Developer Forum (IDF)에서, 32nm SoC 공정의 설명 슬라이드이다.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

IDF에서 32nm의 SoC 공정에 대한 설명

 그리고 Intel이 자신감을 가지고 32nm SoC 공정으로 만든 첫 모바일 SoC가 Medfield(메드필드)의 ​​Penwell(펜웰)과 이번 Clover Trail(클로버 트레일)의 Cloverview(클로버뷰)다. 즉, Intel은 SoC 제품을 만들기 위해서, 먼저 공정 기술의 개발부터 시작해야 하고, 그에 따른 정도로도 상당한 시간을 소비할 필요가 있었다.

 게다가 SoC 공정화에는 Intel의 공정 기술로 리드도 희생 되었다. 우선 최초의 45nm 공정 세대 프로세서의 성능 공정과 SoC 용의 공정은 제품 출시시기에 큰 차이가 있어, 실제로는 SoC 공정은 1회 지연이었다. 45nm 모바일 칩이 등장했을 무렵에는 PC 용 CPU는 32nm 공정 버전이 등장하려 하고 있었다. PC용 공정에서 최종 제품의 투입이 1 공정 세대만큼 늦었다. 같은 시​​기에 대형 파운드리는 40nm 공정 제품을 출하했으며, Intel의 최대 강점인 공정 기술의 리드는 부정된 모습이다.

 32nm SoC 공정은 45nm 보다 개발을 스피드 업한 것이지만, 32nm에서도 모바일 Atom 제품의 투입은 역시 PC 용 공정의 1회 지연되고 있다. PC 용 CPU는 22nm 로의 전환을 시작하고 있는데, Atom 기반의 모바일 SoC는 올해 들어 32nm 공정의 Penwell과 Cloverview가 등장했다. 아래는 Intel과 TSMC의 현재 알고 있는 공정 기술의 로드맵을 비교한 것이다.

 

 

인텔과 파운드리의 공정 로드맵 비교

 

 

미묘하게 바뀌고 있는 22nm 버전의 SoC 공정 계획

 Intel은 향후 프로세서용 공정과 SoC 공정의 시간차를 줄일 방침이다. 22nm 세대에 관해서는 Intel은 내년 (2013년) 말까지 22nm SoC 공정의 Atom을 투입할 예정이다. 조금 흥미로운 것은 이 22nm SoC 공정의 계획이다. 22nm SoC 특징을 Intel은 미묘하게 변화 시키고 있다.

 아래의 슬라이드 중 왼쪽은 Intel이 2011년 IDF에서 나타낸 22nm SoC 공정의 특징 표. 오른쪽은 올해 (2012년)의 IDF에서 나타난 22nm SoC 공정의 특징 표.

 

 

2011년에 나타낸 22nm SoC 공정의 특징

 

 

 

2012년에 나타낸 22nm SoC 공정의 특징

 

 이 2개의 슬라이드의 차이는 명료해서, 지난해 계획은 22nm 공정에서 3.3V의 I / O 트랜지스터를 지원하지 않는 것이 올해의 계획은 더해졌다. 이미 설명했듯이, 평면 트랜지스터에서는 로직 트랜지스터와는 구조적으로 크게 바꾸는 것으로, 고전압판 I / O 트랜지스터를 실현했다. 트라이 게이트화 된 22nm에서는 평면과는 다른 기술로 이 문제를 해결할 필요가 있다. 지난해부터 올해 사이에 기술적으로 3.3V의 지원을 더할 수 있다는 전망이 세워졌는지도 모르지만, 여기가 큰 차이가 된다. 이 변경이 보여주고 있는 것은, 22nm SoC 공정에서도 Intel은 SoC에 필요한 I / O를 완벽하게 지원할 수 있다는 것이다.

 명확한 것은 Intel이 모바일 SoC를 시작함에 있어 공정 기술에서 쇄신해야 하고, 거기에 시간이 걸린 것이다. 그리고 지금은 이 문제를 해결할 수 있으며, 다음은 SoC의 공정 기술의 선도를 되찾으려 한다.

 

2단계 시스템 버스를 갖춘 SoC의 내부 구조

 SoC 화에 따라 Intel은 칩 내부 구조도 일신했다. Medfield를 보면 Penwell SoC의 내부는 2층의 인터커넥트 패브릭으로 분리되어 있다. 칩 안에 시스템 버스가 2계층 구조로 되어있다. "North SoC Interconnect"는 CPU 코어와 GPU 코어나 비디오 엔진, 디스플레이 컨트롤러와 메모리 컨트롤러를 연결한다. 예전의 노스 브릿지 칩쪽의 인터커넥트다. "South SoC Interconnect"는 기타 I / O 장치와 구성 요소를 연결하는 기존의 사우스 브릿지 칩 부분 쪽의 인터커넥트다.

 

Medfield의 ​​인터커넥트

 이 두 계층의 내부 인터커넥트 구조에 관해서, Intel은 올해 2월 ISSCC (IEEE International Solid-State Circuits Conference)에서 설명을 했다. 아래는 RF 트랜시버를 통합한 Atom SoC 프로토 타입 칩 "Rosepoint" (로즈포인트)의 블록도이다. Rosepoint에서는 CPU 코어를 연결하는 North SoC Interconnect는 "Memory Fabric (메모리 패브릭)"I / O를 연결하는 South SoC Interconnect 측은 "IOSF (Intel on-die Switch Fabric) "이라고 되어있다. Intel의 SoC의 설명도에서는 Memory Fabric 부분은 "Memory Interconnect"라 되어 있는 그림도 있다. 사우스 쪽에 "Intel 's Interconnect Fabric"이라 되어 있는 그림이 있다. Intel은 작년쯤 부터 IOSF를 회사 표준 내부 버스로 하려 한다고 보도되고 있다. 명칭은 다르더라도 내용적으로는 같은 것이라고 생각된다.

 

ISSCC에서의 설명

 

 Memory Fabric이라는 명칭은 메모리 대역폭 맞춰 스케일 되는 것으로 붙여진 것으로 추측된다. SoC 세대에서 메모리 인터페이스가 바뀔 때마다 사양이 달라질 것으로 보인다. 메모리 액세스가 중요한 CPU 코어와 그래픽 부분의 구성 요소는 모두 여기 Memory Fabric / North SoC Interconnect에 연결된다.

 

CPU 코어와 GPU 코어의 성능을 끌어내는 버스

 기존의 Intel의 45nm 버전 듀얼 코어 Atom 제품은 시스템 버스와 Atom 코어 사이의 인터 커넥트가 성능 병목 현상이 있었다고 알려져 있다. 또한 GPU 코어도 내부 버스가 병목인 것으로 보여 성능의 제약이 있다고 알려져 있었다. 그러나 새로운 SoC는 인터커넥트가 일신된 것으로, 이러한 문제는 해결되고 있는 것으로 보인다.

 Intel SoC의 새로운 인터커넥트의 구성은 회사가 스케러블로 CPU 코어와 GPU 코어를 늘릴 수 있게 된 것도 시사하고 있다. 4 CPU 코어 구성이나 GPU 코어의 대형화가 용이하게 되었다. 참고로 ARM SoC에도 CPU 코어와 GPU 코어, 메모리 인터페이스를 일련의 고속 인터커넥트에 연결하고 확장 가능한 구성이 가능하게 되어있다.

 또한 GPU 코어가 Memory Fabric / North SoC Interconnect 측에 접속된 것은 앞으로 CPU 코어와 GPU 코어 사이에 캐시 공유 및 메모리 코히렌시의 유지를 행하는 경우에는 중요하다. 코히렌시 프로토콜의 측면에서도 Memory Fabric 측이 충실하다고 생각되기 때문이다.

 사실 이전의 기사에서 22nm 세대 Atom SoC의 GPU 코어 PowerVR 6 이라 한것은 실수로 22nm 세대에서는 Intel은 자사 제조 GPU 코어로 바꾼다고 말한다. 그렇게 되면, GPU 코어와 CPU 코어간의 부분적인 캐시 공유, 심지어 결국 두 코어간의 단방향 또는 양방향으로 하드웨어에 의한 메모리 코히렌시의 유지와 메모리 공간의 통합 등의 아키텍처 구현이 타사 코어를 사용하는 경우보다 훨씬 용이해 진다. (이전 기사는 블로그에도 있고, 해당 기사에 인텔 GPU가 들어가는게 기정사실이라고 당시에 적어두기도 했는데, 이 기자의 말이 틀린 것도 아닙니다. 왜냐면 22나노 Silvermont (실버몬트) 코어를 쓴 제품까지도 클로버 트레일과 클로버 트레일+ 와 같이 두종류이기 때문이죠. 나중에 파워vr이 들어간 제품도 발표됩니다. Z3500 시리즈로요. Z3700 시리즈는 실버몬트 + 인텔 그래픽 = 베이트레일, Z3500시리즈는 실버몬트 + 파워VR 그래픽 = 무어필드. 베이트레일을 가지고, 하나의 기판에서 펌웨어 조정으로 얼마든지 윈도우/안드로이드를 오갈수가 있는데도 Z3500을 내놨죠.)

 메모리 공간의 완전한 통합은 메모리 어드레싱 모델의 통합이 필요하다. 일관성과 통합 메모리는 GPU 코어를 범용 컴퓨팅으로 사용하는 경우, 장기적으로 매우 중요한 기능이다. 순서로는 그러한 목적이 있기 때문에 PowerVR에서 자사 GPU 코어로 대체하려고 하고 있는지도 모른다. 가장 단순히 메모리 대역의 확대로 PowerVR의 타일링 아키텍처가 불필요 하다고 판단했을지도 모른다.

 

다양한 IP를 지원하기위한 "IOSF "

 사우스 측의 IOSF / South SoC Interconnect는 SoC는 Rosepoint에서 채택됐다고 ISSCC에서 설명되었다. IOSF 많은 IP 블록을 연결하기 위한 범용 버스로 버스를 표준화 함으로써 IP의 재사용을 촉진하는 것이다. IP 블록 측은 동일한 인터페이스 설계로 여러 세대의 SoC에 사용될 수 있다. SoC에서는 옛날부터 아주 일반적인 방법이다.

 ISSCC에서의 설명에 따르면 IOSF은 PCI 에뮬레이션 프로토콜로 지원한다. 따라서 IOSF은 기존 OS에 드라이버와의 호환성을 유지하고 있다. 즉, 각 장치 드라이버의 이식이 용이하고, 소프트웨어 측의 변경이 필요하거나 최소로 끝난다.

 또한 IOSF와 다른 하위 패브릭을 지원할 수 있는 사이드 밴드 채널을 갖추고 있어 다른 인터커넥트용 IP 블록도 지원할 수 있다. Intel이 업계 관계자에 행한 설명에 따르면, 브리지 업계 표준 "OCP (Open Core Protocol)" 인터커넥트도 지원 한다고 한다. 유연한 인터커넥트, 다양한 IP를 연결할 수 있도록 되어있다.

 쓸데없이 유연한 점은 Intel적이지 않지만, 여기에는 사정이 있다고 추측된다. Intel은 모바일 SoC의 설계에서, 지금까지 자사의 IP에 없었던 여러가지 I / O 류의 IP가 필요하게 되었다. 그러한 IP 중에는 타사에서 구입한 것도 포함되어 있을 가능성도 있다. 이러한 다양한 IP를 신속하게 포트하기 위해 유연한 인터커넥트가 필요했을지도 모른다.

 Intel SoC 인터커넥트 구조는 ARM 표준 인터커넥트인 AMBA 계통에 더 닮았다 느낀다. ARM도 계층의 인터커넥트 구조를 채용하고 있으며, 최신 AMBA 4에서는 CPU 코어와 GPU 코어, 메모리 컨트롤러를 "CoreLink CCI-400 Cache Coherent Interconnect"에 접속하고, 다른 IP를 "Network Interconnect NIC- 400 "에 접속한다. 상위의 인터커넥트는 코어 사이의 메모리 코히렌시를 취할 수 있다. Intel의 SoC 인터커넥트 구조와 기본적으로 유사하다.

 

 

AMBA 4의 인터커넥트

 인터커넥트 아키텍처는 SoC의 핵심이지만, 그 점에서도 Intel SoC는 ARM SoC와 같은 유연성과 기능성, 확장성을 확보하고 있는 것을 알 수있다. 그렇다고 , Intel이 흉내를 냈다는 식의 이야기가 아니라, 이것이 합리적인 구조로, Intel도 ARM도 비슷한 것으로 보인다.

 따라서, Intel은 공정 기술을 SoC 용으로 개발하고, SoC 내부 버스를 개발하고, 모바일 제품의 SoC 화를 위해 단계를 하나 하나 올라왔다. 그리고 Intel은 앞으로도 여러가지 무기를 가지고 있다. 통합 전압 레귤레이터, 니어 스레드 숄드 전압 회로 기술, 한층 앞으로의 이야기라면 디지털 RF 기술. 이런 기술의 대부분은 다른 반도체 업체에 큰 차이를 두고 있기 때문에, Intel에 있어서 큰 어드밴테이지가 된다.

 

2012년 10월 31일 기사

 

 

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