저렴한 DSP 솔루션
새로운 스파르탄-DSP 출시
XtremeDSP 플랫폼 포트폴리오에 가장 최근에 추가된 스파르탄-DSP는 가격 대비 성능의 새로운 지평을 열어나갈 것으로 기대된다. 대형화되고 보다 다양해지는 애플리케이션을 위해 스파르탄-3A DSP는 가격, 성능, 전력 소비의 가장 효율적인 조합을 가능하게 하며, 탁월한 성능의 툴 셋트와 IP, 다양한 기술지원 인프라가 제공된다.
글│그렉 브라운(Greg Brown) 자일링스 프로세싱 솔루션 그룹
해당 애플리케이션을 위한 최상의 DSP 솔루션을 찾는 일은 그리 쉬운 일이 아니다. 가격, 성능, 전력소모 등의 조건을 상호 조율해야 하는 것은 물론 가끔은 다른 요건을 만족시키기 위해 하나 혹은 그 이상을 포기해야 하는 경우도 발생한다.
가장 최근에 자일링스(Xilinx) XtremeDSP 포트폴리오에 추가된 최초의 DSP에 최적화된 스파르탄 FPGA 제품군인 스파르탄-3A(Spartan-3A) DSP는 이러한 가격, 성능, 전력의 가장 효율적인 결합을 제시함으로써 무선 기지국, 모바일 방위 통신 시스템, 보안 장치, 자동차, 비디오, 의료용 이미징 기술 등 다양한 애플리케이션 분야에 최상의 가치를 제공한다.
스파르탄-3A DSP는 32GMAC/s 이상의 연산성능과 최대 2,200Mbps의 메모리 대역폭을 제공하며, 보다 작은 패키지로 공급된다. 이러한 특성을 통해 스파르탄-3A DSP는 DFE(Digital Front End) 및 단일 채널 피코셀 무선 기지국의 베이스밴드 솔루션을 비롯해 군사용 모바일 SDR(Software Defined Radio), 초음파 시스템, 드라이버 보조/미디어 시스템, 고해상 비디오, 스마트 IP 카메라 등과 같은 애플리케이션에 최적의 혁신적인 가격 대비 성능을 구현할 수 있다.
또한 스파르탄-3A DSP는 53,712개의 로직 셀과 2,268Kb의 블록 RAM, 373Kb의 분산형 RAM을 비롯해 519개의 I/O 핀과 보안을 위한 DeviceDNA, 그리고 새롭게 개발된 하이버네이트/서스펜드(Hibernate/Suspend) 전력관리 기능 등을 지원하고 있어 보다 낮은 가격/성능/전력율을 구현할 수 있는 충분한 통합기반을 제공한다.
디자인 유연성을 통한 낮은 설계 위험성 및 보다 빠른 시장출시 등과 같은 FPGA 기반 DSP 솔루션이 제공하는 기본적인 장점 이외에도 스파르탄-DSP 플랫폼이 제공하는 이러한 새로운 기능과 가치를 통해 그 효과는 보다 분명해질 것이다.(표 1)
DSP에 최적화된 스파르탄 FPGA
스파르탄-3A DSP의 핵심은 Xtreme-DSP DSP48 슬라이스를 수정한 새로운 버전의 DSP48A를 채택했다는 것이다. 버텍스-4(Virtex-4) FPGA에서 처음으로 소개된 DSP48 슬라이스는 버텍스 DSP 디바이스의 강력한 DSP 기능을 제공하는 ASMBL(Application Specific Modular Block) 아키텍처로 이루어져 있다.
이러한 XtremeDSP 슬라이스를 통해 설계자들은 수 백 개에 달하는 IF에서 베이스밴드로의 다운 컨버전 채널이나 3G 스프레드 스펙트럼 시스템을 위한 128x 칩 프로세싱 속도를 제공할 수 있으며, 고해상도 H.264 및 MPEG-4 인코드/디코드 알고리즘과 같은 복잡한 설계문제들을 비용 효과적이고 전력 효율적인 솔루션으로 구현할 수 있다.
DSP48 슬라이스는 멀티플라이어, MAC(Multiplier Accumulator)을 비롯해 애더(Adder)를 통한 멀티플라이어나 3-입력 애더, 배럴 쉬프터(Barrel Shifter), 폭넓은 버스 멀티플렉서, 대형 비교기, 혹은 폭넓은 카운터 등 다양한 독립적 기능들을 지원하고 있다.
또한 이 아키텍처는 일반적인 FPGA 패브릭을 사용하지 않고도 광범위한 수학적 함수와 DSP 필터, 복잡한 연산기능을 구현하기 위해 여러 개의 DSP48 슬라이스를 연결할 수 있어 매우 높은 수준의 성능과 효율적인 실리콘 활용이 가능하면서도 전력소모는 낮출 수 있다.
스파르탄-DSP DSP48A 슬라이스는 버텍스-4 DSP48 슬라이스를 간소화한 저가격 솔루션이다. 비용을 절감하기 위해 라운딩 모드, 17비트 쉬프터, 3입력 애더 모드 등이 DSP48A 슬라이스에서 제거되었지만 필요한 경우 FPGA 패브릭을 통해 이러한 기능들을 구현할 수 있다.
DSP48A 슬라이스에서 추가된 2가지 향상된 기능은 플라이-독립형(Fly-Independent) C-포트와 프리-애더(Pre-Adder)이다. 독립형 C-포트는 DSP 알고리즘을 구현할 때 유연성을 향상시켜주며, 프리-애더는 범용 DSP 필터와 FFT의 용량을 증대시켜 준다.
특히 프리-애더는 대칭적 FIR 필터를 위해 50%, FFT 알고리즘을 위해서는 25%까지 필요한 DSP48A 슬라이스의 수를 감소시킬 수 있다. 최적화된 DSP48A 슬라이스는 스파르탄-3A DSP 플랫폼에서 최저 259MHz의 속도를 구현한다.
애플리케이션에 미치는 영향
일반적인 가격/성능/전력 효율성을 구현하는 스파르탄-3A DSP 디바이스 XC3SD1800A 디바이스 하나만으로 스마트 IP 카메라 애플리케이션에서 25달러에 달하는 DSP 프로세서 2개를 대체할 수 있으며, 프로세스 상에서 비디오 파이프라인 전체 섹션을 통합할 수 있다.
이러한 직접적인 25달러 비용절감 이외에도 DSP 프로세서보다 더 작고, 더욱 저렴하게 컨트롤 기능을 유지할 수 있어 추가로 재료 비용을 10달러까지 감소시킬 수 있다. 이와 같은 비용 절감은 스마트 IP 카메라나 고해상도 비디오와 같은 대량생산 컨수머 애플리케이션의 제조업체들에게 직접적인 영향을 미칠 수 있는 매우 중요한 가치요인이다. 전력, 풋프린트, BOM을 추가로 절감시켜 주는 스파르탄-DSP는 수익성, 안정성, 그리고 제품의 마이그레이션에도 직접적이고도 긍정적인 영향을 미칠 수 있다.
멀티 스트림 비디오 서버에 대한 이와 유사한 연구에 따르면 25달러 DSP 프로세서 6개를 사용한 설계를 25달러 스파르탄-3A DSP 디바이스 3개로 대체할 수 있음을 보여주고 있다. 말 그대로 디바이스 비용을 절반으로 감소시킬 수 있다는 의미다. 여기에서도 물론 전력, 풋프린트, BOM에서의 긍정적인 효과 또한 매우 중요하다.
모바일 방위 통신용 SDR과 같은 일부 애플리케이션에서는 스파르탄-3A DSP가 디스크리트 DSP를 위한 재구성 가능한 코-프로세서로 동작할 수 있으며, 앞에서 언급한 가격/성능/전력의 경제적 효과를 모두 제공할 뿐만 아니라 멀티플 파형을 지원하는 중복 회로를 별도로 사용하지 않아도 된다. 분명한 것은 스파르탄-DSP 플랫폼에 적합한 모든 애플리케이션에서 이러한 성능, 전력, 가격의 탁월한 효율성은 보다 큰 효과를 발휘한다.
XtremeDSP 솔루션
지난 2000년 11월에 처음으로 소개된 XtremeDSP는 자일링스와 협력업체들이 FPGA 기반 DSP로 구현이 가능한 모든 강력한 성능과 유연성을 시스템 설계자, DSP 설계자, FPGA/하드웨어 엔지니어 등 각각의 서로 다른 3영역의 디자이너 프로파일을 통해 액세스 할 수 있도록 개발한 솔루션이다. 각각의 프로파일은 특정 디자인 환경에서 필요로 하는 요구조건에 대한 독자적인 수행능력(그리고 선호도)을 말한다.
시스템 설계자는 사용 가능한 프로세싱 리소스를 통해 시스템 레벨 디자인의 다양한 기능을 어떻게 최적으로 파티셔닝할 것인지 신속하게 결정해야 한다. 따라서 시스템 설계자들은 제품의 성능과 처리량에 대한 요구조건을 만족시키면서 크기, 비용, 전력에 대한 목표치를 구현할 수 있도록 프로세싱 리소스 선택에 주력한다.
반면 DSP 엔지니어는 DSP 알고리즘의 생성 및 개선에 보다 주력한다. 일반적으로 세밀한 하드웨어 설계에 익숙하지 않은 DSP 엔지니어들은 보다 상위 레벨의 설계연구 및 검증에 주력할 수 있도록 하드웨어 디자인의 세부사항을 추출할 수 있는 설계 툴에 의존한다.
VHDL이나 Verilog를 이용하는 하드웨어 엔지니어들은 자신의 설계에서 최대한의 성능을 발휘하는데 주력한다. 이들은 동일한 설계 환경 내에서 보다 상위의 기능블록과 고유의 RTL 레벨 설계를 동시에 작업하기를 바라며, 기능과 성능을 검증하기 위한 테스트 벤치 가동을 필요로 한다.
선도적인 XtremeDSP 솔루션이 성공을 거두게 된 핵심적인 요인은 이와 같은 3개의 프로파일에 모두 적합한 디자인 툴을 제공했다는데에 있다. SystemGenerator와 AccelDSP와 같은 XtremeDSP 툴이 최초로 출시된 이후 시스템 모델링, 알고리즘 개발 및 연구, 테스트 벤치 자동 생성, 설계 검증 및 디버깅, HDL 생성 및 시뮬레이션 등과 같은 기능이 발전되어 왔다.
이제 여러분은 VHDL이나 Verilog, C/C++, MATLAB, Simulink, HDL을 이용해 작업을 하거나 혹은 이러한 언어를 혼합해 사용한다 하더라도 Xtreme-DSP 툴을 통해 FPGA가 제공할 수 있는 완벽한 성능을 빠르고 효과적으로 구현할 수 있다.
결론
DSP 마켓에서는 가장 빠르고, 가장 저렴하고, 가장 전력 효율적인 프로세서가 반드시 성공하는 것은 아니다. 가장 중요한 성공요인은 모든 영역에 최적의 솔루션을 제공할 수 있는 플랫폼이어야 한다는 것이다. 대형화되고 보다 다양해지는 애플리케이션을 위해 스파르탄-3A DSP는 가격, 성능, 전력 소비의 가장 효율적인 조합을 가능하게 하며, 탁월한 성능의 툴 셋트와 IP, 다양한 기술지원 인프라가 제공된다. 만약 여러분의 새로운 DSP 설계에서 최상의 효율성을 필요하다면, 자일링스의 최신 XtremeDSP 솔루션이 최적의 해결방안이 될 것이다.
<자료제공: 월간 반도체네트워크 2007년 09월호>