4비트 패키지와 32비트 성능에 도전장 내민 8비트 MCU - Product

오늘날, 점점 더 작아지는 6핀 및 8핀 8비트 MCU는 고성능을 통해 4비트 아키텍처에게 도전장을 내밀고 있다. 64KByte 어드레스 버스에서 기존에 허물지 못했었던 장벽이 허물어지고 있으며, 이제 8비트 MCU가 최고 2메가바이트의 리니어 메모리를 해결할 수 있어 강력한 32비트 MCU에게 도전장을 내밀고 있다.

4비트 패키지와 32비트 성능에 도전장 내민 8비트 MCU

글│루시오 디 자시오, 제품 마케팅 매니저, 마이크로컨트롤러 아키텍처 사업부

기술 발전의 기본적인 법칙 중의 하나는 적용이 생존의 핵심이다라는 점이다. 8비트 마이크로컨트롤러MCU) 역시 예외는 아니다. 지난 30여 년 동안 8비트 MCU는 꾸준히 채택되고 있으며, 심지어 오늘날에는 더욱 강력한 32비트 MCU나 더욱 작은 4비트 MCU의 독점적인 영역에까지 진출하고 있다.

8비트 MCU의 30년 역사

최초의 단일칩 8비트 마이크로프로세서는 1972년 4월 인텔을 통해 출시되었다. 8008은 48개의 다른 명령을 실행할 수 있었으며, 16Kbytes 의 메모리 영역 어드레싱이 가능하고, 6개의 레지스터로 최대 800kHz의 클럭 속도까지 동작하였다. 30년이 지난 지금 PDA, 데스크톱 컴퓨터, 워크스테이션은 강력한 멀티-기가헤르쯔의 32비트 및 64비트 프로세서로 구동된다. 하지만 8비트는 여전히 업계에서 살아 남아있다. 8비트는 헤어드라이어, 세탁기, 조명 디머, 에어컨, 공기 청정기를 비롯해 우리가 매일 사용하는 대다수의 일상 제품에서 찾아볼 수 있다. 물론, 4비트, 16비트, 32비트 등 다른 MCU도 많이 사용되고 있지만, 8비트 아키텍처는 이와 비교가 안 될 정도로 많이 사용되고 있다.

새로운 메모리에 적용

8비트 MCU는 적용력에 있어 아주 좋은 사례이다. 1990년대, 임베디드 제어 산업은 ROM에서 OTP, 플래시 기술에 이르기까지 급격한 기술 변화로 메모리 기술에서 빠른 발전을 이루었다. 플래시를 이용하게 됨에 따라 인-서킷 프로그래밍을 할 수 있는 성능이 도래되었으며, 이것은 새로운 카테고리의 애플리케이션을 가능하게 만들었다. 이를 통해 개발 주기를 앞당길 수 있었으며 지속적인 업그레이드를 기대하는 시장의 요건을 충족할 수 있게 되었다.

기술 이전 기간 동안, 8비트 MCU 아키텍처는 최첨단 메모리 기술에 서게 되었다. 이것은 새롭고 혁신적인 설계를 위한 아키텍처로서의 위상을 강화시켰으며 8비트는 신속한 프로토타입 및 저-위험 개발이라는 의미로 인식되었다.

4비트 MCU에 도전

8비트는 여전히 자신만의 영역을 계속 확장해 나가고 있다. 하지만 최근 겪고 있는 어려움은 크기와 연관된 이슈이다. 8비트 MCU를 위한 패키지 크기는 점점 더 작아지고 있다. 8핀 패키지가 가장 일반적이며, 최근에는 단일 트랜지스터를 포함하기 위해 고안된 6핀 SOT-23패키지로 8비트 MCU인 PIC10F 제품군을 출시했다.

6핀 PIC10F 디바이스는 최고 512바이트의 플래시 메모리, 고집적 4MHz 오실레이터, 8비트 타이머, 아날로그 비교기, 4개의 범용 I/O를 통합하고 있으며 4비트 MCU보다 더욱 높은 수준의 고집적도 및 유연성을 제공한다. 이 같은 특징을 통해 8비트 MCU는 4비트 아키텍처가 제공하는 유일한 장점까지 갖추면서, 더욱 우수한 성능을 제공하고 있다. 또한, 8비트 아키텍처는 툴 관점에서도 더욱 우수한 지원은 물론 더욱 높은 레벨의 언어까지 접근할 수 있도록 해 사용의 편의성도 증가하였다.

64Kbyte 장벽 허물기

8비트 애플리케이션의 성장에서 가장 어려운 문제 중 하나가 64Kbyte보다 더 큰 프로그램 메모리 크기를 갖춘 8비트 아키텍처의 출현으로 최근 해결되었다.

MCU가 해결할 수 있는 메모리 용량은 어드레스 버스의 크기로 나타난다. 역사적으로, 모든 원시적인 8-비트 아키텍처에서 어드레스 버스는 데이터 버스 크기를 두 배로 증가시키기 위해 설정되었다. 8비트 아키텍처는 64Kbyte에서 해결하기 어려운 문제를 지닌 것처럼 보였으며 필수적인 페이징이나 뱅킹 기법 그 이상인 것처럼 보였다. 64Kbyte의 장벽은 8비트 MCU의 속성에 내재되어 있는 것으로 생각되었다. 그러나 최근 몇몇 선도적인 제조업체들은 프로그램 메모리를 최고 수 메가바이트까지 처리할 수 있는 새로운 8비트 MCU 제품군을 선보이고 있다. 예를 들어, 마이크로칩의 PIC18F 아키텍처는 리니어 메모리를 최고 2메가바이트까지 해결할 수 있다. 또한 마이크로칩은 현재 소형10 x 10 mm) 64핀 및 80핀 TQFP 패키지에서 최고 128Kbyte의 온보드 플래시를 갖춘 다양한 MCU 제품들을 제공하고 있다.

32비트 MCU의 문제 해결

8비트 MCU 기술 진화의 근본적인 사례는 최첨단 임베디드 애플리케이션 가운데 하나인 이더넷에서 찾아볼 수 있다. 이더넷에는 수많은 복잡한 프로토콜이 존재하기 때문에, 이더넷 애플리케이션의 토대가 된 TCP/IP 스택은 메인 프레임 체계에서 개발되었다. 그 다음 대부분의 32비트 및 64비트 프로세서가 이용되고 있는 워크스테이션과 개인용 컴퓨터에 적용되었다. 8비트 MCU의 온보드 메모리에서 코드를 포팅시키고 이것을 압축시키는 작업은 그 당시 매우 까다로운 문제처럼 보였었다. 그러나, 오늘날 8비트 MCU는 8비트 MCU 플래시 메모리와 잘 맞는 무료 TCP/ IP 소프트웨어 스택을 이용할 수 있게 되었다.

그림 1의 TCP/IP 애플리케이션은 개념에 대한 간단한 검증이 아니다. 8비트 MCU는 애플리케이션이 더욱 저렴한 비용으로 더욱 우수한 성능을 달성할 수 있게 한다.

그림 1. 오늘날의 강력하면서 저가형의 8비트 MCU는TCP/IP 스택 애플리케이션을 처리할 수 있다. TCP/IP 스택 애플리케이션은 한 때 32비트 MCU의 독점적인 영역이었다.

예를 들어, 최신 8비트 아키텍처로 제공되는 정교한 전력 관리 기법을 통해 저전력 애플리케이션을 구현할 수 있다. 대부분의 최신 PIC^® MCU에서 이용할 수 있는 마이크로칩의 nanoWatt 기술은 선택의 유연성을 위해 최대 7개의 저전력 모드 및 내부 및 외부 오실레이터를 제공하며, 장시간의 배터리 수명과 견고성으로 설계자가 성능을(48MHz까지 실현) 조절할 수 있게 도와준다.

임베디드 8비트 MCU는 보통 매우 거칠고 오류를 허용하지 않는 환경 조건에서 작동해야 한다. 이처럼, 임베디드 8비트 MCU는 독립적인 오실레이터를 기반으로 온보드 와치독 회로, 오류 방지 클록 모니터, 절전 및 저전압 검출 회로를 제공한다. 이러한 특징을 통해 8비트 MCU는 대형 아키텍처 디바이스의 다양한 애플리케이션을 위한 최상의 대안으로 떠오르고 있다.

요약

지난 30년 동안 8비트 MCU의 전략은 적용력과 내구력이었다. 오늘날, 점점 더 작아지는 6핀 및 8핀 8비트 MCU는 고성능을 통해 4비트 아키텍처에게 도전장을 내밀고 있다. 64KByte 어드레스 버스에서 기존에 허물지 못했었던 장벽이 허물어지고 있으며, 이제 8비트 MCU가 최고 2메가바이트의 리니어 메모리를 해결할 수 있어 강력한 32비트 MCU에게 도전장을 내밀고 있다. 예를 들어, 마이크로칩의 nanoWatt 기술을 통해 달성된 최첨단 전력 관리 기법의 도입은 8비트 MCU가 이 시장을 계속 장악할 것이라는 점을 시사한다.