지난 2011년, 자일링스(Xilinxⓡ)가 징크-7000(Zynqⓡ-7000) 올 프로그래머블(All Programmable) SoC를 출시한 이후 매우 다양한 제품들이 마켓에 출시되었다. 현재 징크 SoC는 전세계의 가장 혁신적이면서도 최신의 자동차 및 의료, 보안 비전 제품은 물론, 공장을 더욱 안전하고, 친환경적이고, 보다 효율적으로 만들어주는 첨단 모터-제어 시스템의 핵심으로 자리했다.
글/마이크 산타리니(Mike Santarini), 자일링스 Xcell 저널 발행인 

 지난 2011년, 자일링스(Xilinxⓡ)가 징크-7000(Zynqⓡ-7000) 올 프로그래머블(All Programmable)SoC를 출시한 이후 매우 다양한 제품들이 마켓에 출시되었다. 현재 징크 SoC는 전세계의 가장 혁신적이면서도 최신의 자동차 및 의료, 보안 비전 제품은 물론, 공장을 더욱 안전하고, 친환경적이고, 보다 효율적으로 만들어주는 첨단 모터-제어 시스템의 핵심으로 자리했다. 또한 징크 SoC는 차세대 유무선 통신 인프라 장비는 물론, 새롭게 부상하고 있는 다양한 IoT(Internet of Things) 애플리케이션에 이르기까지 선도적 입지를 구축하는데 성공했다.

듀얼-코어 ARMⓡ 코어텍스-A9(CortexTM-A9) MPCore프로세서와 프로그래머블 로직, 그리고 핵심 주변기기를 모두 동일한 칩 상에 통합한 이 디바이스의 탁월한 기능성을 직접 경험한 고객들이 증가하면서, 하나의 소켓을 위한 프로세서 선택에서 전체 제품 라인을 위한 플랫폼 선택에 이르기까지 징크 SoC의 적용범위가 확대되고 있다. 이들은 징크 SoC 및 하드웨어/소프트웨어 재사용을 이용한 플랫폼 전략을 구축함으로써 수많은 파생제품이나 변형제품을 신속하게 만들 수 있게 되었다. 그 결과,보다 높은 수준의 디자인 생산성 및 근본적인 개선이 현실화되었다.
선도 플랫폼 기반 전자업체들이 수익성을 개선하기 위해 어떠한 방법을 사용하고 있고, 징크 SoC가 왜 ASIC이나 스탠드얼론 ASSP, 그리고 2칩 형태의 ASSP+FPGA플랫폼 구현방식 보다도 훨씬 뛰어난지, 또한 회사의 수익성을 극대화하기 위해 어떻게 징크 SoC를 잘 활용할 수 있는지 살펴보도록 하자.

대부분‘플랫폼’이라는 단어는 마케팅 용어로 남용되어 왔다. 하지만 전자산업의 애플(Apple)이나 인텔(Intel),시스코 시스템즈(Cisco Systems)와 같은 여러 기업들은 높은 수익구조의 전자산업 리더가 되기 위해 플랫폼 비즈니스 전략을 효과적으로 실행해 왔다. 플랫폼 전략을 구축하는 기업들은 초기 버전의 전자제품 플랫폼을 위한 디자인 블록들을 생성하고, 자료화하는데 상대적으로 많은 규모의 선행투자를 단행한다. 그런 다음, 이러한 디자인 블록들을 IP(Intellectual-Property) 블록으로 만들고, 차세대 제품과 더불어 파생 제품라인이나 모델을 빠르고 손쉽게 확장할 수 있도록 이를 재사용하며, 이러한 각각의 파생 제품들은 더 적은 노력과 적은 디자인 비용, 더 적은 리소스만으로 더 빠르게 출시된다.

수익성 달성의 과제
리서치 회사인 IBS(International Business Strategies)가 2013년에 발간한‘시스템 IC 비즈니스의 성공요인(Factors for Success in System IC Business)’리포트에서는 최신 실리콘 공정을 이용한 ASIC 및 ASSP 디바이스의 생산비용은 28nm 생산 노드에서 20nm, 16nm, 10nm까지 지속적으로 증가하기 때문에 자체 칩을 생산하는 기업들은 전통적인 최종 제품의 매출 목표, 즉 초기 R&D 투자 대비 10배 높은 매출을 달성하기에는 갈수록 많은 어려움을 겪을 것으로 결론짓고 있다. 이러한 10배의 매출을 달성하기 위해서는 각 노드에서 다양한 파생 제품을 만듦으로써 비약적인 발전을 일궈내야 한다.

이 리포트는“파생 디자인은 초기 디자인 비용의 20% 만을 소모하기 때문에, 만약 매우 높은 개발 비용이 소요되는 새로운 제품군을 만들어야 한다면, 파생 디자인을 통해 훨씬 낮은 비용으로 구현이 가능하다. 매출 및 수익을 최적화하는데 있어서도 해당 기술 노드에서 여러(파생) 디자인을 구현하는 것이 기업들에게는 유리하다”라고 언급하고“ 단하나 혹은 두 개의 디자인을 단일 기술노드 상에서 구현하는 것은 매우 높은 선행 비용과 확실한 재정적 이득 측면에서 높은 리스크를 초래할 수 있다”고 지적했다.
또한 이 리포트는“신제품 구현 비용을 줄이는 새로운 디자인 컨셉은 반도체 산업의 구조를 획기적으로 변화시킬 것이다”며,“ 하지만 새로운 디자인 방법론이 대두될 때까지 반도체 기업들은 외형적 크기가 감소하는데 따른 반도체 산업의 변화하는 재무지표의 현실에 맞게 비즈니스 모델을 적용해야 한다”고 피력했다.[자료: IBS(International Business Strategies, Inc.) 2013/2014)]

IBS는 연구를 통해 28nm ASIC 및 ASSP(첫 번째 혹은 초기 제품)의 디자인 비용은 1억3천만 달러가 소요된다고 밝혔다(그림 1참조). 반면 파생제품의 디자인 비용은 상당히 낮은 3천5백60만 달러이다. 따라서 두 가지타입 디바이스 모두 10배의 매출 목표를 달성하기 위해서는 복잡한 디바이스의 경우 13억 달러의 투자비용이 필요하지만, 파생제품의 경우에는 3억5천6백만 달러만소요된다.[자료: IBS(International Business Strategies, Inc.) (2013/2014)]
IBS 연구에서는 기업들이 28nm에서 복잡한 ASIC을 디자인하는데 650년의 엔지니어링 시간이 소모되는 것으로 나타났다. 이에 비해 파생제품의 28nm ASIC 디자인은 개발을 위해 3.8배 줄어든 169년의 엔지니어링 시간만이 필요하다.
가령 ASIC 팀이 무어의 법칙에 맞추어 새로운 디자인을 개발하고, 2년의 개발주기로 작업을 하고 있다면, 복잡한 28m ASIC을 완성하기 위해서는 2년 동안 325명의 엔지니어가 필요하게 된다. 하지만 28nm ASIC 파생제품을 완성하기 위해서는 2년 동안 85명의 엔지니어만 있으면 된다. 만약 기업이 파생제품 개발에도 325명의 엔지니어를 모두 투입한다면, 6개월에 모든 작업을 완성할 수 있다(그림 2).

또한 표 1에 나타낸 것처럼, 복잡한 초기 디자인이 325명의 엔지니어를 투입해 10배의 매출 보상에 해당하는 13억 달러를 달성한다고 가정하면, 초기 ASIC 시장매출 규모의 80%(10억4천만 달러)에 불과한 유효시장이 보다 적은 파생제품의 디자인은 제품을 개발하는데 2년동안 85명의 엔지니어만 필요로 하기 때문에, 초기 ASIC 디자인의 NPV(Net Present Value) 보다 훨씬 뛰어난 NPV를 얻을 수 있게 된다.(NPV는 현금 유입 및 현금 유출의 현재가치 사이의 차이를 통해 정의된다. 이 컨셉은 투자 및 프로젝트의 수익성을 분석하는 자본 예산에 사용된다.)

더구나 파생제품은 초기 ASIC 보다 훨씬 더 유리한 ‘수익성 지수’혹은 PI(R&D 소모비용으로 나눈 NPV)를 가지게 된다. 파생제품의 유효시장이 초기 디자인의 절반규모(6억5천만 달러)에 불과할지라도, 초기 ASIC 보다 뛰어난 NPV와 근본적으로 동일한 PI를 갖게 된다.

플랫폼: 수익성이 높은 파생제품을 위한 최상의 전략
반도체 기업들은 물론, 전자 시스템 기업들은 R&D 비용의 증가와 경쟁심화, 모든 면에서 더욱 뛰어난 성능을 요구하는 고객의 수요에 직면하여 파생제품을 보다 신속하게 만들고, 수익성을 극대화하기 위한 방안으로 갈수록더 플랫폼 전략에 의존하고 있다. 플랫폼 전략은 제품 개발기간 및 시장 출시시기를 단축하고, 엔지니어링-시간비용을 절감하는 것은 물론, 동시에 각 파생제품 및 차세대 제품의 수익성을 증대시킨다.
IBS 연구에서 나타난 것처럼, 파생 디자인 개발은 기업들이‘매출과 이윤을 최적화’하는 방법이다. 또한 동일한 노드 상에서 여러 파생제품을 개발(즉, 파생제품의 파생제품)하고, 플랫폼 접근법을 이용함으로써 각각의 다음세대 디자인이 이전 디자인에서 얻은 교훈과 재사용, 그리고 고객 요구에 대한 보다 정밀한 이해를 통해 혜택을 얻을 수 있기 때문에 기업들은 매출과 이윤을 더욱 더 최적화할 수 있다.

성공적인 플랫폼 전략의 핵심은 프로세싱의 선택
기업이 플랫폼 전략을 구축할 때 결정해야 할 가장 중요한 두 가지 비즈니스 결정은 실제로 기술적 결정이 필수적이다. 질문은 다음과 같다: 여러 프로세싱 시스템 중 어떤 것이 여러분의 제품 플랫폼의 핵심이 될 것인가? 혹은 이러한 프로세싱 시스템의 어떠한 실리콘 구현이 최상의 수익성 향상에 적합한가?
플랫폼 전략에서 프로세싱 시스템은 애플리케이션 소프트웨어 및 시스템 요건에 부합하거나 이를 능가해야 한다. 또한 쉽게 확장이 가능하고, 대규모의 확실히 구축된 에코시스템을 갖추고 있어야 하며, 설계자 및 엔지니어가 이전의 디자인 작업을 활용할 수 있도록 해주어야 한다.

마지막으로 로드맵에서 벗어나지 않고, 오류 리스트를 지속적으로 발간하는 로드맵과 실적을 갖춘 인정받는 안정된 공급업체의 제품이어야 한다. 이러한 자격요건에 일부 부합하는 후보들도 있지만, 모든 요건에 부합하거나 능가하는 것은 ARM 마이크로프로세서 아키텍처이다.

ARM은 PC를 제외한 거의 모든 분야에서 사실상의 표준 임베디드 프로세싱 아키텍처가 되었다. 모바일 폰에서 자동차, 의료장비에 이르기까지 첨단 임베디드 프로세싱을 이용하는 오늘날의 방대한 전자 시스템의 대부분은 ARM 프로세서 코어를 채택하고 있다. 특히 ARM 코어텍스-A9 프로세서 아키텍처는 여러 종류의 SoC(Systemon-Chip)의 핵심이다. 이는 최첨단 스마트폰이나 태블릿과 같은 일반적으로 부가가치가 높은 대량생산 제품을 위해 구현된 ASIC 디자인은 물론, 보통 특성 차별화가 적고, 가격 경쟁이 심한 중저 규모의 마켓에 진입하고자 하는 기업들을 위한 여러 ASSP 디자인에서도 찾아볼 수 있다.

제품의 차별화를 위해 많은 기업들이 FPGA와 ARM 프로세싱 시스템 기반의 상용 ASSP를 결합한 제품 플랫폼을 구현하고 있다. 이러한 구성은 하드웨어는 물론, 소프트웨어를 차별화할 수 있으며, 소프트웨어만 프로그램이 가능한 유사한 ASSP 구현을 제공하는 경쟁사를 능가하는데 도움이 되는 유연하면서도 업그레이드가 가능한 폭넓은 기능 세트 및 보다 높은 성능의 최종 제품을 구현할 수 있다. 자일링스 FPGA를 이러한 ASSP에 추가함으로써 수많은 업체들이 존재하는 마켓에서 제품의 차별화를 이루는데 도움이 된다.

이상적인 플랫폼 솔루션: 징크 SoC
징크-7000 올 프로그래머블 SoC를 통해 자일링스는 매우 방대한 임베디드 애플리케이션에 적합한 ARM 코어텍스-A9 기반의 견고한 플랫폼 구현을 제공하고 있다. 표 2에 나타낸 것처럼, 징크 SoC는 ASIC, ASSP, 심지어 ASSP+FPGA 콤보 칩 보다도 실리콘 플랫폼으로서 다양한 혜택을 제공한다. 다른 ARM 프로세싱 시스템 하드웨어 구현과 비교해도 징크 SoC는 NRE 및 유연성, 차별화, 생산성, 시장출시시기, 최저 비용의 파생제품 및 전반적인 리스크 경감 측면에서 최상의 특성을 갖추고 있다(표 3).

더구나 징크 SoC는 다른 플랫폼 구현에 비해 상당한 비용적 장점을 갖고 있다. 수치로 살펴보도록 하자. 자일링스의 올 프로그래머블 SoC 제품 마케팅 및 관리부문 디렉터인 배리 멀린스(Barrie Mullins)는 28nm ASIC의 평균 디자인 비용은 1억3천만 달러이기 때문에 ASIC 디자인의 10배의 매출 목표는 13억 달러가 된다고 언급했다. 하지만 징크SoC 기반의 일반적인 디자인 프로젝트는 근본적으로 ASIC 구현 보다 시장출시 시기가 훨씬 빠르고, 전체 디자인 비용도 훨씬 낮다고 말했다. 이는 징크 SoC는 차별화된 소프트웨어 및 하드웨어, I/O 성능 및 유연성을 제공하는 사전 디자인 및 테스트, 특성화, 검증이 완료된 이미 만들어진 SoC를 제공하기 때문이다. 또한 징크 SoC는 자일링스의 하드웨어 및 소프트웨어 디자인 툴의 저비용 및 고도의 통합성 덕분에 혜택을 얻을 수 있는 반면, ASIC 툴 플로우는 복잡하고, 상당한 상호운용성 및 호환성 문제가 발생하며, 수백만 달러에 이르는 복잡한 라이센싱 비용이 수반된다. 특히 자일링스 디자인 플로우는 디자이너가 자일링스가 추천하는 울트라패스트(UltraFastTM) 방법론을 사용할 경우 더욱 간소화된다.

또한 멀린스는 자일링스 에코시스템 IP가 이미 디자인 및 사전 검증되어 있기 때문에 IP 인증 비용도 낮고, 더불어 자일링스 툴은 미들웨어도 생성한다고 언급했다.

멀린스는 이러한 요소들로 인해 일반적인 징크 SoC프로젝트는 2천3백만 달러에 불과하다고 말했다. 따라서 디자인 프로젝트를 위한 표준 10배의 매출 목표를 달성하기 위해서는 수명주기 동안 2억3천만 달러의 매출을 올리면 되기 때문에 ASIC 구현 시 달성해야 하는 10배의 매출 13억 달러보다 훨씬 더 달성 가능성 및 현실성이 높아진다.

위에서 언급한 방법을 사용하여 IBS 데이터를 분석하면, 징크 SoC로 구현한 초기의 복잡한 디자인이 13억 달러와 동일한‘타깃 마켓’을 100% 점유할 수 있다고 가정할 경우, 제품을 완성하는데 2년 동안 57명의 엔지니어를 투입해 2천3백만 달러만 투자하면 된다.

만약 초기 징크 SoC 디자인이 초기 ASIC 디자인과 동일하게 20%의 이윤을 갖는다고 가정할 경우, 초기 징크 SoC 디자인은 초기 ASIC의 1천2백85만 달러의 NPV와 0.1의 PI보다 훨씬 뛰어난 1억7백27만 달러의 NPV와 3.7의 PI를 갖게 될 것이다. 더욱 징크 SoC 파생제품의 NPV 및 PI는 동일한 20% 이윤에서 이보다 훨씬 뛰어난 결과를 얻게 된다(표 5).

자일링스 고객들은 징크 SoC 플랫폼 전략에 기반한 파생제품 비용이 초기 디자인 보다 일반적으로 60% 더적다는 사실을 알고 있다.
동일한 20% 이윤에서 징크 SoC 플랫폼 파생제품을 초기 디자인 대비 유효마켓이 80%에 해당하는 ASIC 플랫폼 파생제품과 비교하면, 징크 SoC 플랫폼의 NPV는 9천6백66만 달러이고, PI는 8.33이다. 이는 7천4백78만달러의 NPV와 2.14의 PI를 가진 ASIC 파생제품 보다 훨씬 뛰어난 것이다. 이와 비슷하게 초기 징크 SoC 디자인의 타깃 마켓 대비 징크 SoC 파생 디자인의 유효마켓이 절반이라고 한다면, NPV는 5천6백34만 달러이고 PI는 4.86이다. 이는 ASIC 플랫폼 파생제품의 수치보다 매우 탁월한 것이다.

심지어 ASIC 플랫폼의 이윤을 20%로 놔두고, 징크SoC 플랫폼의 이윤을 이보다 낮은 15%라고 가정하고 비교한다 하더라도(징크 SoC의 유닛 당 비용을 더 높게 책정한 경우), 징크 SoC는 수익성을 극대화할 수 있는 훨씬 뛰어난 방안임이 입증된다. 초기 징크 SoC 디자인의 이윤이 15%라면, NPV는 7천3백67만 달러이고, PI는 2.45가 된다. 이는 ASIC이 20%의 이윤을 가지고 있다 하더라도 초기 ASIC의 1천2백85만 달러의 NPV와 0.1의 PI보다 크게 높은 수치이다.
초기 징크 SoC 타깃 마켓의 매출 규모와 마켓의 80%를 겨냥하고 있는 징크 SoC 플랫폼 디자인은 징크 SoC기반 파생제품을 개발하는데 2년 동안 23명의 엔지니어가 투입되어야 한다. 결국 이 제품은 6천9백78만 달러의 NPV와 6.02의 PI를 달성할 수 있다. 이는 ASIC 파생제품의 7천4백78만 달러의 NPV와 비교하면, 징크 SoC 파생제품의 NPV는 아주 약간 낮을 뿐이다. 하지만 15%의 이윤을 가진 징크 SoC 파생제품의 PI는, ASIC이 더 높은 20%의 이윤을 가지고 있다 하더라도 ASIC 파생제품의 2.14 PI 보다 매우 높다.

또한 초기 징크 SoC 디자인의 타깃 마켓의 절반에 해당하는 유효마켓을 가진 파생 징크 SoC 디자인(15%의 이윤으로 가정)은 3천9백55만 달러의 NPV와 3.41의 PI를 거둘 수 있다. 이는 ASIC 파생제품의 0.98 PI보다 뛰어날 뿐만 아니라 초기 징크 SoC의 PI 보다 높다. 이윤은 해당 마켓의 생산량 요건에 따라 크게 달라진다는 점을 염두에 두어야 하며, 데이터를 통해 징크 SoC는 대용량 애플리케이션에서도 뛰어난 플랫폼이 될 수 있음을 알 수 있다. 심지어 이윤이 20%로 더 높은 ASIC 플랫폼과 15%의 징크 SoC 플랫폼을 비교한다 하더라도, 징크 SoC는 재정적으로는 물론, 기술적으로도 더욱 탁월한 플랫폼 솔루션이다. 저용량에서도 징크 SoC 플랫폼은 수익성을 극대화할 수 있는 최상의 플랫폼으로 성공적인 선택이 될 것이다.

입증된 플랫폼과 징크 SoC로 성공
오늘날 광범위한 애플리케이션 분야의 수많은 고객들이 자사의 플랫폼 전략의 핵심으로 징크 SoC를 활용함으로써 보다 뛰어난 규모의 경제를 실현하고 있다. 적절한 예로 세계에서 잘 알려진 자동차 분야의 하이-엔드 ECU(Electronic Control Units) 제조업체가 있다. 이 회사는 플랫폼 솔루션으로 징크 SoC를 기반으로 표준화하고있다.
이 회사는 징크 SoC를 기반으로 이와 긴밀하게 결합된 하드웨어 및 소프트웨어 IP를 충분히 활용함으로써 여러 자동차 제조업체 및 이들의 각기 다른 라인과 모델/구성, 액세서리 번들에 대한 특화된 요구에 부합하여 신속하게 맞춤화할 수 있는 매우 유연한 ECU 플랫폼을 만들었다(그림 3). 징크 SoC를 중앙 플랫폼으로 이용함으로써 이 회사는 최상의 규모의 경제를 달성했으며, 예산을 줄이는 반면, 늘어나는 고객들에게 제공되는 제품의 수는 늘릴 수 있었다. 이를 통해 고객들에게 보다 빠르게 맞춤형 ECU를 제공하고 있다.
징크 SoC를 수익성 향상을 위한 플랫폼으로 이용하고 있는 보다 자세한 다른 회사의 사례는 박스기사‘( 사례연구: 내쇼날 인스트루먼트, 징크 SoC로 새로운 차원의 효율 달성’)에서 확인할 수 있다.

징크-7000 올 프로그래머블 SoC는 대부분의 임베디드 애플리케이션을 위한 플랫폼 전략을 구현하는데 최상의 디바이스다. ARM 프로세싱 및 FPGA 로직 간의 탁월한 통합 및 I/O 프로그래머빌리티를 통해 징크 SoC는 모든 기업들이 개발 노력을 최적화하고, 고도로 차별화된 제품 라인을 경쟁사보다 마켓에 더욱 빠르게 출시할 수 있도록 해준다. 징크 SoC 플랫폼은 이러한 고객들이 풍부한 수익률을 달성할 수 있도록 해준다.

<반도체네트워크 9월>