고성능 컴퓨팅, 차세대 응용처 그리고 파운드리 사업부의 SAFE IP 솔루션

데이터는 모든 것의 핵심이다. 기술의 발전과 함께 데이터의 양이 폭발적으로 증가함에 따라 해당 정보를 처리하고 제어하기 위한 최적의 방법을 개발하는 일이 가장 중요해지고 있다. 이러한 맥락에서 기술을 선도하며 세계를 변화시키려는 기업에겐 방대한 연산 처리 작업을 수행할 수 있는 능력이 필수적이다. HPC는 수많은 데이터를 대량으로 처리하고 신속하게 수행할 수 있는 능력을 의미한다. 우리의 삶에서 데이터 기술이 더 큰 존재가 됨에 따라 HPC가 중요해졌기에 CPU, GPU, 네트워크 및 AI와 같은 데이터 집약적 기술이 빠른 속도로 발전하고 있다. 파운드리 사업부는 삼성 첨단 파운드리 에코시스템 (SAFE) IP 프로그램을 통해 오늘날의 요구에 부응하고 미래의 혁신을 실현시킬 HPC 솔루션을 제공하기 위해 많은 시간과 재능을 투자해왔다. 삼성전자 파운드리 사업부의 IP개발팀장인 신종신 부사장은 10월 4일 산호세에서 열린 SAFE 포럼 2022에서 파운드리 사업부의HPC IP 발전을 살펴보고 현재와 미래의 제품 역량을 제시하는 발표를 진행했다.

진화하는 HPC의 세계 신 부사장은 발표 도입부에서 최근 HPC 시장의 전망에 대해 설명했다. 신 부사장은 “2026년까지 전체 파운드리 시장이 1,500억 달러까지 성장할 것이고, 그 시장 중 HPC 응용이 36 %를 차지할 것”이라고 언급했다. 시장 규모도 증가하겠지만 산업 자체가 더 세분화되고 복잡해질 것이다. 점차 더 많은 기업들이 HPC 분야에 발을 들이면서 경쟁에 앞선 주자들의 지배력은 줄어들고 더 다양화된 시장이 자리를 잡을 것이다. 신 부사장은 이 모든 것이 결국 점차 더 다양한 목적에 맞춤화된 HPC가 요구될 것이라고 강조했다. 이러한 증가하는 요구를 충족하기 위해서는 새로운 IP가 필수적이다. 신 부사장은 “선단 노드 칩에는 항상 IP가 필요하다. 그러나 다른 응용처보다도 HPC에서 그 중요성이 더 크다. HPC는 칩 성능이 데이터의 양에 크게 의존하는 응용에 주로 사용된다. 따라서 HPC 칩의 성능은 데이터 컴퓨팅을 위한 코어 뿐만 아니라 데이터의 입출력을 담당하는 IP에 의해서도 결정된다.”라고 설명했다.

HPC를 위한 다양한 고성능 IP 에코시스템 그런 다음 신 부사장은 삼성 파운드리가 어떻게 준비되어 있고, 고객이 고려해야하는 것은 무엇인지 구체적인 사례를 설명하면서 SAFE가 고성능 IP 에코시스템을 통해 어떻게 HPC를 지원할 수 있는지에 관해 이야기를 이어갔다. “만약 우리에게 범용 인공 지능에 대한 획기적인 아이디어가 있는데 그것을 실리콘으로 구현하려고 한다고 해보자. 곧 여러분은 Chip을 Single die로 구현하기에는 die size가 너무 커진다는 것을 깨닫게 될 것이다. 그러면 칩렛 솔루션과 다이 투 다이(D2D) IP를 고려하게 된다.” 신 부사장은 이렇게 설명했다. 삼성전자 파운드리 사업부는 UCIe, BoW, XSR, 삼성 고유의 HBB 등 멀티 칩 모듈과 실리콘 인터포저를 모두 아우르는 다양한 유형의 D2D IP 솔루션을 제공한다. 그렇다면 대역폭은 어떨까? 넓은 대역폭의 DRAM과 연결하기 위해 기존 DDR 및 HBM 옵션뿐만 아니라 낮은 전력 소모와 빠른 속도의 LPDDR까지 모두 제공할 준비가 되어 있다. 세 가지 메모리 인터페이스 모두 삼성전자 파운드리 사업부의 3nm 공정까지 활성화되거나 활성화되고 있어 고객의 다양한 요구에 맞는 광범위한 DRAM 액세스 옵션을 제공한다. 다음은 하나의 칩을 다른 칩에 연결하고 전체 시스템을 구축하는 역할을 위해 삼성전자 파운드리 사업부는 Serializer/Deserializer(SerDes) IP 솔루션을 제공한다. 신 부사장은 “PCle, 다중 프로토콜 SerDes, 112G SerDes가 5nm, 4nm, 3nm에 제공되며, 중요한 점은 별도의 PCle 세대별로, 즉 4세대부터 6세대의 각 세대별 응용을 염두에 둔 최적의 PPA를 가지도록 준비되어 있다는 점이다.”라 말하였다. 마지막으로, 필수적인 아날로그 IP와 HPC용 핵심 보안 IP도 제공한다. PLL부터 온도 센서까지 대부분의 아날로그 IP는 이미 선단 노드에 사용할 수 있으며 초고속 ADC와 같은 아날로그 IP는 5G 기지국과 같은 다양한 네트워크 응용처에 사용할 준비가 되어 있다. 보안 IP 영역에서는 하드매크로와 소프트매크로 IP가 준비되어 엄격한 HPC 보안 기준을 충족시킬 수 있고, 여기에는 오류 발생률이 매우 낮은 PUF와 스토리지 응용처을 위한 On-the-fly 플래시/DRAM 암호화, 암호시스템의 미래를 위한 포스트 양자 암호화가 포함된다. 모든 혁신에 부합하는 설계 인프라 발표의 마지막 섹션에서 신 부사장은 고성능 IP를 위한 설계 인프라에 관해 이야기했다. “여러분 중에는 특별한 IP를 개발 중인 분들도 계실텐데, 파운드리 사업부는 그런 파트너들에게 필요한 최상위 인프라를 제공할 준비가 되어 있다.”라고 신 부사장은 말했다. 다양한 S- 파라미터 추출 도구와 3나노 인증을 받은 아날로그 및 디지털 설계 모두를 위한 주요 EDA 도구를 개발했으며, 정전기 방전(ESD) 보호 기능을 제공한다. "크기가 큰 ESD 셀은 높은 CDM 및 HBM내성을 갖지만 입출력(I/O) 성능을 저하시키고 그 반대의 경우도 마찬가지이다. 따라서 이러한 상충되는 경우를 완화하기 위해 다양한 ESD 셀을 제공한다. 제공하는 높은 전류의 ESD 셀 모델을 시뮬레이션 기반 ESD 검증에 적용할 수 있으며, 이는 특정 패키지에 대해서도 설계 단계에서 CDM/HBM 수준을 추정하는 데 도움이 된다." 신 부사장이 발표에서 마지막으로 특히 강조한 것은 삼성전자 파운드리 사업부의 3nm GAA 솔루션과 EGless 설계 제한과 관련하여 고객 지원 방안이었다. EGless 설계는 현재 설계에서 일부 수정이 필요할 수 있지만 전체 공정 측면에서 보다 견고하고 비용을 저렴하게 chip을 만들 수 있으므로 상당한 이점을 거둘 수 있다. 신 부사장은 이렇게 말했다. “EGless 설계는 최대 1.8V까지 지원 가능하기 때문에 대부분의 IP에 문제 없이 적용할 수 있다. 어떤 IP 파트너와 고객에게는 새로운 영역일 수 있겠지만 우리는 포괄적으로 EGless 설계를 가이드해줄 수 있다.” 파트너와 고객을 위한 흥미진진하며 유연한 혁신으로 가득 찬 이야기를 마무리하면서 신 부사장은 삼성전자 파운드리 사업부의 가치있는 파트너십에 자부심을 보여주고, 사업 시작 이후 IP의 수가 세 배 증가했다고 강조했다. 마지막으로, SAFE 포럼 2022에 참석한 관객에게 이렇게 말했다. “또 중요한 것은 우리의 고객 수도 세 배가 증가했다는 점이다. 이곳에 계신 모든 분들이 우리와 지속적인 파트너, 협력자, 고객이 되어주시기를 바란다.”