알테라는 Generation 10 제품군에 새롭게 MAX 10 FPGA를 추가했다. 이 제품은 듀얼 구성 플래시 메모리 블록과 소프트 코어 Nios Ⅱ 프로세서를 통합했다. 동등한 성능의 FPGA에 비해 보드 면적을 최대 50%까지 줄일 수 있다.

알테라(Altera)는 비휘발성 FPGA인 MAX 10 FPGA와 그 평가 키트를 10월 1일부터 공급한다고 밝혔다. MAX 10은 MAX라고 하는 CPLD 시리즈 명을 사용하고 있지만 MAX 제품군 최초로 FPGA 수준까지 확장한 제품이다. 게다가 MAX 10은 CLPD에서 Cyclone Ⅲ까지의 개발 영역을 커버하고 있다. 그렇다면 Cyclone IV나 Cyclone V는 Arria에 흡수될 가능성도 예상해 볼 수 있는데, Cyclone과 Arria의 차이는 고속 트랜시버의 탑재 유무다.

알테라는 MAX 10 정보를 이미 언론에 발표한 바 있다. 올해 5월말에는 MAX 10의 테이프 아웃과 함께 Quartus Ⅱ 베타(β) 버전 제공과 조기 액세스 프로그램을 제공하기 시작했다. 따라서 MAX 10 제품 정보 자체는 사실 새로운 소식이 아니다.

MAX 10 FPGA는 높은 수준의 기능 통합과 소형화된 패키지 옵션(가장 작게는 3 × 3 mm)을 결합함으로써 카 인포테인먼트의 비디오 처리, ADAS의 레이더 처리, 전기차(EV)의 인버터 제어 등과 같은 공간 제약적인 시스템에 이용하기에 효과적인 솔루션을 제공한다.

CPLD가 아닌 FPGA로 명명

저전력 고성능 CPLD인 기존 MAX V는 로직 엘리먼트(LE)가 40~2,000개로 작지만, MAX 10은 2,000~5만 개로 로직 집적도를 크게 늘렸다. LE 수를 늘린 결과, 이 회사의 Nios Ⅱ 소프트-코어 32비트 임베디드 프로세서를 탑재할 수 있게 됐다. 이는 마이크로컨트롤러(MCU)처럼 사용할 수 있게 됐다는 의미이기도 하다. 그러나 MCU처럼 고정된 주변장치가 아닌 FPGA의 프로그램 가능성을 살려 사용자가 자유롭게 주변 기능을 정의할 수 있다.

MAX 10의 사양과 내장된 주변 회로나 기능을 보면, 알테라가 원칩 MCU와 같은 애플리케이션을 겨냥해 준비한 것임을 짐작케 한다. 예를 들면, 레귤레이터를 통합해 단일 전원(+3.3 V)으로 동작하고, 12비트 ADC(1M 샘플/초 제품을 1~2개) 및 승산기(18×18비트, 16~144개), 온도 검출 다이오드를 포함하고 있다.

이러한 아날로그 기능을 통합함으로써 MAX 10 FPGA를 온도 제어와 터치 패널 HMI(Human-Machine Interface) 제어 같이 시스템 모니터링을 필요로 하는 애플리케이션에 사용할 수 있다. 또한 기존의 MAX V와 마찬가지로 플래시 메모리로 구성 메모리와 사용자 플래시 메모리(96K~512K 바이트)를 탑재하고 있다. MAX 10은 FPGA이므로 블록 RAM(108K~1,638K 바이트)도 탑재하고 있어 외부 RAM은 필요 없다. 이러한 점도 MCU를 닮아 있다.

알테라의 패트릭 돌시(Patrick Dorsey) 제품 마케팅 선임 이사는 “MAX 10 FPGA는 단일 디바이스로 더욱 더 많은 기능을 통합함으로써 공간, 비용, 전력에 대한 다양한 시장의 요구를 충족한다”면서 “조기 프로그램을 통해서 이 디바이스를 접할 수 있었던 100여 곳의 고객들이 이미 임베디드 플래시 기술과 프로그래머블 로직, 아날로그, DSP, 마이크로프로세서 기능을 결합했을 때의 이점을 체험할 수 있었으며, 이제 모든 고객들이 MAX 10 디바이스, 보드, IP, 소프트웨어를 이용할 수 있게 됐다”고 말했다.

페일-세이프 구성

알테라는 특히 차량용 MCU를 의식해 신뢰성을 높였다. MAX 10은 듀얼 구성 플래시 메모리를 통합함으로써, 만일 하나의 구성 메모리에 쓰기 실패해도 다른 구성 메모리에 남아있는 데이터를 통해 기기의 가동을 계속할 수 있도록 했다. 이른바 페일-세이프 구성으로 되어 있다. 지원 기간도 기본적으로 15년, 최대 20년을 보장한다.

단지 Nios Ⅱ 코어를 탑재하고 FPGA 부분에 사용자 로직을 배치한 것이라면 Cyclone과 같은 기존의 저가 FPGA에서도 가능하지만, Cyclone은 첨단 공정으로 제조하기 때문에 플래시 메모리는 탑재할 수 없다. 따라서 구성 메모리는 외장형이며, 사용자 데이터를 저장하기 위한 사용자 플래시도 없기 때문에 당연히 외부 부품이 많아진다.

MAX 10은 FPGA이기 때문에 최대 500개의 사용자 I/O를 집적하고, PWM 및 PCI 등의 주변장치를 사용자가 구성할 수 있다.

MAX 10은 기존의 CPLD처럼 간단한 글루 로직을 대체하는 것이 아니다. 그렇다고 일반 FPGA와 같이 많은 외부 부품이 필요한 것도 아니며, 둘 간의 중간 영역을 겨냥한 제품이라고 할 수 있다.

개발용 보드는 커넥터와 스위치 등을 풍부하게 탑재한 MAX 10 FPGA 개발 키트와 좀 더 간단한 MAX 10 FPGA 평가 키트가 준비돼 있다. 평가 키트의 가격은 30달러다.

MAX 10은 TSMC의 55 nm 임베디드 플래시 공정 기술로 제조된다. 소비전력은 LE 수에도 의존하지만, 약 100 mW 이하이다. 패키지는 WLCSP와 FBGA 등 9종류가 있다. GPIO가 27개로 가장 작은 제품은 패키지 크기가 3 × 3 mm다.

Enpirion 전원 제품

알테라의 Enpirion 전원 디바이스와 함께 이용함으로써 높은 통합과 패키지 크기 측면에서 MAX 10 FPGA가 제공하는 시스템 차원의 유용성을 최대한 활용할 수 있다. Enpirion 전원 제품은 고도로 통합된 솔루션으로, 보드 디자인을 간소화하고 BOM(bill-of-materials) 비용을 낮춘다. 알테라는 MAX 10 FPGA에 이용하도록 검증된 Enpirion 전원 레퍼런스 디자인을 제공한다. 이를 이용함으로써 설계 위험성을 낮추고 보드 디자인을 간소화할 수 있다. 

AEM_Automotive Electronics Magazine