FPGA(Field Programmable Gate Array)가 오랜 여정을 거쳐 마침내 오토모티브 시장의 주류 기술로 떠오르고 있다. 한 때는 개발용 솔루션으로만 여겨졌던 FPGA는 ASIC이나 ASSP 솔루션의 독무대까지 넘보게 됐다. 게다가 IEC 61508 및 ISO 26262 표준을 준수하는 시스템을 빠르게 개발할 수 있도록 돕니다. 한국의 오토모티브 시장을 둘러보고 자동차 OEM 및 서플라이어와 협력을 모색하기 위해 나선 알테라의 산업용/자동차 사업부 존 골디(John Goldie) 전략 마케팅 매니저를 알테라 코리아 사무실에서 단독으로 만났다.



“오토모티브 시장에서 기존의 마이크로프로세서나 ASIC, ASSP 아키텍처로는 대응할 수 없는 유연성을 요구하면서 FPGA가 좋은 대안 솔루션이 되고 있다. 이와 더불어 FPGA는 기능안전성 측면에서도 고객의 요구와 기대를 충족시킬 수 있게 됐다.”
골디 매니저의 다음 행선지는 한국을 대표하는 자동차 회사가 있는 경기도 화성이었다. 시간이 촉박했기에 주어진 시간이 많지 않았다. 그는 1시간 남짓한 시간을 알테라의 ISO 26262 지원 전략을 소개하는 데 대부분 할애했다.
그는 “기능안전성을 보장해야 하는 시스템 설계에서 FPGA를 사용하는 데 따른 두 가지 이점은 개발비용 절감과 개발시간 단축에 있다”고 말했다. 여기에 “기능안전성 데이터 팩(Functional Safety Data Pack, FSDP)”이라는 핵심 역량이 숨어 있다. 알테라는 기능안전성 표준 승인 작업에 투입되는 시간을 단축하고 설계 공정의 효율성을 높일 수 있도록 FPGA 벤더로서는 유일하게 FSDP를 제공한다.
골디 매니저는 “T냌 인증의 기능안전성 데이터 패키지를 활용함으로써 기능안전성 인증 프로세스를 단순화할 수 있어, 대상 시스템의 인증에 개발기간을 18개월에서 24개월 정도 단축할 수 있다”고 말했다.
알테라는 FPGA 디바이스, IP, 개발 도구 및 FPGA 디자인 플로에 IEC 61508 기능안전성 인증을 받은 최초이자 유일한 FPGA 공급업체다. 인증은 제 3자 인증기관인 T냌 Rheinland로부터 받았다. IEC 61508 기능안전성 규격에서 파생된 ISO 26262 인증 취득도 예정돼 있다.
ISO 26262는 최대 중량 3.5톤 이하 차량의 전기/전자 시스템에 적용되며, 시스템의 오작동으로 인한 고장의 영향을 회피하거나 제어 또는 완화하는 데 목적이 있다.
그는 “ISO 26262 오토모티브 기능안전성 데이터 패키지(AFSDP)의 제 3자 인증을 연내 취득할 계획이다”고 말했다. 올 초 안전성 업무 전담팀 구성과 ISO 26262 관련 일반 문서 작업을 마무리했다. 2분기부터는 해당 제품군의 문서 작업을 진행하고 있다.
ISO 26262를 위한 AFSDP에는 안전 매뉴얼과 진단 IP가 포함된다. 이 패키지는 알테라의 개발 도구와 방법론, 디바이스에서 체계적인 오류가 배제되어 있다는 것을 증명하는 것이다. 알테라는 ISO 26262 Edition 2 워킹그룹16(반도체 부품)에서도 활동하고 있다.



FPGA의 이점
골디 매니저는 안전 관련 설계에서 FPGA를 사용하는 6가지 이유를 들었다. 우선, 유연성(flexibility)을 가장 큰 이유로 꼽았다. 그는 “FPGA는 진단이나 리던던시(redundancy), 빌트인 셀프 테스트(BIST)가 필요하다든지 세이프 존과 비 세이프 존을 구분하여 설계해야 할 경우에 뛰어난 유연성을 제공한다”고 말했다.
두 번째, 성능(performance) 측면에서는 온칩 인터페이스와 병렬화를 통해 속도를 높이고 지연을 낮출 수 있다는 점을 들었다.
세 번째, 통합(integration) 측면에서는 ASIC이나 MCU, DSP 등을 하나의 FPGA에 통합함으로써 얻을 수 있는 이점을 꼽았다. 그는 “PCB에 적은 수의 부품을 실장함으로써 신뢰성을 높이고 보드 사이즈를 줄일 수 있어 비용까지도 낮출 수 있다”고 말했다.
네 번째, 타임투마켓(Time to market)은 FPGA의 가장 일반적인 특징이다. FPGA는 신속하게 솔루션을 개발하고 검증을 할 수 있으며, 출시 후에도 손쉽게 업그레이드와 리플래시가 가능하다.
다섯 번째, 사용에 있어서 신뢰성(Confidence in use)은 이미 인증을 받은 설계 방법론과 도구, IP, 디바이스를 이용함으로써 확보된다.
여섯 번째 이유는 장기 가용성(long term availability) 측면이다. 그는 “알테라의 평균 제품 주기는 15년이나, 대부분의 제품이 20년 이상의 수명을 보장한다”고 말했다.




A-grade 디바이스
알테라는 CPLD, FPGA, SoC, ASIC으로 자동차 등급(A-grade) 제품을 제공하는 유일한 PLD 업체다. 이 회사의 자동차 등급 제품은 저가격, 저전력 용도의 CPLD인 MAX 시리즈와 보급 가격대의 FPGA인 Cyclone Ⅰ~Ⅳ가 대표적이다. 일정한 성능과 다기능(feature-rich)이 요구되는 애플리케이션을 위해서는 28 nm 저전력(LP) 공정을 이용한 Cyclone Ⅴ가 있다. ASIC이 필요한 경우에는 스트럭처드 ASIC (Structured ASIC)인 HardCopy가 대안이 될 수 있다. 프로세서 기능과 FPGA의 프로그래밍 기능을 통합하는 경우, 맞춤형 ARM 기반 SoC FPGA인 Cyclone Ⅴ SoC가 준비돼 있다.
골디 매니저는 “제품군에 따라 130 nm에서 60 nm까지 다양한 공정기술 노드를 이용한다. 최신 자동차 등급 제품의 경우는 첨단 28 nm LP 노드를 이용하고 있다”고 말했다.
알테라는 최근 TSMC와 TSMC의 55 nm 첨단 EmbFlash (Embedded Flash) 공정 기술을 이용한 기술 협력 프로그램을 발표했다. TSMC의 55nm EmbFlash 기반 PLD는 자동차 및 산업용을 포함한 다양한 시장의 저전력 대량생산 애플리케이션을 겨냥한다. 이전 세대의 임베디드 플래시 대비 TSMC의 55 nm EmbFlash는 보다 높은 속도의 컴퓨팅 성능을 제공하고 게이트 밀도를 10배 증가시키며 플래시 및 SRAM 셀 크기를 각각 70%, 80% 줄여준다.
알테라는 비즈니스 연속성 계획(BCP)의 일환으로 제품의 안정 공급을 확보하기 위해 노력하고 있다.
골디 매니저는 “알테라의 웨이퍼 팹은 TSMC의 3개 거점을 이용하고 있으며, 패키징과 테스트도 2개의 거점에서 나눠 진행하고 있다”면서 “사실상 Fabmatch® 기술에 의한 듀얼 팹 전략을 쓰고 있다”고 강조했다.
알테라의 자동차 등급 디바이스 제품은 모두 차량용 IC 품질 규격인 AEC-Q100을 준수한다. -40 ℃ ~ +125 ℃ (MAX® 7000AE CPLD는 최대 +130 ℃)의 접합온도 범위를 제공하며, 일부 디바이스는 TAMBIENT = 125 ℃ 이상도 가능하다. 상한 온도범위를 150 ℃까지 확장한 디바이스도 검토 중이다.