16ZS1200, Near-Zero-Voltage Micro-Grain Architecture for Ultra-Low-Energy Processor,
Jae-Jin Lee
Abstract
제 1 장 서론 제 1 절 연구 목표 사물인터넷 (IoT) 시대가 도래하며, 세계 주요국가 및 글로벌 기업들은 차세대 IoT 디바이스 시장을 선점하기 위한 치열한 경쟁을 하고 있다. 시장 분석 업체들은 저전력 기술을 IoT 디바이스 시장의 최대 핵심 경쟁 기술로 지목하고 있으며, 저전력 기술 개발을 통한 IoT 디바이스들의 전력 사용량 또는 배터리 사용량 문제가 해결되었을 때 본격적인 IoT 시대가 열릴 것으로 예상하고 있다. 이에 본 연구는 기존의 저전력 기술을 뛰어넘는 초저전력 (Ultra-Low Power, ULP) 기술을 개발하는 것을 목표로 하여 궁극적으로 국내 IoT 디바이스 산업이 세계적인 경쟁력을 갖추는 것에 기여하고자 한다.
1. 필요성 및 중요성 가. 연구 과제의 필요성 1) 정책적 필요성 가) IoT 시대의 도래로 2020년경에는 IT융합 디바이스 시장의 상당부분이 웨어러블을 비롯한 IoT 디바이스들로 대체될 것으로 전망됨
나) 세계 주요국가 및 글로벌 기업을 중심으로 차세대 IoT 디바이스 시장 선점 경쟁이 치열한 가운데 국내 IoT 디바이스 산업의 선전을 위해선 IoT 디바이스용 초저전력 프로세서 개발이 필수
다) 미래창조과학부가 추진하는 K-ICT 9대 전략산업에 부응하여 디바이스 World-Best 기술 확보를 통한 차세대 IoT 디바이스 글로벌 시장 선도
2) 기술적 필요성 가) Gartner, IDC 등의 시장 분석 업체들은 저전력 기술을 차세대 IoT 시장의 최대 핵심 경쟁 기술로 지목
나) 2020년까지 웨어러블, IoT 기기 등이 급속히 보급될 때, 전력 사용량 또는 배터리 사용량 문제는 기술적으로 반드시 해결해야 할 문제
다) 기존 프로세서 시장을 양분하고 있는 ARM과 Intel을 비롯한 중국, 인도등의 신흥 프로세서 개발 회사들은 저전력 프로세서 연구개발에 몰두
라) 차세대 IoT 디바이스 용 프로세서 시장 석권을 위해서는 저전력 기술을 뛰어넘는 초저전력 (Ultra-Low-Power) 프로세서 설계 기술 개발이 필수
나. 연구 과제의 중요성 본 과제에서는 전력 소모량을 혁신적으로 감소시킬 수 있는 초저전력 프로세서 아키텍처 설계 원천기술 개발을 목적으로 한다. 1) 초저에너지 프로세서 연구 개발은 SW-SoC 융합기술의 핵심요소인 저전력 SoC 설계 기술로서 이상적인 에너지 효율성 달성을 위한 기초원천 핵심기술 개발 가) SW-SoC 융합기술의 결정체인 프로세서 기술은 다양한 산업분야의 핵심기술로 응용되고 있으며, SW-SoC 융합기술 산업의 시장 확장 및 지속적인 발전을 위한 핵심기술임
나) 초저전력 회로 설계 기술은 SW-SoC 융합기술 핵심기술 확보를 위한 원천기술임
다) 초저에너지 프로세서를 위한 아키텍처 기술은 미래시장인 웨어러블 IoT의 기술혁신을 통한 저변화, 대중화 및 시장 확대를 가능하게 하는 기초·원천기술임
2) 국산 IoT용 초저에너지 프로세서 개발은 실감·지능·융합형 서비스 패러다임을 이끌어 갈 미래 디바이스 분야의 초석으로서 창조 경제 실현 가) 현재 ARM과 Intel이 독점하고 있는 세계 프로세서 시장에서 초저전력 프로세서 개발을 통해 국산 프로세서 기반 IoT 디바이스 프로세서 시장 선점
나) 국내 중소·중견 디바이스 기업에 초저전력 회로 설계 원천기술 전파와 IoT 디바이스용 초저에너지 프로세서를 지원함으로써 국가 산업 발전에 기여
다) IoT 디바이스의 핵심요소인 전력 및 배터리 문제 해결을 위한 미래형 프로세서 아키텍처 혁신 기술 개발을 통해 ‘초연결 디지털 혁명의 선도국가 실현’에 이바지
3) 초저전력 프로세서 설계 기술 개발은 이론적 최저 전력 소모량에 도전하는 혁신 기술 개발로서 ETRI 본연의 임무에 부합 가) 현재 프로세서들의 Nominal 구동 전압 (약 1.125V)과 비교하여 이론적 최소 구동 전압 (약 36mV) 구동을 통해 최대 1/1000까지 소비 전력 감소 가능
나) 하지만 이론적 최소 구동 전압으로 구동하는 회로는 현실적으로 구현이 불가능하며, 동적 (Dynamic) 전력 소비량과 함께 초저전압 구동 회로의 누설 (leakage) 전력을 고려하면 이론적인 최대 전력 감소량은 1/1000 보다 줄어들게 됨
다) 본 과제는 구현 가능한 최소 전압 구동 회로 기술, 초저전력 아키텍처 설계 기술 및 Ultra-Low-Power-Management 기술 개발 계획을 제안하여 이론적 최저 전력 프로세서에 도전하는 초저전력 프로세서 개발을 목표로 함
라) 본 과제는 현재 국내외 학계 및 기업들이 개발하고 있는 저전력 프로세서 설계 기술의 한계를 뛰어넘는 혁신적인 초저전력 프로세서 설계 기술 개발
(출처 : 본문 제1장 서론 3p)
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J. Kim et. al, "Trends in Lightweight Kernel for Many core Based High-Performance Computing", Electronics and Telecommunications Trends. Vol. 32, No. 4, 2017, KOGL Type 4: Source Indication + Commercial Use Prohibition + Change Prohibition
J. Sim et.al, “the Fourth Industrial Revolution and ICT – IDX Strategy for leading the Fourth Industrial Revolution”, ETRI Insight, 2017, KOGL Type 4: Source Indication + Commercial Use Prohibition + Change Prohibition
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