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Arm 디자인스타트 통해 사용할 수 있는 Cortex-A5 CPU 한 눈에 보기

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글/크리스 쇼어(Chris Shore), Arm 기술 마케팅 이사

- 18개월 간 4,000개 이상의 기업이 디자인스타트(DesignStart) 통해 무료로 Arm IP 이용 경험
- 초기 비용 없이 성과에 따른 로열티 지불 조건으로 Cortex-M CPU 라이선스 취득 300개 기업
- 디자인스타트 통한 IP 프로그램 확장으로 혁신적인 커스텀 실리콘/ASIC 제작 생태계 지원
- Cortex-A5 IP로 포괄적 시스템 설계와 고급 애플리케이션 프로세서 개발에 비용과 시간 절감

지난 10년간 Arm 디자인스타트(Design-Start)는 실리콘 스타트업과 OEM이 검증된 Arm IP로 구축된 커스텀 실리콘/ASIC을 제작하고, 최대한 빠른 시간과 저렴한 비용으로 업계 선도적 기술 생태계의 이점을 활용할 수 있도록 지원해 왔다.
얼마나 많은 기업들이 혜택을 받았을까? 지난 18개월만 놓고 봐도, 무려 4,000여 개 기업들이 디자인스타트를 통해 무료로 Arm IP를 평가했으며, 그 외 300여 개 업체는 초기 비용 없이 성과에 따른 로열티만 지불하는 조건으로 Cortex-M CPU 라이선스를 취득했다. 중국 업체 아이겐컴(EigenCOMM)은 단 6개월만에 NB-IoT를 개념에서 실리콘으로 탈바꿈시켰다! 성공적인 테이프 아웃을 위해 CPU보다 시스템 IP와 피지컬 IP를 더 많이 활용했다.
현재까지 디자인스타트에서 사용할 수 있는 Arm IP는 가장 제약이 많은 저전력 임베디드 애플리케이션용으로 설계된 Cortex-M 프로세서로 제한돼 있다. 최근 우리는 상용 배포를 위해 자일링스(Xilinx) FPGA에서 무료로 사용할 수 있는 Arm Cortex-M1과 Arm Cortex-M3 CPU 소프트 IP도 추가했다. Arm은 이 모멘텀을 이어가며 빠른 액세스 IP 프로그램을 확장해 리눅스 지원 Arm Cortex-A5 프로세서를 포함했다.
Cortex-A5는 고성능, 완벽한 기능 지원, 우수한 효율성, 리눅스 지원을 특징으로 하는 CPU이다. SoC와 완전히 일치하는 쿼드코어로 구성할 수 있으며, 모든 임베디드 애플리케이션에 사용하기 적합한 CPU이다. Cortex-A9는 절반의 영역과 절반의 전력으로 동일한 기능 세트를 가지고 있다. 1.7배 더 효율적이면서도 성능의 70%를 제공한다. 높은 디지털 신호처리(DSP)용 고급 SIMD인 NEON을 포함하며, 광범위한 오픈소스와 전용 소프트웨어의 지원을 받는다. Arm NN을 사용하면 ML 애플리케이션에서도 사용할 수 있다!
독자 여러분도 활용할 수 있는 Cortex-A5 디자인스타트만의 남다른 4가지 주요 특징은 고급 애플리케이션을 위한 프로세서 기능, 포괄적인 시스템 설계, 유연한 소프트웨어 개발로 비용과 시간 절감, 처음부터 제대로 된 실리콘 개발을 위한 전문적 지원 등이다.

고급 애플리케이션을 위한 프로세서 기능

Cortex-A5는 널리 배포된 검증된 CPU로, 20억개가 넘는 디바이스에 탑재됐다. 의료, 스마트 홈, 산업용 등 다양한 시장의 애플리케이션에 사용되고 있다. 180nm부터 7nm에 이르는 모든 주요 파운드리와 프로세스 노드에서 제조된다. Cortex-A5를 비롯한 Arm CPU를 사용해 본 파운드리라면 ASIC 설계자가 프로젝트를 성공적으로 테이프-아웃(tape-out) 하기 더욱 간편해졌으며, 수 개월에 해당하는 시간과 노력을 절감할 수 있다는 점을 알 것이다.
한층 다양하고 대중적인 Cortex-A5만의 핵심 기능은 다음과 같다.
• 고성능, 소형 풋프린트: Cortex-A5는 GHz 주파수 범위를 지원하며, 고급 애플리케이션의 혁신에 이상적인 고성능 CPU이다. 이 CPU는 임베디드 시장에 고성능을 제공하는 한편, 40nm에서 0.28mm2의 매우 작은 풋프린트, 낮은 실리콘 팹 비용이 특징이다.
• 매우 뛰어난 전력 효율: 이 프로세서는 Cortex- A9보다 효율성이 두 배 정도 높은 반면, 동일한 기능 세트와 70% 성능을 제공한다. 또한 기존 40nm 공정 노드에서 100mW/100MHz로 매우 효율적이다.
• 뛰어난 구성 가능성: Cortex-A5는 다음을 포함해 여러 옵션을 제공한다.
- 단일 코어 설계부터 완전히 일관된 쿼드-코어 설계까지 가능
- 반 정밀도, 단일 정밀도, 배 정밀 연산에서 부동 소수점 연산을 위한 고성능 및 고효율 하드웨어 지원을 위한 부동 소수점 연산(FPU)
- 현재 수십억 개 Cortex-A 기반 디바이스에 배포된 것으로, 전체 시스템으로 확장된 가장 강력한 소프트웨어 보안을 위한 하드웨어 강제 격리를 포함한 트러스트존(TrustZone) 기술을 갖춘 보안
- 머신 러닝이나 기타 커스텀 프로세서에 신속히 연결할 수 있는 고성능 액셀러레이터(ACP) 포트

• Arm NEON으로 향상된 DSP 및 멀티미디어 프로세싱: Cortex-A5 프로세서는 NEON을 사용해 고급 신호 및 멀티미디어 프로세싱을 위한 고급 SIMD 데이터 프로세싱을 할 수 있다. SIMD 엔진은 엄청난 성능 향상을 가능케 한다. 실제로 NEON을 사용한 Cortex-A5는 표준 정수 프로세서 대비 YUV 색상 변환 성능을 50% 향상시킨다.
NEON은 이미지 프로세싱부터 음성 제어까지 업계에 걸쳐 폭넓게 사용되며, 사용하기도 쉽다. NEON용으로 구축되었거나 최적화된 수 백여 개 오픈 소스, 독점 라이브러리 및 미들웨어가 있다. 가장 널리 사용되는 신호 처리 개발 도구 중 하나인 매트랩(Matlab)은 NEON 코드를 출력한다. 이 코드는 Cortex-A 프로세서에서 바로 사용할 수 있도록 최적화됐다.

포괄적인 시스템 설계
우리는 CPU만 제공하는 것이 아니다. Cortex- A5 디자인스타트 패키지에는 Cortex-A5 시스템을 훨씬 간단하게 만들 수 있도록 해주는 포괄적인 시스템 IP 세트가 포함돼 있다. 이 검증된 SoC 기반은 면적과 전력 최적화된 Soc 개발을 위한 다음과 같은 유연한 시스템 IP 세트를 포함한다.
• Arm CoreLink NIC-400은 설계 유연성을 갖춘 구성 가능한 저전력 연결용 온칩 네트워크 인터커넥트이다. NIC-400 설계를 지원하기 위해 소크라테스(Socrates) 도구를 제공한다.
• 완벽한 디버깅을 위한 업계 표준 코어사이트(CoreSight) 디버그와 추적 솔루션
• 트러스트존(TrustZone)은 앞서 언급한 시스템 전반의 보안 솔루션이다. 트러스트존 기술은 하드웨어 강제 격리를 제공해 안전한 RoT(Root of Trust)를 마련한다.

유연한 소프트웨어 개발로 비용과 시간 절감

리눅스로 소프트웨어 개발 비용 절감: 리눅스(Linux)는 풍부한 임베디드 애플리케이션에 있어 너무나도 중요하며, 2017 EE 타임즈 임베디드 시장조사에 따르면, 개발자의 82%가 다음 임베디드 개발에 리눅스를 고려하고 있다고 한다. Cortex-A5는 포괄적인 소프트웨어 스택 세트, 풍부한 임베디드 설계에 필요한 실행 준비가 된 미들웨어와 애플리케이션을 제공하며 개발자들에 리눅스 소프트웨어 세계를 열어준다.

Arm과 리나로(Linaro)는 리눅스 커널 개발을 지원하는 3대 업체에 속하며, 개발자들은 Arm을 선택해 소프트웨어 개발하는데 드는 비용과 인력을 절감하게 된다.
아래 이미지는 Arm에서 실행되는 IoT 스택과 개발에 필요한 미들웨어와 애플리케이션 일부를 보여준다. 신뢰할 수 있는 부팅이나 실행, 무선과 네트워킹 스택, 코덱, IoT 프로토콜 또는 애플리케이션을 위한 펌웨어인지 여부에 관계없이 모두 Arm에서 실행된다.

엣지에서의 머신 러닝 사용도 더욱 쉽게: Cortex-A5는 머신 러닝(ML) 애플리케이션에도 사용할 수 있다. Arm은 Arm에서 ML을 더욱 쉽고 효율적으로 사용할 수 있도록 지원하는 다양한 소프트웨어를 제공한다. 프로젝트 트릴리엄(Project Trillium)의 일환으로, 우리는 개발자들이 원하는 프레임워크를 사용해 ML 애플리케이션을 제작하고 이를 Arm IP나 CPU, 심지어 타사 IP에도 매핑 할 수 있도록 지원하는 오픈소스인 Arm NN을 보유하고 있다. 뿐만 아니라 Arm 하드웨어를 최대한 활용할 수 있는 심층 최적화 기능을 제공하는 Arm 컴퓨트 라이브러리(Compute Library)도 보유하고 있다.

Arm 생태계가 제공하는 선택권과 유연성: 개발자들은 풍부한 리소스와 자체 제품 확장이 가능한 강력한 기반을 제공하는 최대 기술 생태계에 대한 액세스를 갖춘 Arm에서 자신 있게 설계할 수 있다. Cortex-A5 생태계에는 Arm에서 실행되는 수백 여 개 도구와 RTOS, 오픈소스, 풍부한 전용 OS(운영체제)가 포함돼 있다.

처음부터 제대로 된 실리콘 개발을 위한 전문적 지원

이 프로그램에는 처음부터 제대로 된 실리콘을 개발할 수 있도록 Arm 전문가가 제공하는 1년 설계 지원 또는 3년 지원이 포함돼 있다. Arm 글로벌 팀은 사용자가 마주하는 기술적 문제와 Arm IP에 대한 의문점을 해결하도록 돕기 위한 전문적 지원을 제공한다. 문의는 이메일이나 온라인을 통해 간편하게 할 수 있다. 상당한 가치가 있는 지원을 제공하는 이 서비스는 사용해 본 고객의 96%가 만족을 표했다. 이는 Arm의 일방적 주장이 아니라 고객이 실제로 보내온 피드백에 근거한 것이다.
우선 시작에 들어가면 온보딩 콜 시간을 마련해 Arm과 작업하는 것과 관련한 기본 사항에 대해 안내한다. 또한 Arm 커뮤니티에 있는 디자인스타트 포럼에 참여할 것을 권장한다. 여기에서는 Arm 전문가와 생태계 파트너, 그 외 디자인스타트 설계자들로부터 정보와 지원을 무료로 얻을 수 있다. 본인의 성공사례와 아이디어, 어려움 등도 함께 공유할 수 있으며, 커스텀 SoC 설계에 대한 최신 소식도 얻을 수 있다.

[디자인스타트를 통한 Cortex-A5 이용법]
➊ 우선, 액세스 등록해 Arm 계정을 생성한다.
➋ 등록을 완료하면 디자인스타트 팀에서 연락이 간다. IP에 대한 액세스 비용을 7만 5천 달러로 Cortex-A5 라이선스 비용을 대폭 줄였으며, 여기에는 Arm 엔지니어 1년 지원이 포함돼 있다.
➌ 애플리케이션이 승인되면 Cortex-A5 기반 설계를 시작할 수 있다. 경험이 풍부한 Arm 엔지니어팀의 지원을 전 세계 곳곳에 배치돼 있어 어디에 있든 SoC 개발에 필요한 도움을 받을 수 있다.

테이프-아웃 단계나 제조 단계에 있게 되면, 1천대 이상일 경우 테이프-아웃 비용 5만 달러와 소정의 로열티가 부과된다. 이 비용은 프로젝트 진행 과정에 맞춰 라이선스 비용을 이월하는데 도움이 된다.