오픈소스 지각변동이 시작된 반도체 생태계, RISC-V 설계 검증의 중요성 ①

최태우 기자 / 기사승인 : 2020-06-17 13:00:19
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▲ [source=pixabay]

정보기술(IT) 발전의 근간이 되는 소프트웨어(SW) 산업에 오픈소스(Open source) 소프트웨어 도입이 확산되면서 개발 시간 및 비용 측면의 효율성 증대, 커뮤니티를 기반으로 수행되는 집단 검증 등 오픈소스 활용에 따르는 여러 장점이 주목을 받고 있다.

이제 오픈소스는 소프트웨어 분야에만 그 적용이 국한되지 않고 반도체 산업에도 도입이 확산되어 반도체 생태계를 변화시키고 있다.

반도체 생태계에 전반적인 변화가 시작된 배경에는 미국정부와 중국정부 사이에서 벌어진 이른바 ‘무역전쟁’이 있다. 

 

미국 상무부는 화웨이(Huawei)와 70개 계열사를 수출 제한 국가인 엔티티리스트(Entity List)에 추가한다는 내용과 반도체 기업이 화웨이에 제품을 납품할 때 미국 정부의 허가를 받도록 하는 내용을 포함하는 무역제재 방침을 발표했고, 이와 동시에 영국의 반도체 설계업체인 ARM은 화웨이와의 거래를 전면적으로 중단한다고 밝혔다.

이에 따라 화웨이는 ARM, 퀄컴 등 시장을 주도하는 반도체 기업으로부터 애플리케이션프로세서(AP)를 포함하는 핵심 반도체 부품을 조달 받기가 매우 어려워졌다. 

 

이러한 ‘화웨이 사태’를 통해서 알 수 있듯이, 반도체 설계 시장에서의 독점적인 우위를 점하고 있는 ARM이 IP 공급을 중단하게 될 경우 IP를 공급받는 기업은 치명적인 피해를 입게 되는데, CPU 코어의 IP 기술력을 자체적으로 확보하지 못한다면 칩 설계 자체에 문제가 생기기 때문이다.

이번 미국과 ARM의 화웨이 제재 정책으로 인하여 삼성, 퀄컴 등 많은 기업들이 반도체 생산과 관련하여 직접적으로 위기 의식을 느끼게 되었고, 자체 CPU 코어 개발에 대한 수요가 커지게 되었다.

ARM 체제에 대항하는 공개 아키텍처, 리스크-V(RISC-V)
ARM 아키텍처를 사용하기 위해서는 특허 사용에 따른 라이선스, 로열티를 지불해야 하고 추가적인 개발이나 설계 수정을 진행할 때마다 ARM에게 이에 대한 추가 비용까지도 지불해야 하기 때문에, ARM 체제 하에서 자체적으로 프로세서를 개발하기 위해서는 막대한 비용을 투자해야 한다.

이런 구조로 시장의 약 90%를 독점하고 있던 ARM에 대항하여 등장한 것이 공개 CPU 아키텍처인 RISC-V이다. 

 

‘반도체의 리눅스’라고 불리는 RISC-V는 오픈소스 라이선스를 통하여 무료로 사용할 수 있도록 개방되어 있기 때문에 ARM과 달리 별도의 라이선스 비용, 로열티를 지불하지 않고도 사용할 수 있으며 수정 및 추가 개발도 매우 용이한 구조이다. 자체적으로 프로세서를 개발하기에 적합한 환경을 제공하는 것이다.

이러한 RISC-V를 통해 프로세서를 개발하려는 기업들이 늘어나는 상황을 관망할 수 없던 ARM은 자사의 코텍스(Cortex)-M 코어의 인스트럭션 세트 일부를 무료로 개방하는 등 새로운 돌파구를 마련하고 있다.

전문가들은 시장에서의 RISC-V 확산 움직임이 커지면서 ARM이 결국은 자사의 ISA 일부를 개방한 것으로 보고 있으나, 이러한 ARM의 일부 아키텍처 무료 개방에도 RISC-V에 대한 수요는 쉽게 수그러들지 않을 것으로 보인다.

RISC-V를 통해 프로세서를 개발하는 기업 중 단순히 비용적인 측면 뿐 아니라 ARM의 지배력에서 벗어나는 것을 목적으로 하는 기업도 많기 때문에, 반도체 생태계에 있어서 오픈소스 플랫폼으로의 이동을 완전히 막는 것은 어려울 것으로 분석되기 때문이다.

반도체 오픈소스 아키텍처 생태계가 급속도로 발전하면서 최근 삼성은 RISC-V를 활용하여 5G 무선통신 칩(RFIC)을 개발했다고 밝혔고, LG전자 역시 신경망처리장치(NPU) 개발에 RISC-V를 활용했다고 발표했다.

아키텍처 검증의 중요성
RISC-V를 통한 프로세서 자체 개발에도 어려움이 있다. RISC-V의 경우, 오픈소스를 사용하여 개방된 아키텍처를 활용할 수 있다는 점에서 비용이 상당 부분 절감되고 개발 시간도 단축할 수 있지만, 개발된 RISC-V를 효과적으로 검증하기가 어렵기 때문이다.

앞서 언급한 바와 같이 RISC-V는 아키텍처를 소스 레벨로 무료 공개하여 팹리스(Fabless) 업체가 소스를 직접 수정하고 변형하여 설계할 수 있도록 구성되어 있기 때문에 개발의 유연성을 확보할 수 있는 장점이 있지만 그만큼 아키텍처가 복잡해진다.

프로세서 내의 아키텍처가 복잡해지면서 하드웨어 검증이 소프트웨어 검증과 분리될 수 없으며, 이러한 복잡성으로 인해 새로운 방법론, 기술 및 도구, 도구를 실행하기 위한 새로운 검증 방식이 요구된다.

또한 RISC-V는 개방성을 기반으로 하는 오픈소스를 활용하기 때문에 오픈소스 취약점을 제대로 관리하지 못할 경우 발생할 수 있는 보안 문제도 해결해야 한다. 이러한 RISC-V 아키텍처를 효과적으로 검증하기 위해서는 RISC-V에 특화되어 있는 검증 도구를 활용해야 한다.

임베디드 소프트웨어 개발사인 임페라스(Imperas)는 오픈소스 가상머신 리스크파이브OVP심(riscvOVPsim)을 무료로 제공해 RISC-V 아키텍처 개발자 및 설계자들이 효율적으로 설계 검증을 수행할 수 있도록 전문적인 서비스를 제공하고 있다. 앞으로 여러 회에 걸쳐 임페라스의 시뮬레이션 툴을 활용한 검증방법과 이에 대한 구체적인 내용을 알아보고자 한다.

 

 

글 : 이기영 / TND팀 주임연구원 / 쿤텍

 

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