한국전자통신연구원(ETRI)이 오픈소스 설계자산(IP)인 리스크-V(RISC-V)를 활용한 시스템반도체 설계기술을 개발했다.

스마트폰, IoT 애플리케이션 등 전세계 저전력 반도체 상용 IP의 90%를 차지하는 ARM의 IP를 대체할 수 있고, 국내 중소 팹리스 업체가 신속하게 경쟁력 있는 제품을 개발하는 데 도움이 될 것으로 보인다.

스마트폰, IoT/웨어러블 기기 등 최첨단 기술이 집약된 다양한 분야에서 폭넓게 사용되는 반도체의 두뇌역할을 하는 것은 CPU(코어)로, 현재 전세계 저전력 반도체 IP의 약 90%가 ARM의 코어IP를 사용하고 있다.

ARM의 코어IP는 수정이 어렵고 로열티 부담이 있어 RISC-V 기반 칩이 CPU 제조·설계업체들의 주목을 받고 있다.

RISC는 x86 아키텍처(CISC)와 달리 축소명령어집합컴퓨터(RISC) 기반의 최적화된 CPU 아키텍처로 소규모 서버나 임베디드 시스템에 탑재되는 코어 개발에 활용할 수 있다. RISC-V는 무료 개방형명령어집합(Instruction Set Architecture, ISA)으로 비용 없이 누구나 활용할 수 있도록 설계도(소스)를 공개하고 있다.

2010년 미국 UC버클리대학에서 최초 개발이 시작됐으며 2015년 RISC-V 파운데이션이 공식 오픈하면서 전력대비 효율성이 높은 코어 개발이 가능해 ARM을 대체할 유력한 아키텍처로 주목받고 있다. ‘V’는 UC버클리에서 개발한 5세대 메이저 버전이란 뜻이다.

NXP반도체, 래티스세미컨덕터, 퀄컴, 마이크론, 웨스턴디지털, 램버스와 같은 반도체 기업은 물론 구글, IBM, 화웨이, 삼성전자 등이 멤버로 참여하고 있다. 딜로이트는 RISC-V 코어 시장은 올해 대비 2배 성장할 것으로 전망한 바 있다.

ETRI는 자동으로 RISC-V 반도체 칩을 설계해주는 ‘리스크-V 익스프레스(RISC-V eXpress, RVX)’를 개발했다. 목표 성능에 적합한 IP를 선택한 후, 설계 버튼을 누르는 것만으로 손쉽게 반도체 설계를 할 수 있다는 게 ETRI의 설명이다.

IoT/웨어러블 분야에 특화된 초저전력 기술이 적용됐으며 온도역전현상을 이용해 전력소모를 약 35%까지 절감할 수 있다.

실제로 RVX 플랫폼을 통해 개발된 칩은 0.7V 전압으로 동작하는 IoT 애플리케이션을 0.48V 전압만으로 구동할 수 있어 초저전력 성능을 입증했다고 ETRI는 설명했다.

초저전력 기술 외에도 다양한 IP와 네트워크 기술, 사용자 인터페이스 등을 모두 통합하면서 맞춤형 시스템반도체 설계도 지원한다.

ETRI는 이 플랫폼을 대학 교육에 활용하면서 반도체 인력양성에도 나서고 있다. 중앙대와 경희대 학부과정에 200여명의 학생을 대상으로 반도체 설계 교육에 RVX를 적용, 반도체를 직접 설계해보는 기회를 제공했다. 

ETRI 지능형반도체연구본부 이재진 책임연구원은 “RISC-V 기반 시스템반도체 개발의 진입장벽을 낮춤으로써 국내 RISC-V 기술 확산 및 생태계 구축에 기여하기 위한 해답으로 RVX를 개발했다”고 말했다.

이번 연구는 과학기술정보통신부 ETRI연구개발지원사업 ‘경량 RISC-V 기반 초저전력 인텔리전트 엣지 지능형반도체 기술 개발’ 과제의 일환으로 수행됐다. 연구진은 장비 국산화를 위한 반도체 설계기술 고도화 및 인체통신·AI가속기 등을 결합해 지능형 엣지반도체 생태계를 강화하기 위한 후속연구를 진행할 방침이다.