SignatureIP가 발표한 기술 백서는 공유 버스와 크로스바(Crossbar) 같은 기존 시스템 온 칩(SoC) 인터커넥트 모델이 컴퓨팅 유닛의 수와 다양성이 증가하면서 실질적인 한계에 가까워지고 있다고 말한다. 백서는 이러한 전환을 세 가지 주요 압력과 연결한다. 즉, 이기종 인공지능 워크로드, 자동차 플랫폼의 안전 요구사항, 그리고 여러 실리콘 다이 사이에서 코히어런스를 유지해야 하는 칩렛(Chiplet) 아키텍처로의 설계 전환이다.
채널 공유 문제에서 확장성 문제로
공유 버스와 크로스바는 약 20년 동안 SoC 업계를 뒷받침해 왔지만, 데이터를 교환하고 메모리 코히어런스를 유지하는 에이전트의 수가 증가하면 적합성이 떨어진다. 백서에 따르면 인공지능 가속기는 많은 수의 이기종 유닛을 필요로 하는 반면, 브로드캐스트 스누프(broadcast-snoop) 기반의 감시 메커니즘은 이러한 통신을 관리하는 아키텍처의 능력을 초과하면 붕괴에 이른다.
여기서 문제는 단순히 전송 속도가 증가하는 것이 아니다. 유닛 수가 늘어날수록 경로, 중재 및 코히어런스를 효율적으로 관리해야 할 필요성이 커지는 동시에 중앙집중형 아키텍처는 병목 현상에 더욱 취약해진다. 따라서 SignatureIP는 공유 채널보다 확장성이 높은 대안으로 패킷 스위칭을 사용하는 NoC를 제시한다.
인터커넥트 재설계를 이끄는 세 가지 압력
- 인공지능: 워크로드는 전문화되고 다양한 구성요소에 의존하므로, 단순한 통신 모델이 아니라 여러 에이전트 간의 코히어런스에 대한 필요성이 커진다.
- 자동차: ADAS 플랫폼과 전기차는 ISO 26262 및 ASIL-D에 부합하는 안전 메커니즘을 인터커넥트 아키텍처 자체에 통합해야 하며, 나중에 별도의 해결책으로 추가해서는 안 된다.
- 칩렛: UCIe 2.0을 언급하면서 코히어런스 문제는 단일 다이 내부에서 다이 간 경계로 이동하고 있으며, 이러한 경계를 명확하게 처리할 수 있는 인터커넥트가 필요해진다.
백서는 또한 크로스바 아키텍처의 중재 경로가 3nm 및 2nm 제조 노드에서 타이밍 클로저를 달성하는 데 어려움을 겪는다고 덧붙인다. 이는 트랜지스터 크기를 줄이는 것만으로 통신 문제가 자동으로 해결되지는 않는다는 뜻이다. 인터커넥트 네트워크 자체가 설계 타이밍과 성능을 제한하는 요인이 될 수 있기 때문이다.
NoC와 디렉터리 기반 코히어런스 아키텍처가 제공하는 것
SignatureIP는 이러한 제약을 해결하기 위해 패킷 스위칭 NoC와 디렉터리 기반 코히어런스(directory-based coherency) 아키텍처를 제시한다. 자료에서 설명하는 핵심 아이디어는 모든 유닛에 코히어런스 요청을 브로드캐스트하는 방식에 의존하지 않고, 데이터와 관련된 주체를 추적하는 보다 체계적인 메커니즘을 사용하는 것이다. 이 접근법은 에이전트 수가 증가하고 각 에이전트의 기능이 달라질 때 확장성을 개선하는 것을 목표로 한다.
회사는 백서에서 C-NOC, NC-NOC, AXI2CHI, CHI2AXI, ATC 및 Proxy Cache를 포함하는 Compute and I/O Subsystem IP 포트폴리오와 Ethernet 및 Inoculator 구성요소를 소개한다. 그러나 자료는 이러한 구성요소의 성능, 전력 소비 또는 실제 설계에서의 결과를 비교할 수 있을 만큼 충분한 세부 정보를 제공하지 않는다. 따라서 이 목록을 특정 제품의 우월성을 입증하는 독립적인 근거로 간주할 수는 없다.
이것이 칩 설계자에게 중요한 이유
백서가 설명하는 실질적인 변화는 인터커넥트 결정이 SoC 설계의 후속 세부사항에서 확장성, 안전성 및 타이밍에 영향을 미치는 아키텍처 요소로 바뀌고 있다는 점이다. 인공지능, 자동차 또는 칩렛 기반 시스템용 SoC를 구축하는 팀은 코히어런스를 어떻게 관리할지, 유닛 또는 다이 사이에서 데이터를 어떻게 전달할지, 그리고 통신 경로에 안전 기능을 어떻게 통합할지를 초기 단계부터 검토해야 한다.
그럼에도 이 자료는 SignatureIP의 포트폴리오와 연계된 기술 백서이며, NoC와 다른 접근법을 비교하거나 상세한 측정값을 제시하는 중립적인 연구는 아니다. 따라서 이 자료의 핵심 가치는 기존 인터커넥트 아키텍처에 압력을 가하는 요인을 요약하고 명확한 아키텍처 방향을 제시하는 데 있다. 실제 도입 결정에는 각 설계의 요구사항에 따른 성능, 전력, 통합, 검증 및 기타 데이터가 필요하다.