MCU, AP, CPU, ECU, SoC, IC, PCB, FPGA, TCU, PCU

출처

반도체


반도체는 사실 특성 불순물을 첨가 하여 부도체(전기가 통하지 않는 물질)를 전기가 통하는 상태로 만든 물질 입니다. 따라서 잉여 전자나 부족한 전자가 물질 안에 생기게 되는데. 전기가 이 도체에 Input으로 가해지면 잉여 전자는 계속 움직이며 전기를 생성 하도록 도와주고 부족 전자는 그 공간을 전기가 통하도록 도와줍니다. 이게 바로 부도체가 도체 역할을 하게 만드는 원리가 됩니다.

• 메모리 반도체 : 정보 저장 & 불러오기 목적 (SSD, HDD, RAM, FLASH, etc.)
• 비메모리 반도체(시스템 반도체 & LSI 반도체) : 연산, 가공 및 처리 (CPU, MCU, MPU, ECU, CMOS, etc.)

1. IC (Integrated Circuit)

• IC는 집적회로 라고 불리며 다이오드, 트랜지스터, 저항기, 콘덴서 등이 연결된 회로를 하나의 칩으로 구성한 한 개의 칩 안에 능동소자와 수동소자를 조합, 전자회로를 구성한 것 입니다. 반도체 소자들을 매우 작게 만들어서 하나의 칩에 집적해놓은 것.

  • IC라고 하면 아래와 같이 생긴 칩들의 통칭이라고 생각하면 됩니다.

    

2. FPGA (Field Programmable Gate Array)

• 논리 게이트들의 결선을 임의로 변경할 수 있도록 프로그램 가능하게 만든 IC이다.

  • 다량의 논리 게이트가 집적되어 있으며, 주로 병렬 연산이 필요한 복잡한 논리 회로에 사용된다.

  • HDL(Hardware Description Language)를 이용해 프로그램하며, MCU나 CPU의 설계에도 FPGA가 사용된다.

    • 설계가 끝나면 커스텀 IC로 찍어내는 방식.

    

3. PCB (Printed Circuit Board)

• PCB는 인쇄회로에 여러가지 IC, 저항, 아래와 같이 기판 위에 전기가 통하고, 통하지 못하도록 회로를 설계 하고 그 전기가 통하는 위치에 소자들을 올려 어떠한 기능을 하도록 만들어 준 모듈(Module)을 총칭 합니다.

  • 이를 아주 아주 작게 만들어 특수 기능만 하도록 한 것이 위의 IC라고 보면 됩니다.

  • 보면 PCB 위에도 많은 반도체 소자인 IC들이 올라 가 있는걸 볼 수 있습니다.

    

4. CPU (Centrol Processing Unit)

• LCU(logical control units, 산술 논리 연산부), 명령해독부, 제어부 등으로 구성된 연산처리용 장치이다.

• MCU와 유사한 개념을 가졌다.

  • 마이크로 프로세서를 내장하고 있는 IC로, MCU와의 차이점은 다음과 같다.

    1. CPU는 범용으로 사용되는 PC나 기기에서 주된 연산을 담당하는 처리장치이다.

    2. Register와 Bus를 제외한 여러 시리얼 통신 기능이 빠진다.

    3. FLASH 메모리 대신 NVRAM(비휘발성 RAM)에 부트로더만 들어가있다. BIAS 혹은 CMOS라고도 한다.

    4. 여러 단계의 Cache 메모리가 포함된다.

• 개념적으로는 MCU도 CPU가 될 수 있다.

  • 예를 들어 여러 MCU가 모여있는 보드에서 주된 연산을 담당하는 MCU를 CPU라고 지칭해도 잘못된 것은 아니다. 하지만 일반적으로 CPU는 범용 컴퓨터나 모바일 장치의 컴퓨팅을 담당하는 IC를 의미한다. MCU는 보통 특수 목적용으로 사용된다.

• CPU에 삽입된 마이크로 프로세서를 코어(Core)라고 한다.

  • 한 CPU에 여러개의 코어가 있을 수 있다.

    

5. AP (Application Processor)

• 스마트폰의 두뇌라고 불립니다.

• AP는 다양한 기능이 하나의 칩으로 통합된 형태로 CPU와는 조금은 차이가 있습니다.

• AP에는 CPU, GPC, Memory, 등이 한 칩에 모두 들어 있어서 이를 SoC (System on Chip)이라 불립니다.

  • 즉 컴퓨터의 메인모드가 작게 하나의 칩이 되었다고 생각하시면 됩니다.

• 제조사 : Qulcomm(Snapdragon series), NVIDIA(Tegra series), Apple (A series)

  

6. SoC (System on Chip)

• 위 AP처럼 여러가지 기능들을 한 Chip에 모아 둔것 입니다.

  • System이 하나의 Chip위에 있다. 그래서 System on Chip!

    

7. MPU (Micro Processor Unit)

Process는 어떠한 일에 있어 그를 세분화 하여 진행 하는 절차 Processor는 그럼 그 일을 하기 위한 장치

• MPU (Micro Processor Unit)은 줄여서 Microprocessor라고도 불립니다.

  • 즉 Micro(작게) 쪼개어 일을 처리 하는 Unit(장치)를 말 합니다.

  • 컴퓨터에 따라 4 bit에서 64 bit로 데이터를 쪼개 일을 하곤 하죠.

• 마이크로 프로세서는 컴퓨터 중앙 처리 장치(CPU)의 핵심 기능을 통합한 집적 회로(IC)라고 합니다.

  • 시스템 적으로 봤을때 MPU는 내부에 '레지스터, 제어장치, 연산장치'를 포함하여 연산에 특화된 기능을 갖는 장치를 말합니다.

  • 컴퓨터의 CPU 또한 마이크로프로세서라 불리며, 개별적으로는 연산만 가능할 뿐 저장장치 (RAM, ROM) 출력장치(I,O포트) 등의 주변 장치가 있어야 사용할 수 있습니다.

    • 모든게 갖춰진 SoC 보다는 낮은 개념이죠.

• 마이크로 프로세서의 구성

  • 제어장치 : 명령어를 해석하여 레지스터나 연산장치를 제어합니다.

  • 연산장치 : 산술연산을 담당하며 제어장치의 제어를 받습니다.

  • 레지스터 : 소량의 데이터를 임시저장하는 공간입니다.

    

8. MCU (Micro Controller Unit)

• 마이크로 컨트롤러란 마이크로 프로세서와 저용량의 기억 소자들, 각종 복잡한 기능을 간소하게 해주는 논리 회로 및 아날로그 회로들을 하나의 IC로 만든 것이다.

  • 멀지 않은 과거에 한국에서는 마이컴(Micro Computer)라고 부르기도 했다. 간단히 말하면 특정 시스템을 제어하기 위한 전용 프로세서 MCU는 롬(ROM)과 램(RAM) 회로까지 내장, 사실상 초소형 컴퓨터의 역할을 하고 있다.

    • CPU를 포괄한 넓은 개념이다.

• 마이크로 프로세서와 이를 사용하기 위한 메모리, 입력장치 등의 필요한 기능이 함께 집적된 장치입니다. 마이크로 컨트롤러만으로 LED나 센서와 같은 장치들을 사용할 수 있기 때문에 작은컴퓨터라 표현하기도 합니다.

  • 최근, 마이크로 컨트롤러 보드라는 아두이노 보드가 등장하여 비교적 쉽게 이를 접할 수 있게 되었습니다.

    

MPU가 한가지 기능만 하는 것에 반해 위 사진처럼 MCU는 여러가지 기능을 SoC 하고 있습니다.

9. ECU (Electronic Control Unit)

• 전자 제어를 위한 IC로, MCU와 다른 점은 마이크로 프로세서가 포함되는지 여부이다.

• MCU는 반드시 마이크로 프로세서를 포함하지만, ECU는 그렇지 않을 수도 있다.

  • 크게 보면 MCU도 ECU의 범주에 들어간다고 할 수 있다.

  • 주로 차량의 전자 제어를 담당하는 IC를 의미한다.

10. PCU (Power Control Unit)

• 자동차에서 전력 변화와 분배를 담당하여 적절할 때에 알맞은 전압(V)를 각 제어 모듈에 넣어 주는 역할을 한다.

  • CPU가 두뇌라면 PCU는 심장의 역할을 한다.

11. TCU (Transmission Conltol Unit)

• Transmission(변속기)가 달린 그 중에서도 자동 제어에서 차량의 변속 타이밍을 자동으로 조절 하기 위해 장착 된 Module 입니다.

• 주 역할 : 여러가지 인풋을 받아 최적의 변속 타이밍을 결정하여 이 신호를 Transmission 으로 보내 자동적으로 제어.