FPGA? 대체 왜 사용할까?

Computing System

CPU, Central Processing Unit

뇌의 역할을 함, 범용성이 넓다, OS

= 범용적이고 다목적이다.

• 현대의 CPU는 멀티코어 구조로, 병렬 작업을 효율적으로 처리할 수 있다.
• 고성능 연산이 가능하며, 주로 데스크탑, 서버, 스마트폰 등에서 사용된다.
• 전력 소모가 크고, 일반적으로 대형 시스템에서 사용.

MCU, Microcontroller Unit

주로 임베디드 분야에서 사용됨 ex) 세탁기, 냉장고같은 가전제품

• CPU와 달리 메모리(RAM, 플래시 메모리)와 I/O 포트를 하나의 칩에 내장.
• 저전력이며, 실시간 작업에 최적화.
• 8비트, 16비트, 32비트 MCU 등이 있으며, 비교적 저성능이지만 특정 작업에 매우 효율적.
• 프로그램을 ROM에 저장하고 필요에 따라 업데이트가 가능.

DSP, Digital Signal Processor

TI, Texas Instruments가 거의 독점하고 있음, DSP는 AI와 굉장히 밀접한 관계

• 주로 오디오, 비디오, 통신, 레이더 등의 실시간 데이터 처리에 사용된다.
• DSP는 반복적인 수학적 연산, 특히 곱셈과 덧셈 작업을 빠르게 처리할 수 있도록 설계되어 있다.
• 필터링, FFT(Fast Fourier Transform), 이미지 처리 등의 신호 처리 알고리즘을 효율적으로 수행한다.
• 고속 처리가 필요하지만 범용 CPU가 수행하기에는 비효율적인 작업을 수행한다.
• 실시간 처리가 중요하기 때문에 짧은 지연 시간과 고속 처리가 가능.

Memory

HBM, High Bandwidth Memory

AI시대 필수 메모리 반도체, (Hign Bandwidth) 넓은 대역폭을 갖는다.
용량이 크다? 많은 데이터를 저장 할 수 있다.
대역폭이 넓다? 한번에 많은 데이터를 이동 할 수 있다.

• 이때 쌓아올려진 각각의 DRAM은 별도의 메모리 칩이다.
• 좁은 공간에 많은 메모리 칩이 3D 형식으로 적층되기 때문에 집적도가 향상된다.
• 각 메모리 층들은 TSV라는 실리콘 통로로 연결
  (TSV? 각 층에 미세한 구멍을 뚫고 전도성 물질을 충진시키는 패키징 기술)

집적도가 높으면 좁은 공간에 더 많은 메모리를 효율적으로 배치할 수 있으며, 전송 경로가 짧아지면서 데이터 처리 속도와 대역폭이 증가합니다. 또한, 전력 소모도 줄어들고, 병렬 처리 성능이 극대화되기 때문에 성능이 좋다.

• 하나의 칩셋안에 CPU/GPU가 같이 패키징 된다.

SRAM, Static Random Access Memory

SRAM은 빠르고 리프레시가 필요 없지만, 구조가 복잡하고 용량이 작아서 CPU 캐시 같은 고속 메모리로 사용된다.

DRAM, Dynamic Random Access Memory

DRAM은 저렴하고 고밀도지만 속도가 느리며, 주로 대용량 메모리가 필요한 일반 컴퓨터 시스템에서 사용된다.