[e돋보기] 프로그래머블 반도체(FPGA)

[양태훈기자] 프로그래머블 반도체(FPGA, Field Programmable Gate Array)는 특정 용도에 맞게 프로그래밍이 가능한 반도체 칩을 말한다.

프로그래밍이 가능한 논리 요소(로직 블록, 라우팅 리소스)와 내부선 계층구조를 갖춰 시스템 설계자가 요구하는 대로 구성이 가능한 것이 특징이다.

별도의 브레드보드(빵판)이나 납땜인두를 사용할 필요 없이 맞품형 하드웨어 기능 실행을 위한 칩을 만들 수 있다.

프로그래머블 반도체는 FPGA 외에도 대표적으로 CPLD(Complex Programmable Logic Device)도 있다.

CPLD는 FPGA의 차이점은 프로그램 할 수 있는 논리 요소의 차이다. CPLD가 수천·수만 개의 논리 게이트를 보유한다면, FPGA는 수만·수백만 개의 논리 게이트를 지원한다.

이는 FPGA가 반도체 설계 데이터가 저장된 플래시 메모리를 외부에 두고, 내부에는 S램을 나열해 집적도를 높인 덕분이다. 플래시메모리에 설계 데이터를 전송하면 이는 S램으로 이동, 게이트간 연결 구조를 재정립해 이상 유무를 검증한다.

FPGA는 그간 디지털 신호 프로세서(DSP), 소프트웨어 정의 라디오, ASIC 초기버전, 컴퓨터 비전, 음성 인식 등의 영역에서 활용돼 왔다.

최근에는 구글을 대표적으로 머신러닝 시스템 구현을 위해 FPGA 활용이 늘어나는 추세다.

구글의 '알파고'의 경우, 전용 프로세서인 TPU(Tensor flow Processor Unit)를 사용하는데 효율성 향상을 위해 FPGA를 활용하고 있다.

머신러닝의 경우, 단순 데이터 처리 작업이 반복되고 소프트웨어 특성이 맞물려 작동하는 만큼 FPGA가 효과적인 성능 구현을 돕기 때문이다.

지난해 글로벌 FPGA 업체인 '알테라'를 인수한 인텔도 중앙처리장치(CPU)와 FPGA를 통합한 '시스템인패키지(SiP)' 출시를 준비하고 있다.

FPGA를 통해 특정 머신러닝 데이터를 다루고, 자사의 '제온 파이' 프로세서를 통해 광범위한 데이터를 분석해 '복합 컴퓨팅 환경'을 구현하겠다는 게 인텔의 목표다.

한편, 시장조사업체 마켓앤드마켓은 '2022년 FPGA 시장 예측' 보고서를 통해 오는 2022년까지 FPGA 시장이 연평균 7.41%로 성장, 시장규모가 72억 달러(한화 8조280억원)를 형성할 것으로 전망한 바 있다.