저전력 SoC 설계를 위해 Arm Flexible Access가 판도를 바꿨습니다.

Atmosic, 초저전력 SoC 설계 혁신으로 IoT 시장 공략 가속화

실리콘밸리 스타트업 Atmosic이 극저전력 시스템 온 칩(SoC) 설계 분야에서 혁신을 거듭하며 사물인터넷(IoT) 시장의 새로운 지평을 열고 있습니다. 에너지 하베스팅 기술부터 '영구 배터리' 구현까지, 엔지니어들은 물리적 한계를 뛰어넘는 도전을 이어가고 있습니다. 이미 수 주간 배터리 수명을 자랑하는 음성 인식 개인 비서와 같은 성과는 미래의 혁신적인 애플리케이션을 위한 초석이 되고 있습니다.

Atmosic은 3년차 실리콘밸리 스타트업으로, 배터리 없는(battery-free), 영구 배터리(forever-battery), 그리고 확장된 배터리 수명 연결 솔루션을 IoT를 위해 개발하는 것을 목표로 합니다. 이를 위해 세 가지 핵심 기술인 ▲초저전력 무선 통신 ▲온디맨드 웨이크업(on-demand wakeup) ▲제어 가능한 에너지 하베스팅(controlled energy harvesting)을 기반으로 새로운 길을 개척하고 있습니다. 스탠포드 대학 전 총장이자 RISC 아키텍처 공동 개발자인 John Hennessy, Atheros Communications 창립자인 Teresa Meng 등 업계 전설들이 자문단으로 참여하고 있습니다.

특히 IoT 분야에서 극저전력 SoC 설계의 주요 과제는 다음과 같습니다. 예를 들어, 충전 가능한 배터리를 탑재한 비콘(beacon) 장치를 개발한다고 가정해 봅시다. 태양광이나 RF 에너지를 활용하여 장치를 활성화하고, 수확된 에너지로 소형 배터리를 충전할 수 있습니다. 결과적으로 장치는 외부 에너지원으로 작동하면서도 배터리로 백업되는 것입니다. 배터리 없는 인간 인터페이스 장치(human-interface device) 솔루션의 경우, 주변광이나 RF 신호, 혹은 소형 트랜스듀서로부터 에너지를 수확할 수 있습니다.

Atmosic 엔지니어링 팀의 전문성은 극저전력 SoC 설계의 핵심인 무선 연결 분야에 집중되어 있습니다. 이 분야의 혁신을 통해 Bluetooth 5와 Arm Cortex-M 기반의 Atmosic M2 및 M3 시리즈 디바이스를 개발했습니다. M2 시리즈의 ATM2201 및 ATM2221 제품은 수신 모드에서 1mA, 송신 모드에서 2.5mA의 전력만 소비합니다. Arm Cortex-M 기술은 에너지 하베스팅, Bluetooth Low Energy, 온디맨드 웨이크업, 센서 허브 모드를 위한 컨트롤러로서 효율성을 크게 향상시킵니다. 이러한 연결 기술은 자산 추적, 길 찾기, 리모컨, 키보드, 마우스와 같은 인간 인터페이스 장치, 스마트 홈 센서, 산업용 센서, 그리고 최근에는 접촉 추적 애플리케이션 등 다양한 분야에서 성공을 거두었습니다.

초기 성공을 바탕으로 Atmosic 팀은 제품 개발을 더욱 민첩하게 진행하고, 자사의 초저전력 솔루션이 사용자 경험과 전력 효율성을 향상시키는 패러다임 전환을 가져올 수 있는 기술 및 애플리케이션을 탐색하기 시작했습니다.

새로운 제품이 시장에 진입하기 위해서는 기술적 이점뿐만 아니라 사용자 경험을 최대한 원활하게 만드는 것이 중요합니다. Atmosic은 사용자가 익숙하고 간단한 인터페이스를 통해 제품을 쉽게 사용할 수 있도록 지속적으로 노력하고 있습니다. 이를 통해 고객의 초기 학습 부담을 줄이고, 제품 출시 시간을 단축하는 데 기여합니다.

이러한 과제를 해결하기 위해 Atmosic은 극저전력 SoC 설계를 위한 다양한 마이크로프로세서 IP 옵션을 검토했습니다. Arm, 경쟁사, 그리고 오픈 소스 커뮤니티의 제품들을 비교 분석했습니다. 제품 설계는 엄청난 정밀도를 요구하며, 오픈 소스 옵션은 잠재적인 비용 절감 효과로 매력적이지만 위험 부담도 따릅니다. 코어, 메모리, 인터페이스, 클럭 속도 선택에 신중해야 하며, 제품 개발에는 상당한 시간과 노력이 소요될 수 있습니다. 이러한 신중함은 제품 개발 속도와 균형을 이루어야 합니다. 스타트업은 고객 수요를 충족하고 시장에서 입지를 다지며 성공적으로 경쟁하기 위해 더 빠른 제품 출시 주기를 가져야 합니다. 또한, 제품 개발 기간이 길어질수록 엔지니어링 리소스 측면에서 비용이 증가합니다. 오픈 소스를 사용할 경우, 엔지니어링 팀은 모든 것을 처음부터 개발해야 하는 막대한 부담을 안게 됩니다. 제한된 정보로 아키텍처를 설계하고, 백엔드 및 테스트 소프트웨어 구성 요소 변경 사항을 설계해야 합니다. 만약 코어를 변경해야 한다면 하드웨어, 소프트웨어, 디버그 환경 등 모든 것이 변경되어야 합니다. 따라서 오픈 소스의 초기 인식 비용 절감 효과를 초과할 수 있습니다.

2019년, Atmosic이 극저전력 SoC 설계 옵션을 탐색하던 시점에 Arm은 Arm Flexible Access를 출시했습니다. 이는 Atmosic의 요구에 부합하는 명확한 선택이었습니다. Arm Flexible Access를 통해 Atmosic은 저렴하거나 초기 비용 없이 다양한 IP, 설계 및 디버그 도구에 접근하여 새로운 설계와 접근 방식을 시도할 수 있었으며, 최종 디자인이 테이프아웃(tape-out)될 때만 비용을 지불하면 되었습니다.

Arm Flexible Access를 통한 설계 자유는 Atmosic에게 게임 체인저였습니다. 엔지니어링 팀은 Arm Cortex-M23 또는 Cortex-M4 이미지를 FPGA에서 실행하고 다양한 시뮬레이션을 수행할 수 있었습니다. 이를 통해 개발 시간을 낭비하거나 초기 NRE(비반복 엔지니어링 비용)를 지불하지 않고 특정 CPU에 대한 종속성을 피할 수 있었습니다. Arm Flexible Access는 Atmosic과 같은 스타트업이 의사 결정을 내리는 데에도 큰 도움을 주었습니다. 예를 들어, 팀이 Arm Cortex-M4를 사용하여 극저전력 SoC 설계를 시작했지만, 테이프아웃 직전에 CPU를 변경해야 할 필요가 생길 수 있습니다. Arm Flexible Access의 설계 자유 덕분에 재정적 부담 없이 방향을 전환할 수 있었습니다. 팀은 적은 위험과 페널티로 몇 주 또는 한 달 안에 계획을 변경할 수 있었습니다. 이는 개발팀 의사 결정권자들에게 안심을 제공했습니다. 또한, 소프트웨어, 펌웨어, 하드웨어 및 보안에 필요한 모든 정보는 셀프 서비스 Flexible Access 포털을 통해 접근 가능했습니다. 마치 백과사전과 같았으며, 포털에 게시된 정보만으로도 충분했습니다. 극저전력 SoC 설계와 관련된 더 구체적이거나 어려운 질문이 발생했을 때도 Arm 전문가들의 지원을 받을 수 있었습니다.

Arm Flexible Access를 통해 설계 유연성을 확장하는 방법에 대한 자세한 내용은 Arm Flexible Access 웹사이트에서 확인할 수 있습니다.