ISSCC에서 엑시노스의 32nm 공정 개요 발표

http://pc.watch.impress.co.jp/docs/column/kaigai/20120223_514027.html
http://www.chipworks.com/en/technical-competitive-analysis/resources/technology-blog/2012/02/isscc-samsung-presents-dualquad-core-32-nm-exynos-processor/

반도체 회로 설계 컨퍼런스인 ISSCC(IEEE International Solid-State Circuit Conference)에서,
삼성이 모바일용 SoC(System on Chip) 엑시노스 시리즈의 32nm 공정 개요를 발표했습니다.

32nm 공정 엑시노스에 대한 내용을 정리해보면 다음 정도.

1. Cortex-A9 코어를 2개 또는 4개를 탑재한다.
- Cortex-A15 기반 제품에 대한 정보는 따로 언급하지 않은듯 합니다.

2. GPU는 Mali-400MP4
- 그 동안 알려진 정보대로면 이 스펙은 엑시노스 4212 에 해당합니다.
다른 정보를 보면 Mali-T604 얘기도 나왔다더군요.
이건 엑시노스 4412 에 해당하는 얘기겠지요. 

3. 메모리 인터페이스는 LPDDR2 듀얼채널

4. CPU 클럭은 최대 1.5GHz, GPU 클럭도 상승했다.
- 이전 정보와 달라서 좀 헷갈립니다.
엑시노스 4212 에 한정된 내용인지, 모든 Cortex-A9 기반 엑시노스에 해당하는 내용인지 모르겠네요.

(32nm HKMG 공정은 동일노드의 Poly-Si/SiON 공정에 비해, 누설전류는 1/100 이고,
동일 성능에서 1/10 의 누설전류, 동일 누설전류에서 1.4배의 성능을 갖는다.)

5. 32nm HKGM (High-K Metal Gate) 를 통해 누설전류를 감소시켰고, 성능은 향상시켰다.
- 게이트 누설전류는 1/100, 전체 누설전류는 1/10

6. 동일 누설전류일 때, 성능은 1.4배, 동일 성능일때, 누설전류는 최대 1/10 수준으로 감소.

7. CPU의 각 코어는 파워 게이팅이 적용되어 개별적으로 끄는게 가능하고, 1MB L2 캐시도 절반씩 끄는 것이 가능.
- 비동기식으로 가겠다는 얘기인데, 멀티코어 효율은 어떻게 극복할런지 궁금합니다.
그런데 스냅드래곤이나 테그라3 벤치마크가 그렇게 나오는게 비동기식이 원인이 아닐수도 있단 말이지요.
현재 판단할 수 있는 자료에서 가장 유력한 가설일뿐, 가능성이라는건 늘 열려있으니까요.
다른 원인이 있다는게 밝혀지는 계기가 될지도 모르겠습니다.

8. DVFS(Dynamic Voltage and Frequency Scaling) 을 구현하여, 부하에 따라 전압과 클럭이 변화.
- 이것을 통해 배터리 사용시간이 34% ~ 50% 증가.

(45nm 공정과 32nm 공정 AP 의 사용시간 비교)

9. Body Bias 를 채용하여, 성능 13.5% 향상, 누설전류 21% 감소.
- 트랜지스터에서 바디(Substrate)와 다른 부분간의 전위차가 누설전류에 영향을 끼치는데,
바디의 전압을 전위를 제어함으로써 전위차를 줄이고, 이를 통해 누설전류를 줄이려는 것입니다.
Body Bias를 구현하는데도 전력이 필요할텐데, Body Bias로 인해 추가되는 전력보다,
Body Bias로 인한 누설전류 감소효과가 더 큰가봅니다.
(모바일 기기에서 idle 상태가 압도적으로 길기때문인듯)
(설계의 부담이나 다이사이즈의 증가 등의 단점이 있지만, 가장 효과적인 방법이라고 함.)

Forward Body Bias 에서 최대 13.5% 성능 향상.
Reverse Body Bias 에서 문턱전압 상승으로 누설전류 감소. 소비전력 감소.
(포워드, 리버스 바이어스 개념은 따로 언급하지 않겠음)

(누설전류의 종류)

10. 온도 관리 장치 (Thermal Management Unit : TMU) 을 통합.
- 모바일 기기의 냉각능력이 한계가 있기때문에, 온도를 모니터링하여 일정 온도를 초과하는 경우,
신속히 시프트 오프시켜 손상을 방지한다는 개념.
(시프트 오프라는 것이, 클럭 다운뿐만 아니라 일부 코어를 완전히 끄는 것도 포함되는듯)

더불어 소비전력도 최대 32% 감소.

(TMU, DVFS 의 동작 다이어그램)

(좌측이 32nm 쿼드코어 보드, 우측은 45nm 보드)

이전에 했던 소비전력 비교를 시연한듯 합니다.

(삼성, 32nm 엑시노스 프로세서 공개. (Exynos 4212, 4412, 5250, 5450))