FPGA (Field Programmable Gate Array)란 무엇인가?

FPGA (Field Programmable Gate Array)는 디지털 회로를 마치 프로그램하듯이 설계할 수 있게 만들어진 반도체 칩입니다.

FPGA는 비어 있는 회로판과 같이, 그 자체로 아무것도 할 수 없습니다. 디자이너는 FPGA에 대해 비트 파일이라고 하는 구성 파일을 작성해야 합니다. 일단 로드되면 FPGA는 설계한 디지털 회로처럼 동작합니다.

FPGA는 정말 대단한 이유중 하나는 ASIC과 달리 회로 설계가 설정되어 있지 않고 디자이너가 원하는대로 FPGA를 몇 번을 다시 구성할 수 있습니다. ASIC을 만들면 잠재적으로 수백만 달러의 비용이 발생하고 몇 주 또는 몇 달이 걸릴 수 있습니다.

FPGA 대 마이크로 컨트롤러

FPGA와 마이크로 컨트롤러를 비교해보면, 그것들이 매우 다른 장치라는 것을 이해해야 합니다. 마이크로 컨트롤러를 사용하기 위해서는 원하는 프로그램을 보통 C 또는 C++로 소프트웨어를 작성하고 이를 마이크로 컨트롤러에 로드할 수 있게 16진수 파일로 컴파일해야 합니다. 이 16진수 프로그램이 플래시 메모리에 저장되고, 실행시키면 원하는 기능을 실행하게 할 수 있습니다.

그러나 FPGA는 다릅니다. FPGA를 게이트와 같은 단순한 것으로 구성하거나 멀티 코어 프로세서만큼 복잡한 것으로 구성할 수 있습니다. 원하는 설계를 만들려면 몇가지 HDL (Hardware Description Language)를 사용할 수 있는데, HDL은 마치 소프트웨어와 비슷하게 하드웨어를 구성할 수 있게 해주는 언어입니다. 가장 인기있는 2가지 HDL은 Verilog 및 VHDL입니다. 그런 다음 FPGA를 구성하는데 사용할 수 있는 비트 파일로 변환시켜 FPGA를 구성하게 하면 됩니다.

일반적인 마이크로 프로세서의 경우 특정 기능을 위한 전용 핀이 있습니다. 예를 들어 직렬 포트로 사용되는 일부 마이크로 프로세서에는 핀이 2개만 있을 것입니다. FPGA를 사용하면 원하는 만큼 많은 직렬 포트를 생성할 수 있습니다. FPGA의 유일한 한계는 물리적인 I/O 핀의 갯수와 FPGA의 크기입니다.

Raw Flash Memory와 eMMC 및 UFS 비교

eMMC NAND 및 UFS 메모리 모두 "관리형 NAND (Managed NAND)"의 좋은 예입니다. 이러한 대용량 저장 장치에는 다른 관련 컨트롤러 및 인터페이스 회로와 함께 NAND 플래시 메모리가 포함되어 있습니다.

컴트롤러 (Controller)

NOR 및 NAND 플래시 메모리는 원래 별도의 하드웨어 플래시 컨트롤러가 필요하지 않았습니다. 하드웨어 플래시 컨트롤러의 주요 특징중 하나는 ECC (Error Correction and Coding)입니다. 소프트웨어 컨트롤러 솔루션은 최신 MLC NAND 플래시에 필요한 20비트 이상에 불과한 몇 비트의 수정 및 감지만을 합리적으로 처리할 수 있습니다. NAND 플래시를 사용하는 새로운 디자인은 종종 하드웨어 플래시 컨트롤러가 필요합니다.

시스템 설계자가 직면하는 한 가지 문제는 하드웨어 플래시 컨트롤러 기능을 NAND 플래시의 요구 사항과 일치시키는 것입니다. 새로운 플래시 부품의 경우 ECC가 더 많이 필요합니다. 이는 디자인 변경, 미디어 인터페이스 루틴 수정 및 실패 위험 증가를 의미합니다.

eMMC와 UFS는 모두 기본 제공 컨트롤러 모듈을 포함하고 있으며 설계상 기본 NAND의 ECC 요구 사항을 처리 할 수 있습니다. ECC 전략 (재시도 횟수, 블록 불량 표시시기 등)을 처리하는 펌웨어는 eMMC 및 UFS 미디어에 내장되어 있습니다. 이것은 플래시를 위한 소프트웨어에서 제공되어야 합니다.

성능에 영향을 미칠 수 있는 사소한 점은 오류 트래픽입니다. 별도의 컨트롤러를 사용하면 플래시 미디어 오류가 회로 경로를 통해 전송되고 의사 결정에 주프로세서가 관련됩니다. eMMC와 UFS 모두 전용 프로세서를 통해 내부적으로 이를 처리합니다. 또한 ONFI EZ-NAND 사양을 기반으로 오류 수정 기능이 내장된 다양한 플래시 미디어가 있습니다. 즉, Micron의 ClearNAND와 Toshiba의 SmartNAND 등이 그것입니다. 이 부분에서 웨어 레벨링은 외부 소프트웨어 솔루션에 의해 제공됩니다.

폼 팩트 (Form Factor)

NOR 및 NAND 플래시 메모리는 다양한 제조업체에서 구입할 수 있습니다. 정확한 폼팩터 (Form Factor)와 핀 배열은 매우 다양하므로 임베디드 시스템 디자이너에게 또다른 문제가 될 수 있습니다. eMMC 및 UFS 미디어의 현재 디자인은 몇 가지 표준 폼팩터 및 모든 공급 업체에서 사용할 수 있습니다.

기능 세트 (Feature Set)

플래시 메모리에는 공통 인터페이스 루틴과 함께 공급 업체별 기능 세트가 있는 경우가 많습니다. 공급 업체별 명령은 디자이너에게 추가 성능 또는 특수 기능을 제공하는 경우가 많았지만, 다소 제한적인 요소들이 있을 수 있습니다.

eMMC 및 UFS의 액세스 루틴은 공통 Command 인터페이스를 통해 표준화되므로 기본 드라이버는 부품을 읽고 쓰고 지울 수 있습니다. 공급 업체는 구현할 선택적 Jedec 사양 기능 목록이 많을 수 있으나 구현에 따라 제한적인 요소가 있을 수 있습니다. 또한 펌웨어 성능은 따로 규정되지 않는 경우가 있으며, 공급 업체마다 다를 수 있습니다.

eMMC란 무엇인가?

eMMC라는 용어는 "임베디드 멀티미디어 컨트롤러 (Embedded Multi-Media Controller)"의 약자로, 동일한 실리콘 다이에 플래시 메모리와 플래시 메모리 컨트롤러로 통합되어 구성된 패키지를 의미합니다.

eMMC 솔루션은 MMC (멀티미디어 카드) 인터페이스, 플래시 메모리 및 플래시 메모리 컨트롤러의 세 가지 구성 요소로 이루어져 있으며 산업 표준 BGA 패키지로 제공됩니다.

디지털 카메라, 스마트폰 및 태블릿과 같은 오늘날의 임베디드 응용 프로그램은 거의 항상 플래시 메모리에 내용을 저장합니다. 과거에는 응용 프로그램 CPU에 의해 구동되는 데이터 읽기 및 쓰기를 관리하는 전용 컨트롤러가 필요했습니다. 그러나 반도체 기술이 스토리지 밀도를 크게 높이기 위해 발전함에 따라 컨트롤러가 플래시 메모리 다이의 외부에서 이러한 기능을 관리하는 것은 비효율적이 되었습니다.

따라서 eMMC는 컨트롤러를 플래시 다이에 번들로 제공하는 표준화된 방법으로 개발되었습니다. eMMC가 향상됨에 따라 표준은 고성능 및 보안에 대한 요구를 충족하기 위해 안전한 지우기 및 우선 순위가 높은 인터럽트와 같은 기능을 제공합니다.

따라서 eMMC 표준은 고해상도 비디오를 저장하도록 설계된 고밀도 칩의 데이터 전송 속도와 처리량을 개선하기 위해 만들어졌지만 새로운 시대에는 더 많은 응용 프로그램을 위해 더 많은 작업을 수행하고 있으며 표준은 더 풍부한 목적을 위한 추가 새로운 기능이 포함되도록 발전될 것입니다.

eMMC에 대해 현재의 5.1로 삼성의 64GB eMMC 5.1의 속도는 읽기 11,000 IOPS(input/output operations per second), 쓰기 13,000 IOPS입니다. 이전 eMMC 5.0 표준에 기반한 64GB 드라이브의 대략적인 성능은 7,000 IOPS이었습니다. eMMC 5.1의 읽기 쓰기 속도는 일반적으로 모바일 기기 슬롯안에 들어가는 마이크로-SD 카드보다 각각 7~26배 정도 빠릅니다.

역설적인 사실 하나는 이번 표준이 이미 후계자를 보유하고 있다는 것인데, JEDEC이 개발해 발표한 UFS(Universal Flash Storage) 2.0 표준이 그것입니다. UFS 표준은 모바일 기기 내부의 고용량 플래시 드라이브 시장을 겨냥해 개발된 표준으로, 스토리지 수요 증가 트렌드로 인해 활용처가 늘어나는 추세로, 결국에는 모바일 기기에 더 큰 용량의 스토리지가 필요해지면서 UFS 2.0이 eMMC 5.1을 대체할 가능성이 유력합니다.

체온만으로 움직이는 스마트워치 'MATRIX PowerWatch'

매트릭스 파워워치 (MATRIX PowerWatch)는 충전할 필요가 없는 세계 최초의 스마트워치라고 하는데, 몸의 체온에 의해 구동되는데, 첨단 열전 기술을 사용하여 연소된 칼로리, 활동 수준 및 수면을 측정합니다. 이것은 사람이 생성하는 전력의 양을 표시하는 전력계를 특징으로하는 유일한 스마트워치입니다.

매일 또는 두번씩 충전해야 하는 오늘날의 스마트워치와 달리 MATRIX PowerWatch는 충전을 위해 손목에서 스마트워치를 벗을 필요가 없습니다.

파워워치 (PowerWatch)는 사람의 체온에 의해 동작하고 만약 손목에서 벗으면 데이타는 메모리에 저장되고, 슬립모드로 갑니다. 다시 손목에 차면, 스마트워치는 깨어나서 동작합니다. 그리고, 체온에 의해 얼마나 전기가 생성되는지 보여줍니다.

사람이 소비하는 칼로리를 열로서 알 수 있는데, 파워워치는 열전 기술 (Thermoelectric Technology)에 의해 사람이 소비하고 있는 칼로리를 정확히 측정할 수 있습니다.

파워워치 (PowerWatch)는 스마트폰과 무선으로 동기화되고 현재 시간대에 자동으로 조정되며 시계 모드가 변경되는 등의 견고한 항공기급 알루미늄 스마트워치입니다. PowerWatch는 활동과 수면을 추적하며 50미터까지 방수되어 수영하기에 좋습니다.

사람이 태우는 칼로리를 모니터링할 수 있으며, 걸음수를 측정하는 등 활동량을 측정하여 보여줍니다.

그리고 아래와 같이 시계의 화면을 사용자에 의해 원하는대로 조절할 수 있습니다.

아래는 간단히 정리된 제품규격을 보여줍니다.

비콘 (Beacon) 플랫폼의 이해

비콘 (Beacon)은 BLE 기술을 이용해 약 90미터 이내의 스마트폰과 태블릿 등
장치에 신호를 전송하는 소형 저전력 상시 동작형 (always-on) 장치입니다.
단방향 신호전송 구조를 갖추고 있는데, 이는 외부 모바일 장치가 비콘으로
신호를 보내지 않는다는 것입니다.

비콘은 신호를 보낼 뿐이며, 스스로는 물론 인근의 다른 장치를 인식하지
못하며, BLE 패킷을 전송할 뿐입니다.

이러한 구조를 기반으로 비콘은 상점이나 공항 등에서 가까운 거리의 휴대용
장치에 관련 정보를 전송할 수 있으며, 모바일 장치를 갖고 있는 사람들은 길
안내, 상점의 할인 정보에 관한 정보를 얻는 방식으로 비콘을 이용하게 됩니다.

비콘은 또 장치 및 사용자 추적에도 비콘이 활용될 수 있다. 예를 들어,
마케터는 매장내 특정 진열대에서 고객들이 체류하는 시간을 판단하는 용도로
비콘을 이용할 수 있다.

애플의 아이비콘 (iBeacon)은 가장 먼저 표준화된 BLE 비콘 플랫폼입니다.
애플은 2013년 여름 WDC (Worldwide Developers Conference)에서 iOS7이 비콘을
지원하기 시작했음을 알렸습니다. 아이비콘 플랫폼은 개발자가 아이비콘을
지원하는 장치에서 정보를 수신하는 모바일 앱을 개발할 수 있도록 해주는데,
위치를 인식한 알림 기능을 예로 들 수 있습니다.

애플은 미국내 254개 매장 전부에 아이비콘을 설치하기도 했는데, 이로써
블루투스를 지원하고, 위치 확인 기능을 활성화시킨 iOS 장치를 갖고 있는
쇼핑객은 애플 스토어 앱에서 신제품과 할인 등에 대한 정보를 제공받을 수
있습니다.

2015년 7월에는 구글이 BLE 비콘 기술인 에디스톤 (Eddystone)을 발표했는데,
아이비콘과 유사하지만 아이비콘과 달리 기트허브 (GitHub) 등에서 입수할 수
있는 오픈소스 기술입니다.

그런데 iOS 및 안드로이드 사용자들은 아이비콘과 에디스톤 플랫폼을 매개체로
전송된 메시지를 모두 수신할 수 있는데, 이는 아이비콘과 에디스톤이
호환된다는 의미입니다.

그러나 두 플랫폼에는 일부 차이점도 존재합니다. 예를 들어, 구글의 비콘
플랫폼은 모바일 장치에 URL을 전송한다. 이를 모바일 브라우저에서 열어 확인할
수 있으며, 모바일 브라우저를 앱으로 활용한다는 구글의 철학이 반영된
것입니다. 반면 애플의 아이비콘은 사용자 스마트폰에 설치된 모바일 앱만
지원합니다.

동전크기만한 초소형 PC 'VoCore2 Lite'

VoCore2는 오픈소스 리눅스 컴퓨터이며 완전한 기능의 무선 라우터이지만 그 크기는 동전보다 작습니다.

네트워크 보안을 위해 VPN 게이트웨이, 손실없는 음악을 재생할 수 있는 Airplay Station, 사진, 비디오 및 코드를 저장하는 사설 클라우드로 작동할 수 있습니다. 소형 및 저전력 소모로 인한 이점은 벽에 쉽게 장착할 수 있으며 모든 실내 또는 설치 기반 메쉬 네트워크에서 무선 신호를 높일 수 있습니다.

아래는 소개영상입니다.

https://youtu.be/ehPpDJD1ykU

300Mbps WIFI, ETHERNET, USB 2.0 호스트, UART, SD, SPI, I2C, 40개의 GPIO를 갖추고 있지만 크기는 25.4mm (1 제곱 인치)입니다. 휴대용 라우터로 사용하거나 C, Java, Python, Ruby, Javascript 등으로 코드를 작성할 수 있습니다.

아래는 VoCore 시리즈의 비교표를 보여줍니다.

아래 그림들은 VoCore2를 활용한 예제를 보여줍니다.

아래는 VoCore2 Lite에 대한 Dimension을 보여줍니다.

중국 스마트폰 업체 Meizu가 발표한 Super mCharge 충전기술

메이주 (Meizu)가 20분만에 3000 mAh 배터리를 완전히 충전할 수 있는 새로운 고속 충전 기술인 Super mCharge를 공개했다고 합니다.

Super mCharge (11V, 5A)은 충전시 55W 전력을 공급하는데, Motorola의 TurboPower는 28.5W, QUALCOMM의 Quick Charge 3.0은 18W 전력과비교해보면 차이가 큽니다.

Meizu는 입력 전압에 대한 커패시터의 연결을 제어하기 위해 외부 회로를 사용하는 DC-DC 컨버터의 일종인 충전 펌프를 사용합니다. 스위치를 통해 소스에서 커패시터를 분리하고 추가 스위치로 회로를 재구성함으로써, 차지 펌프의 출력 전압을 입력에 비례하여 높이거나 낮출 수 있습니다. 커패시터를 작게 유지하고 스위칭 주파수를 높게 유지하면 효율이 향상됩니다.

Super mCharge의 경우 Meizu는 입력 전압을 반으로 나누어 출력 전류를 두 배로 늘립니다. 전류 증가를 수용하기 위해 Meizu는 새로운 고속 충전 회로를 이전 배터리의 4 배 전류를 처리 할 수있는 "고급 제조 공정"으로 제조 된 새로운 리튬 기반 3000mAh 배터리와 페어링합니다. 이 새로운 배터리는 충전 사이클이 궁극적으로 100%에서 800번의 완전 충전 사이클후 원래 충전 용량의 80%를 유지한다고 합니다.

배터리 수명은 온도를 유지함으로써 향상될 수 있습니다. Meizu는 배터리 온도가 테스트에서 경쟁 솔루션보다 6° C 낮은 38° C를 초과하지 않는다고 주장합니다.

Super mCharge에는 배터리 상태 및 안전을 위한 전압, 전류 및 온도 모니터링이 포함됩니다. USB Type-C 케이블은 3A 이상의 전류를 전달하기 때문에 하나의 커넥터에 E 마크 IC (전기적으로 표시된 안전 칩)가 포함되어 있습니다.

미국 항공사 버진 아메리카가 특수 제작화 '와이파이' 운동화 (Virgin America First Class Shoe)

버진 아메리카 (Virgin America)는 1등석 객실의 장점을 홍보하기 위해 특수한 운동화를 제작하였다고 합니다.

에이전시 일레븐 (Eleven)에 의해 개발된 운동화는 버진 아메리카 (Virgin America)의 1등석 좌석에 어울리기 위해 이탈리아산 화이트 가죽으로 만들어 졌으며 와이파이, 무드 라이트 (Moodlighting), 비디오 디스플레이 및 내장형 휴대 충전기를 자랑하는 유일한 신발이라고 합니다.

사용할 수있는 쌍은 단 하나 뿐이며 이베이에서 자선 기금으로 경매되었다고 합니다 (약 100,000 달러).

무려 7000mAh 배터리 용량을 제공하는 중국 Gionee M2017 스마트폰

중국의 지오니 (Gionee)라는 업체에서 무려 배터리 용량이 7000mAh인 스마트폰을 작년말에 내놓았다고 하는데요. "M2017"이라는 제품인데요. 가격은 대략 6,999 위안 정도입니다.

Gionee M2017에는 여러가지 흥미로운 기능이 포함되어 있지만 가장 흥미로운 것은 배터리인데요. 배터리가 하나가 아닌 2개의 3500mAh 배터리가 내장되어 있으며, Fast Charging 3.0을 지원합니다. 최대 25.89시간의 비디오 재생 시간과 915.42시간의 대기 시간을 제공한다고 합니다.

듀얼 SIM Gionee M2017은 5.7 인치 QHD (1440x2560 픽셀) AMOLED 디스플레이에 곡선 테두리, 사파이어 글래스 및 518ppi의 인상적인 픽셀 밀도를 제공합니다. M2017 스마트 폰은 6GB RAM과 Octa-Core Qualcomm Snapdragon 653 (1.95GHz에서 4개의 Cortex-A72 코어 및 1.44GHz에서 4개의 Cortex-A53 코어)로 구동됩니다. Gionee M2017은 Android 6.0 Marshmallow를 기반으로 아미고 3.5 UI를 실행합니다.

옵티컬 측면에서 Gionee M2017은 후방에 듀얼 카메라 설정 (12 메가 픽셀 + 13 메가 픽셀)을 제공하며 2배 광학 줌 및 8배 디지털 줌을 지원하고 셀프 촬영을 위한 전면에 8메가 픽셀 카메라를 지원합니다 . Gionee M2017은 128GB의 임베디드 스토리지를 제공하지만 확장형 스토리지를 위한 microSD 카드 지원은 없습니다.

Gionee M2017은 155.2 x 77.6 x 10.78 mm이고 무게는 238g입니다. 첨단 보안을 위해 전면에 지문 스캐너가 있습니다. Gionee M2017은 4G, GPS, Bluetooth 및 Wi-Fi를 지원합니다. 3.5mm 헤드폰 잭은 없으며, USB Type-C 포트만 장착되어 있습니다. Gionee M2017은 Black 및 Gold 색상이 제공됩니다.

아래는 간략한 스펙을 정리한 표입니다.