[논문]초전도 디지털 RSFQ 논리회로와 실리콘 CMOS 회로와의 기술적 비교

조원; 문규

doi:10.9714/psac.2006.8.1.026

초전도 디지털 RSFQ 논리회로와 실리콘 CMOS 회로와의 기술적 비교
Technical comparison between superconductive RSFQ logic circuits and silicon CMOS digital logics 원문보기

조원 (한림대 대학원 전자공학과) , 문규 (한림대 정보통신공학부)

The development technique of digital logic using CMOS device is close reached several limitations These make technical needs that are ultra high speed superconductive systems based on CMOS silicon digital computing technique. Comparing digital logic based on silicon CMOS, the computing technique based on ultra high speed superconductive systems has many advantages which are ultra low power consumption, ultra high operation speed. etc. It is estimated that features like these increasingly improve the possibility of ultra low power and ultra superconductive systems. In this paper digital logics of current CMOS technique and RSFQ superconductive technique are compared with and analyzed.

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문제 정의

또한 타국의 개발 실정을 통하여 현재 실리콘 기술과 비교해서 국내 초전도 기술 시장에서 주로 개발해야할 것으로 예상되는 방향에 대하여서 언급하였다.
본 논문에서는 현재의 CMOS 기술과 초전도 RSFQ 에서의 디지털 회로 기술에 대하여 비교 분석을 수행하였다.
본 논문을 통하여 CMOS 소자를 이용한 디지털 로직 기술 개발의 한계 상황에 대하여 알아보았으며, 실리콘의 CMOS 디지털 소자를 이용한 슈퍼컴퓨터를 대체할 초전도 초고속 디지털 시스템 개발의 필요성과 초전도 소자의 장점이 초전도 초고속 소자에 기반을 두는 컴퓨팅 기술이 반도체 CMOS 소자를 이용한 디지털 로직 기술에 비교할 때 속도나 소모전력 등에서 장점을 가진다는 사실을 알아보았다.

제안 방법

실리콘 공정 기술의 급격한 발전과 사용자들의 욕구증가는 반도체 기술 발전을 한층 더 발전시켜왔으며 메모리는 기가 비이트를 한 칩에 집적하는 수준, 비메모리는 DSP(Digital Signal Process, 디지탈 신호처리), MCU(Micro Control Unit, 마이크로 콘트롤러), 그리고 CPU(Central Process Unit, 중앙처리장치) 등과 같이서로 다른 기능을 수행하는 다수 장치들을 통합한 하나의 chip 자체가 시스템 역할을 하는 SOC의 출현을 맞이하게 되었다. 이러한 집적 기술의 진보는 5GHz이상의 동작을 가능케 하는 고속 시스템을 등장시켰다.

성능/효과

1) Design efficiency 측면에서 볼 때, 시스템을 한 chip상에 구현함으로써 발생되는 기생 효과에 의한 여러 현상들과 수백만 개의 트랜지스터들과 트랜지스터들을 연결하는 상호연결들을 포함하는 커다란 크기의 chip의 성능을 검증하고 최적화시키는 작업은 기존의 design flow상에서 병목 현상을 불러일으킨다.
2) Design accuracy측면에서 볼 때, FOL(Front Of Line)의 mod이과 BOL(Back Of Line)의 mod이의 상이함에 따라 발생되는 design 아iew, process와 실제 design사이에 발생되는 process 검증 그리고 substrate 에 의해 전달되는 noise를 포함한 signal integrity 등을 고려한 새로운 개념의 design flow가 필요하게 되었다. 3) Design flow측면에서 볼 때, 단일 산lip이 하나의 시스템 역할을 하게 되었다.
되었다. 3) Design flow측면에서 볼 때, 단일 산lip이 하나의 시스템 역할을 하게 되었다. 이로써 더 이상은 만족할만한 정확도를 얻는 방법으로 on-chip 검증만을 수행하는 것은 부족하게 되었으며, on-chip 뿐만 아니라 off-chip까지 고려한 시스템 lev이에서의 검증 시스템이 필요하다.

후속연구

초전도 초고속 소자에 기반을 두는 컴퓨팅 기술은 소자 자체가 동작에 필요한 신호가 실리콘의 수백 mV-수 V나 화합물 소자의 수십 mV-수 V와 달리 수 mV에 불과하여 초저전력이 가능하며 또한, 소자의 스위칭에 필요한 동작 주파수가 100GHz-lTHz에서 10uW이하의 초저전력 소자 개발이 가능하다. 이러한 특성상 초고속 초전력으로 컴퓨팅 시스템을 구성하는 것이 가능하여 향후 차세대 슈퍼컴퓨터 개발 시 가능성이 매우 높은 기술로 판단된다. CMOS 기반의 슈퍼컴퓨터와 초전도 슈퍼컴퓨터의 비교에서 보듯이 일반적으로 같은 성능의 초전도 슈퍼컴퓨터는 연산속도에서 100。배, 소비전력에서 500배, 비용은 1000배, 크기는 16。。배의 개선 효과가 있다고 예상되고 있다.

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