이 질문 뒤에 면접관이 확인하려는 것은 따로 있습니다.
저전력 설계 수업에서 고속 블록의 전력 소모 분석 과제를 수행했습니다. 전력을 동적 전력과 정적 전력으로 나눠보니 동적 전력의 70%가 클록 분배 네트워크에서 발생했습니다. 클록이 필요 없는 사이클에 클록 게이팅을 적용했더니 동적 전력이 크게 줄었습니다. 고속 블록은 활성 구간과 대기 구간이 번갈아 오는 패턴이 많아 대기 구간에 파워 게이팅을 추가하면 누설 전력도 줄일 수 있습니다. 단, 파워 게이팅은 웨이크업 레이턴시가 생기므로 허용 레이턴시와 절감 전력을 비교해서 적용 범위를 결정합니다. 실습에서 클록 게이팅과 파워 게이팅을 함께 적용한 설계가 전체 전력 예산 내에서 동작함을 확인했습니다. 지금도 저전력 설계는 전력 유형 분류가 먼저입니다.
고속 블록 저전력 설계에서 클럭 게이팅만큼 자주 사용되지는 않지만 오퍼랜드 격리(Operand Isolation)가 전력 절감에 효과적인 경우가 있다는 것을 배웠습니다. 멀티플라이어 같은 고소비 모듈은 입력값이 변하지 않아도 클럭이 오는 순간 내부 노드가 스위칭하는데, 이 불필요한 스위칭이 동적 전력을 낭비합니다.
오퍼랜드 격리 셀을 입력단에 넣어 모듈이 비활성 상태일 때 입력값을 고정하면 내부 스위칭 자체가 차단됩니다. 클럭 게이팅이 클럭을 막는다면 오퍼랜드 격리는 데이터를 막습니다. 두 기법의 목적은 같지만 적용 위치가 다르다는 것을 이해하면 어떤 블록에 어떤 기법이 맞는지를 판단할 수 있습니다. 저전력 설계는 단일 기법이 아니라 블록 특성에 맞는 기법 선택이 핵심입니다.
고속 블록에서 저전력 목표와 성능 목표가 충돌할 때 어느 지점에서 설계 포인트를 결정하는지가 실무의 핵심이라는 것을 배웠습니다. 클럭 주파수를 낮추면 동적 전력이 줄지만 처리 성능이 함께 떨어지는 상충이 생깁니다. 전력-성능 파레토 곡선을 그려보면 어느 설계 포인트가 같은 성능에서 전력을 가장 줄이는지를 한눈에 볼 수 있습니다.
최적 설계 포인트는 제품 요구사항에 따라 달라지기 때문에, 파레토 곡선 위에서 어디를 선택할지는 설계 사양 확인이 먼저입니다. 이 관점에서 보면 전력과 성능 중 무엇이 중요한지를 먼저 정의하는 것이 설계 탐색보다 앞서야 합니다. 저전력 고속 설계는 제약 조건이 먼저 정의돼야 설계 방향이 나옵니다.
답변에서 흔히 빠지는 것들 — 빠져 있으면 꼬리질문이 깊어집니다.
이 질문에 이어 삼성전자 반도체 회로설계 면접관이 던질 가능성이 높은 후속 질문.
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