주문형 반도체 (Application-Specific Integrated Circuit)

한 줄 정의: 범용적으로 여러 용도에 쓰이는 것이 아니라, 특정한 용도나 응용을 목표로 처음부터 맞춤 설계된 집적회로입니다.

여러 소자를 거쳐 신호나 전류가 흐르는 회로의 기본 개념을 나타냅니다.

쉽게 풀면

기성복을 사서 입는 것과 몸에 딱 맞게 맞춤 제작한 옷을 입는 것의 차이를 떠올리면 이해하기 쉽습니다. 범용 프로세서가 다양한 작업을 두루 처리할 수 있는 기성복이라면, 주문형 반도체는 특정 작업 하나를 가장 잘 수행하도록 맞춤 제작된 옷과 같습니다. 그만큼 특정 용도에서는 뛰어난 성능과 효율을 낼 수 있지만, 다른 용도로는 활용하기 어렵습니다.

왜 중요한가

특정 응용에 최적화된 회로는 범용 칩보다 훨씬 높은 성능과 낮은 전력 소비를 달성할 수 있어, 인공지능 가속기나 통신용 칩처럼 특정 기능이 대량으로 반복 수행되는 응용에서 큰 강점을 가집니다. 이 때문에 성능과 효율이 중요한 산업 분야에서 주문형 반도체 설계가 활발히 연구됩니다.

논문에서는 이렇게 쓰입니다

"We designed a custom ASIC dedicated to accelerating convolutional neural network inference."

합성곱 신경망 추론을 가속하기 위해 전용 주문형 반도체를 설계했다는 뜻입니다.

"Compared to the FPGA prototype, the fabricated ASIC achieved significantly lower power consumption."

FPGA 시제품과 비교했을 때 제작된 주문형 반도체가 훨씬 낮은 전력 소비를 달성했다는 내용입니다.

조금 더 깊게 보면

주문형 반도체는 표준셀 라이브러리를 기반으로 한 설계 흐름을 따라 배치, 배선, 검증 등의 단계를 거쳐 최종 제조에 이릅니다. 초기 설계 및 제조 비용이 크기 때문에 대량 생산을 전제로 하는 경우가 많으며, 시제품 검증이나 소량 생산에는 FPGA와 같은 재구성 가능한 소자가 대안으로 사용되기도 합니다. ASIC은 다시 완전히 맞춤화된 풀커스텀 설계와, 표준셀 기반으로 비교적 빠르게 설계하는 방식으로 나눌 수 있으며, 둘 사이의 절충으로 미리 제작된 게이트 배열 위에 배선만 맞춤화하는 게이트 어레이 방식도 존재합니다.

주의할 점

주문형 반도체는 한 번 제조되면 기능을 변경할 수 없기 때문에, 설계 단계에서의 검증이 매우 중요하며 설계 완료 이후 오류가 발견되면 큰 비용이 발생할 수 있습니다. ASIC 개발비는 최근 미세공정으로 갈수록 마스크 비용이 크게 늘어나고 있어, 예상 생산 수량이 충분히 크지 않으면 총 비용 측면에서 오히려 불리해질 수 있습니다.