초저전력 IC 기술의 선도기업 Ambiq은 32비트 ARM 코어텍스-M4F 마이크로컨트롤러(MCU)에 기반한 아폴로(Apollo) 제품군 4종을 발표했다.
이번 신제품의 에너지 소비는 실제 환경에서 동급 성능의 다른 MCU 제품들보다 5~10배 더 적어 웨어러블 전자기기와 그밖에 다른 배터리 구동 기기의 배터리 사용 시간을 크게 늘려준다. 에너지 소비를 이처럼 대폭 줄일 수 있었던 이유는 Ambiq의 특허 받은 SPOT(Subthreshold Power Optimized Technology) 플랫폼을 적용했기 때문이다.
지금까지 배터리 한 개로 기껏해야 수 일에서 수 주밖에 구동할 수 없던 웨어러블 기기들이 아폴로 제품군의 출시로 향후에는 수 개월에서 수 년까지 동작할 수 있도록 설계 또는 재설계가 가능해졌다. 또한 크게 늘어난 전력 예산 덕분에 이전에는 불가능했던 특징이나 기능들을 새롭게 추가하거나 더 작은 배터리를 사용할 수 있게 돼 엔지니어들은 소비자의 관심을 보다 높일 수 있는 혁신적인 제품을 만들 수 있게 됐다.
아폴로 MCU는 액티브 모드와 슬립 모드 양쪽 모두에 최적화된 저전력 설계가 특징이다. 신제품은 플래시 메모리로부터 명령어를 실행할 때 업계 최고 수준인 30µA/MHz의 전력을 소비하며, 평균적인 슬립 모드 전류 소비도 100nA에 불과할 정도로 매우 적다.
에너지 소비가 이처럼 극히 적어도 성능은 전혀 떨어지지 않는다. 예컨대 사물인터넷(IoT) 분야는 갈수록 센서, 오디오, 자동 소스의 사용이 늘어남에 따라 알고리즘 처리 요건도 그만큼 더 많아지고 있는데, 아폴로 MCU는 강력한 ARM 코어텍스-M4F 코어와 정밀 부동소수점 유닛을 통해 IoT 애플리케이션이 요구하는 컴퓨팅 성능을 제공한다.
집적도가 매우 높은 아폴로 MCU는 최대 24MHz까지 동작한다. 신제품은 512kB의 플래시 메모리와 64kB의 RAM을 활용하기 때문에 애플리케이션 코드 외에 추가적인 RF 및 센서 부품까지 수용할 수 있다. 센서와 RF, 그밖에 다른 주변기기들, 그리고 선택사양인 호스트 프로세서와의 통신은 I2C/SPI 포트와 UART를 통해 이뤄진다.
이밖에 10비트, 13채널, 1MS/s 성능의 ADC와 ±2ºC 정확도의 온도 센서가 온칩으로 구현되었다. 패키징은 2가지 소형 옵션이 제공된다. 50개의 GPIO를 지원하는 64핀, 4.5x4.5mm BGA 패키지와 이보다 소형 디자인에 최적화된 27개 GPIO의 2.4x2.4mm, 42핀 CSP가 그것이다.
Ambiq SPOT 플랫폼은 1.8V에서 ‘on’ 상태가 되는 트랜지스터를 사용하는 대신 0.5V 이하의 서브스레숄드 전압에서 트랜지스터를 구동한다. 이 플랫폼은 디지털과 아날로그 영역 모두에서 연산 작업 시 ‘off’ 트랜지스터의 누설 전류를 사용한다.
업계 표준 CMOS 공정으로 구현되는 이 특허 기술은 서브스레숄드 전압 스위칭과 관련한 잡음 취약성, 온도 민감성, 프로세스 드리프트의 도전 과제를 모두 극복했다. 2013년에 출시된 이 회사의 AM08x5와 AM18x5 초저전력 실시간 클럭(RTC) 제품군 역시 동일한 플랫폼에 기반하고 있다.
Ambiq 마크 폴리(Mark Foley) CEO 겸 회장은 “MCU의 에너지 효율은 지난 수년 동안 꾸준히 향상돼 왔지만 SPOT 플랫폼만큼 획기적인 개선을 보여준 사례는 없었다”며 “최근 2~3년간 우리의 RTC 제품에서 검증되고 이제는 아폴로 MCU에 적용된 이 기술은 휴대기기 설계 엔지니어들의 숙원인 배터리 수명의 획기적인 연장 요구를 충족한다. 우리는 반도체의 에너지 소비가 향후 2년마다 절반으로 줄어들 것으로 예상한다. 그 시작이 바로 여기다”고 강조했다.
아폴로 MCU는 현재 일부 고객을 대상으로 샘플이 제공되고 있다. 양산 공급은 2015년 봄부터 이뤄지며, 공급가는 1만개 기준시 개당 최저 1.5달러부터 시작할 예정이다.
