소니 플스3 슈퍼슬림 반도체 변화

● 슬림형 PS3가 도쿄 게임 쇼에서 등장 

　

SCE (소니 컴퓨터 엔터테인먼트)는 도쿄 게임 쇼를 위해 개최 한 컨퍼런스 "SCEJ Press Conference 2012"에서 새로운 케이스의 PS3를 발표했다. 번호는 "CECH-4000 '시리즈, 10월 2일부터 발매된다. 컨퍼런스의 시작 부분에 등장한 SCE의 앤드류 하우스 사장 (대표 이사 사장 겸 그룹 CEO)는 "본체 부분의 구조를 검토하고 새로운 설계함으로써, 2006 년에 발매 한 초기 모델에 비해 50 % 이하의 소형화와 경량화를 실현했다 "고 설명했다.

　특히 크기는 290 × 230 × 60mm (폭 × 깊이 × 높이), 중량은 약 2.1kg 시스템 소비 전력은 190W이다.

 현행 모델과 비교하면 25 %의 소형화와 20 %의 경량화이다. 또한, 가격은 그대로지만, HDD 용량을 크게 증가시켰다. 

SCE는 새로운 PS3의 투입으로, 발매로부터 7년째를 맞이한 PS3 플랫폼에 더욱 탄력을 두려고하고있다. 

슬림 PS3의 등장이지만, 조금 당겨 전생대의 PlayStation 2(PS2)와 비교하면, 얼마든지의 의문이 솟아 난다.PS2에서는 SCE는 5년째에 슬림 케이스 「SCPH-70000」을 투입했다. 이 슬림판 PS2는, 230×152×28 mm( 동)로 B5파일 사이즈 노트 PC의 크기였다. 시스템 소비 전력은 약 45W로 떨어졌다. 2000년에 발매된 초대 PS2와 비교하면, 약 4분의 1의 소형화였다. 심플하게 말하면, PS2에서는 5년째에 4분의 1의 사이즈가 되었는데, PS3에서는 7년째에 2분의 1의 사이즈로 하는 것이 겨우???? 라는 물음이 생긴다..

　또한 본체 가격도 PS2 때처럼 급속도로 감소하고 있지 않다. PS2까지의 게임기의 보급 전략은 발매 후 일정 기간을 거친 단계에서 가격을 미국이라면 200 달러 이하의 매직 프라이스에 내려 단번에 침투를 도모하는 것이었다. 아래는 2006 년 SCE 컨퍼런스의 것으로, 당시 보급 전략이다.

플레이스테이션 가격변천사(2006년 기준)

　하지만 지금 세대의 PS3는 가격 라인은 거기까지 내려 가지 않고, 가격변화는 없는..상태로되어있다. 이번 신모델에서 12GB라는 이상한 용량의 NAND 플래시를 HDD 대신 탑재 한 다소 저렴한 모델을 투입하지만, 아직 떠보기용이라  유럽에만 한정하고있다.

　왜 PS3는 PS2 때와 비교해 작고 저렴 안되는 것인지? 물론 HDD는 비용을 끌어 올리는 요인 중 하나이지만, 그것만이 이유는 아니다. 그 배경에는 현재 반도체 칩의 어려운 상황이 숨겨져있다. SCE가 PS3의 비용과 크기의 감소에 주력하지 않는 것이 아니라, 그렇게하고 싶어도 할 수없는 사정이있다.

● PS2에서는 칩을 작게하여 저전력과 값싼 기기를 실현 

　PS2를 싸게 소형 생긴 것은 기본 반도체 칩을 줄일 수 있었기 때문이다. PS2의 핵심에서 만날 CPU "Emotion Engine (EE)"와 GPU "Graphics Synthesizer (GS)"는 PS2 발매 당초는 250nm 공정으로 제조되며, EE는 240평방 mm, GS는 279평방 mm와 모두 꽤 큰 크기의 칩이었다. 당연히, 제조 비용도 높고, 전력 소비도 나름 높았다.

　그러나 SCE는 거기에서 180nm, 150/130nm 및 제조 공정을 미세화하고 다이를 소형화하고 90nm 공정으로는 EE와 GS를 1 개의 다이에 통합하여 면적을 86평방 mm로 축소했다. 2 개의 칩 전체의 다이 면적은 약 16%, 약 1/6로 감소했다.

　각 프로세스 세대마다 트랜지스터 크기는 선형에 70 몇 % 씩 축소하기 위해 면적은 2 배수이고 이론적으로 1 세대에서 다이 크기는 절반이된다. 3 세대라면 계산 상으로는 다이 사이즈는 약 12​​.5 % 즉 8 분의 1이 될 것이며, 실제로는 축소가 어려운 부분도 있기 때문에 약 16 %의 다이는 거의 프로세스 미세화에서 기대할 수있는대로 숫자 이다. 또한 90nm의 EE + GS는 소비 전력은 불과 8.5W이다.

이것을, 현재의 PS3의 메인 칩인 Cell B.E.의 미세화와 비교하면, 차이는 명료하다.Cell B.E.(은)는 90 nm프로세스로 스타트하고, 65 nm, 게다가 45 nm에 쉬링크 했다.die size는, 90nm 235평방 mm, 65 nm로 175평방 mm, 45 nm로 115평방 mm가 되고 있다.1세대 미세화하면 70수%의 사이즈에 소형화하는 페이스다.그런데 , PS2의 EE는, 1세대 미세화하면 die size는 약50%에, 하프 세대에 약70%에 소형화하고 있었다.즉, Cell B.E.그럼, 미세화해도, die size가 이전 정도 소형으로 되지 않았다.제조비용도 그 만큼 저감율이 낮다.

　실제 다이를 보면, 45nm 프로세스 세대는 좌우의 메모리 인터페이스와 I / O 부분을 확보하기 위해 프로세서 코어 주위에 쓸데없는 사각으로 보이는 부분이 발생하고있다. 디자인을 위해 다이가 커지고있는 부분도있는 것 같다. 90nm의 레이아웃을 답습하지 않고, 기본 레이아웃에서 완전히 재 설계하면 더 줄일 수있을 것 같지만, 그렇게하지. 않았다.

　그러나 각 프로세스 세대의 Cell BE의 소비 전력을 보면, 다이 크기의 감소 비율이이 정도 인 이유의 일단을 알고있다. PS3에 탑재하고있는 Cell BE는 3.2GHz 동작 같은 주파수의 전력을 비교하면 미세화 할 때마다 70 % 정도 하락하는 것을 알 수있다. 이것은 다이 사이즈가 줄어드는 비율과 거의 동일하기 때문에 Cell BE는 세대가 바뀌어도 전력 밀도가 같은 정도로 유지되고있는 셈이다. 이것은 배열 디자인의 장애물을 낮춘다.

　소비 전력면에서는, Cell BE가 등장했을 무렵, 미국의 반도체 벤처 - PA Semi가 Power 아키텍처 저전력 코어를 개발하고 이러한 기술을 빌리면, 개선 할 수 있었다 하지만 PA Semi는 즉시 Apple에 인수되었다.

　어쨌든, Cell B.E.그럼 미세화해도, EE시와 같이는 칩 사이즈도 전력도 내리지 않은 것을 알 수 있다.실제로는, 더 대규모인 설계 변경을 행하면 다이는 소형화할 수 있을 것이지만, 거기에는 개발비가 든다.그리고 SCE는, Cell B.E.에 대해서는, 32 nm프로세스에의 미세화를 단념해 버렸다.그것을 알 수 있는 것은, 프로세스를 미세화할 때마다 발표되고 있던 Cell B.E.의 논문이, 32 nm에서는 나오지 않았기 때문이다.32 nm에 미세화하지 않았던 이유는 모르지만, 프로세스의 이행 자체도, 이전과 비교루와 아득하게 코스트가 들게 되어 있어 간단하게 하행일까 있어.

　덧붙여서, SCE가 Cell B.E.의 제조 프로세스로 의지하고 있는 IBM도, Cell B.E.하지만 빠진 32 nm근처로부터 시작이 부드럽게 가지 않게 되고 있다.IBM 자체의 프로세서는 거대하고 복잡한 칩(뿐)만이므로, 프로세스의 시작에는 향하지 않는 것인지도 모르다.

● Microsoft의 Xbox 360은 칩을 통합했다.

　Microsoft의 Xbox 360도, 실은 칩의 축소 비율은 PS3와 크게 다르지 않다. 같은 IBM 계 이니까 당연하지만, CPU는 프로세스 노드를 1 세대 진행도 평균 70 % 대 밖에 다이가 소형화하지. 그러나 대단하네에서 칩 비용을 어느 정도 줄일 수있다. 두 번째 수축의 45nm 공정으로의 전환시에 CPU와 GPU를 하나의 다이에 통합한 "XCGPU"했다. 원칩에 통합 비용과 전력을 줄이고 슬림 케이스의 Xbox 360 (Valhalla : 발할라)를 실현했다. 초대 Xbox 360에 대해, CPU와 GPU의 총 전력은 60 % 이상, 다이 면적은 총 50 % 이상 감소하고있다.

　하드웨어 기술 언어 적으로 보면, AMD (ATI)에서 GPU의 Verilog 데이터를 제공 받아, 그것을 스크립트 VHDL로 변환, 출력 한 VHDL을, IBM 측의 CPU의 VHDL과 통합하고있다. VHDL은 방언이 많기 때문에이 역을 행하려하면 힘든 작업이되지만, Verilog에서 VHDL로 가져 오는 것으로 어느 정도 간소화하고있다. 그 결과, IBM 연합 (Common Platform) 계의 45nm SOI 프로세스로 CPU와 GPU를 싣고 통합 할 수 있었다.

　같은 것을 SCE도하면, 칩 비용을 낮추고 전력을 낮추고 풋 프린트를 줄일 수있다. 그러나, 소니 그룹은 32nm에 이식도 포기했을 정도 예산에 여유가 없다. 게다가, GPU IP를 가진 상대가 다르다. Xbox 360의 GPU Xenos을 설계 한 AMD (설계 당시는 ATI)는 IP를 나름대로 합리적인 가격으로 제공하지만, PS3의 GPU RSX를 디자인 한 NVIDIA의 경우는 그렇게는 가지 않을 것이다. NVIDIA는 IP에 대한 생각이 달라보다 자사 IP를 보호 자세가 강하다. 따라서 SCE가 RSX의 IP를 Cell BE의 통합을 위해 매입 것은 상당히 어려울 것으로 보인다.

　재미있는 것은, 그래픽 IP에 대한 양사의 관계가 이전 세대와 지금 세대에서는 반대로되어있는 것이다. Intel CPU와 NVIDIA GPU를 결합 초대 Xbox, PS2와 같은 칩의 통합을 통한 비용 절감 못하고 겪었다. 이번에는 반대의 구도이다. ㅋㅋㅋㅋㅋ

● 슬림 PS3는 GPU는 28nm 프로세스일까? 

　이번 슬림 PS3는 Cell BE의 32nm 버전이없는 것으로 보이기 때문에, CPU 측은 45nm의 상태라고 추측된다. 한편, GPU 인 RSX (Reality Synthesizer)는 90nm로 등장하고, 65nm (2008 년), 40nm (2010 년)과 순조롭게 미세화왔다. 올해 (2012 년) 후반은 28nm 프로세스가 볼륨 낼 수있게되는시기에 해당하므로 RSX를 28nm로 미세화 한 가능성은 높다. 덧붙여서, CPU 측 45nm에서 32nm로 단위로, GPU 측 40nm 및 28nm와 반 세대 어긋나는는 CPU 측 SOI, GPU 측이 대량이기 때문에 보인다. 로직 대량 프로세스는 현재 파운드리 업체들이 40nm, 28nm라는 단위로 이행하고있다.

　어쨌든, 현재는 칩 비용은 PS2 때의 속도 정도 낮출 수 없다. CMOS 스케일링 속도가 둔화하고, 구동 전압이 이전과 같은 속도로 내려 가지 않기 때문에 현재 전력 소모는 옛날 정도 내리지 않는다. 칩의 소비 전력은 "용량 × 전압의 제곱 × 동작 주파수"에 비례한다. 따라서 미세화로 70 몇 %에 트랜지스터가 축소시켜, 용량도 감소. 구동 전압도 프로세스 세대마다 70 수 % 씩 떨어졌다. CMOS 스케일링의 결과로 7x % × 7x % × 7x % = 3x %로 소비 전력이 격감했다. 게임기처럼 동작 주파수 고정이라면 세대마다 계산 상으로는 70 % 소비 전력이 떨어지는 것이었다.

　그러나, 공정 기술의 미세화가 진행됨에 따라, CPU의 전원 전압을 낮춘 없으며 전력 스케일링이 무너졌다. 또한, 누설 전류 (Leakage)가 프로세스의 미세화와 함께 늘어나 기 시작했기 때문에, 소비 전력을 줄이는 것은 매우 어려워졌다.

　지금 되돌아 보면, 250nm 공정으로 제조를 시작하여 90nm까지 미세화 한 PS2의 칩셋은 CMOS 스케일링이 아직 순조롭게 일하던 시대에 그 이점을 살려 워진. 반면 CMOS 스케일링이 밀린 90nm 공정에서 시작된 PS3는 고난의 길을 걷고있다. 물론 이것은 PS3 고유의 문제가 아니라, 반도체 업계가 다양한 형태로 직면하고있는 문제로,이 시대에 태어난 PS3는 불운이라고 할 수있다.

플스3 1세대

Cell B.E 90nm ,65nm

RSX 90nm,,65nm

플스3 2세대

Cell B.E 45nm 

RSX 40nm

플스3 3세대(CECH-4000)

Cell B.E 45nm 

RSX 40nm