[QnA] CPU, MCU, DSP, FPGA 차이점이 무엇인가요?

 

CPU, MCU, DSP, FPGA 차이점이 무엇인가요?

오랜시간 동안 가끔씩 질문으로 올라오는 질문이다.

필자도 초기에 AVR이나 아두이노만 다룰 때는 각각의 특징들을 몰랐었다. 간단히 장단점을 정리하면 아래와 같다.

1. CPU (Central Processing Unit)

- 장점

범용성: 다양한 종류의 프로그램을 실행

성능: 고성능 연산이 가능

지원: OS와 라이브러리 등 다양한 소프트웨어 지원이 가능

- 단점

전력 소모: 고성능 CPU는 상당한 양의 전력을 소모

비용: 고성능 CPU는 비용이 높음

특수 연산: 특수한 작업을 수행하는데 효율이 떨어짐

2. MCU (Microcontroller Unit)

주로 임베디드 분야에서 사용

- 장점

통합성: MCU는 CPU, 메모리, I/O 인터페이스 등을 하나의 칩에 통합해 비용과 공간을 절약

전력 소모: 일반적으로 MCU는 낮은 전력을 소모

특화: 특정 응용 분야에 대해 특화된 MCU

- 단점

성능: 일반적으로 MCU의 연산 성능은 CPU에 비해 떨어짐

유연성: 특정 응용 분야에 특화되어 있어, CPU 보다 범용적인 프로그래밍이 어려움

3. DSP (Digital Signal Processor)

행렬연산, 부동소수점연산, 곱셈,나눗셈 연산 등에 특화되어 있음

- 장점

최적화: 신호 처리 알고리즘을 실행하는 데 최적화

성능: 신호 처리 작업에서는 높은 성능 발휘

효율: 신호 처리 작업을 수행하는데 높은 전력 효율성

- 단점

범용성: DSP는 신호 처리 작업에 특화되어 있어, 다른 종류의 작업을 수행하는데는 비효율

복잡성: DSP 프로그래밍은 일반적으로 복잡하며, 특화된 지식을 요구

4. FPGA (Field-Programmable Gate Array)

- 장점

유연성: FPGA는 프로그래밍이 가능하므로, ASIC보다 유연하게 사용 가능

병렬 처리: 많은 작업을 동시에 처리할 수 있음

특화: 특정 알고리즘에 대해 하드웨어레벨에서 최적화할 수 있어, 매우 높은 성능을 발휘할 수 있음

- 단점

복잡성: FPGA를 프로그래밍하고 최적화하는 것은 복잡한 과정이며, 고도의 전문 지식을 요구

전력 소모: 특정 애플리케이션에서는 높은 전력을 소모

비용: FPGA는 일반적으로 MCU나 DSP에 비해 비용이 높음

일반적으로 경험에서 볼 때 임베디드 분야를 기준으로 하면 CPU는 AP와 동일하게 보고 SBC가 최근에 많이 발전하고 있는 상황에서 가격적인 문제만 없다면 가장 개발하기 쉽다. 그다음이 MCU 개발이다.

DSP부터 특수분야에 쓴다고 생각하면 되는데 DSP가 가진 특징이 부동소수점 연산이나 곱셈 나눗셈 연산에 뛰어나므로 영상처리, 신호처리에 많이 활용된다. MCU와 비슷하게 C를 기반으로 코딩하지만 고속화를 위한 전용 라이브러리와 함수들이 있다.

FPGA도 특수분야에 활용한다. 앞에서 얘기한 부분들에서 해결되지 않는 높은 실시간 처리량, 인터페이스 오버헤드, 외부 고속 신호 인터페이스 등과 같은 것들이 FPGA에서만 가능하다면 어쩔 수 없이 FPGA를 사용해야 된다.

정리하면 CPU>MCU>DSP>FPGA 순으로 개발도 쉽고 진입장벽도 낮으므로 CPU로 안되면 MCU로 하고 MCU로 안되면 DSP로 하고 DSP로 안되면 FPGA로 하게 된다.

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