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EDA 툴 없이 엑셀 하나로 끝내는 AI 반도체 입문

Verilog와 EDA 툴을 배우다 포기하셨나요? NPU를 직접 설계하는 반도체학과 교수가 엑셀 파일 9개로 CPU부터 NPU까지 계산하며 이해하는 법을 알려드립니다.

1명 이 수강하고 있어요.

난이도 입문

수강기한 무제한

실습 중심
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기술면접
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취업준비
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수강 후 이런걸 얻을 수 있어요

  • AI 반도체 기사에서 병목과 대역폭이 무슨 뜻인지 설명하는 능력

  • CPU와 GPU와 NPU의 차이를 구조적 이유로 말하는 능력

  • 면접에서 "GPU와 NPU 차이를 설명해 보세요"에 막히지 않는 답변력

  • DRAM과 SRAM의 차이를 실습으로 이해

  • AI 반도체 실습 엑셀 파일 9종

  • 연산기를 늘려도 성능이 멈추는 지점을 직접 계산해서 찾는 능력

  • SRAM이 40배 빠른데도 메인 메모리로 쓰지 않는 이유를 말하는 설명력

■ 반도체 시뮬레이터 없이, 엑셀만으로

인공지능 반도체를 이해하려는 시도는 대개 진입 장벽 앞에서 멈춥니다. 하드웨어 기술 언어를 익히고, EDA 툴을 설치하고, 라이선스를 확보하고, 파형을 해석하는 법을 배워야 합니다. 이 과정만으로 수개월이 소요되며, 전체 구조에 대한 감각을 얻기 전에 도구 학습에 대부분의 시간을 쓰게 됩니다.

본 강의는 다른 경로를 제시합니다. 반도체의 동작을 스프레드시트 위의 계산 모델로 구현하고, 수강생이 직접 입력값을 조정하며 결과의 변화를 관찰하도록 설계했습니다.

엑셀 파일을 열고, 노란색 칸의 숫자를 바꾸면 됩니다.

■ 엑셀이 EDA 툴을 대신할 수 있는 이유

반도체 시뮬레이션의 본질은 조건을 바꾸었을 때 결과가 어떻게 달라지는지를 확인하는 것입니다. 본 강의의 실습 파일은 그 기능을 스프레드시트 위에서 수행합니다.

· 설치가 필요 없습니다

엑셀 또는 호환 스프레드시트 프로그램이면 충분합니다.

별도의 개발 환경, 라이선스, 설정 과정이 없습니다.

· 계산 과정이 모두 보입니다

EDA 툴은 결과를 파형으로 출력합니다. 중간 과정은 감춰져 있습니다.

스프레드시트에서는 모든 중간값이 셀에 그대로 표시됩니다.

어떤 수식으로 그 값이 나왔는지 직접 확인할 수 있습니다.

· 즉시 반응합니다

입력 칸의 값을 바꾸면 관련된 표와 그래프가 그 자리에서 갱신됩니다.

컴파일도, 실행 대기도 없습니다.

· 수강 이후에도 남습니다

강의가 끝난 뒤에도 파일은 그대로 사용할 수 있습니다.

새로운 조건을 넣어 보며 스스로 실험을 이어 갈 수 있습니다.

■ 정적인 도표가 아닙니다

본 강의의 실습 파일은 이미 계산된 결과를 보여 주는 표가 아닙니다. 반도체의 실행 과정이 수식으로 구현되어 있으며, 입력이 바뀌면 전체 결과가 연쇄적으로 다시 계산됩니다.

· CPU가 명령을 실행하는 과정을 27단계로 전개하여

각 단계에서 어떤 값이 읽히고 누적되는지 한 줄씩 추적합니다.

· GPU의 연산기 가동률이 대역폭 한계에 도달하는 지점을

수식으로 산출하고 그래프로 확인합니다.

· DRAM이 읽을 때마다 전하를 복원하는 다섯 단계를

단계별로 넘겨 가며 SRAM과 비교합니다.

· 시스톨릭 배열에서 계산이 활성화되는 위치가

시각에 따라 대각선으로 이동하는 과정을 셀 단위로 추적합니다.

· NPU의 13×10 연산기 배열이 52개 타일을 처리하는 동안

발생하는 메모리 접근 횟수를 단계별로 산출합니다.

이러한 형태의 학습 자료는 시중에서 찾기 어렵습니다. 개념도와 비유에 머무는 입문서와, 하드웨어 기술 언어를 전제하는 전문서 사이의 공백을 메우기 위해 제작했습니다.

■ 여덟 개의 주제가 하나의 문제로 이어집니다

본 강의는 독립적인 주제의 나열이 아닙니다. 하나의 질문에서 출발해 다음 질문으로 심화되는 구조로 설계했습니다.

인공지능은 무엇을 계산하는가

그 계산을 범용 프로세서로 수행하면 어떤 부담이 생기는가

병렬 구조는 그 부담을 어떻게 완화하며 어디에서 한계에 이르는가

메모리가 제약이라면 더 빠른 메모리를 쓰면 되지 않는가

고속 메모리를 전면 도입하지 못하는 이유는 무엇인가

데이터를 재사용하면 무엇이 달라지는가

이를 회로로 구현하면 어떤 이점과 대가가 발생하는가

각 회차의 마지막에 남는 질문이 다음 회차의 출발점이 됩니다. 마지막에는 성능, 전력, 면적, 원가, 데이터 이동을 함께 고려하는 시스템 설계 관점에 도달합니다.

■ 학습 방식

각 회차에는 입력값을 변경해 보는 과정이 포함되어 있습니다. 권장하는 순서는 다음과 같습니다.

먼저 결과를 예상하고

값을 변경한 뒤

실제 결과를 관찰하고

그 이유를 설명해 봅니다

값을 입력하는 것 자체가 목적이 아닙니다. 어떤 입력이 어떤 결과에 영향을 주는지 인과 관계를 파악하는 것이 목적입니다. 예상과 실제가 어긋날 때, 그 이유를 찾는 과정에서 이해가 깊어집니다.

■ 제공 자료

강의에서 사용하는 엑셀 파일 9종을 모두 제공합니다.

01_Line_Classifier.xlsx 선형 분류기의 판단 과정

02_MNIST_Learning.xlsx 가중치 학습의 원리

03_Training_and_Inference.xlsx 학습과 추론의 연산량 비교

04_CPU_Operation.xlsx 명령 실행과 파이프라인

05_CPU_GPU_Comparison.xlsx 병렬 구조와 메모리 병목

06_DRAM_SRAM.xlsx 메모리 계층의 형성 원리

07_Systolic_Array.xlsx 데이터 재사용과 실행 스케줄

08_NPU.xlsx 전용 가속기의 구조적 특성

각 파일은 안내, 본문, 조건, 표, 정리 시트로 구성되어 있습니다. 입력 셀은 노란색으로 구분되어 있으며 그 외 영역은 보호 설정을 적용했습니다. 수식이 손상될 염려 없이 자유롭게 실험하실 수 있습니다.

■ 수강 대상

· 인공지능 반도체 관련 자료를 접하지만

기술적 배경을 체계적으로 정리하고자 하는 분

· 반도체 산업 취업을 준비하며

컴퓨터 구조와 가속기 개념을 정리하려는 분

· 비전공자로서 기술 동향을 판단할 수 있는

기초 지식을 갖추고자 하는 분

· 하드웨어 기술 언어를 학습하기에 앞서

전체 구조를 먼저 파악하고자 하는 분

· 교육 현장에서 인공지능 반도체를 설명해야 하는 분

■ 선수 지식

스프레드시트에 숫자를 입력할 수 있는 수준이면 충분합니다. 프로그래밍 경험, 반도체 전공 지식, 별도의 개발 환경은 요구되지 않습니다.

■ 강의 모델의 범위

본 강의에서 사용하는 계산 모델은 교육 목적으로 단순화된 것이며, 실제 제품의 성능 지표를 예측하기 위한 것이 아닙니다.

각 실습 화면에는 해당 모델이 전제하는 조건을 명시하였으며, 실제 설계와 차이가 있는 부분은 강의 중 별도로 설명합니다. 수치 자체를 암기하는 것이 아니라, 그러한 수치가 도출되는 구조적 이유를 이해하는 데 목적이 있습니다.

■ 강의 구성

전 9섹션 · 9강 · 총 3시간 34분

섹션 1 및 섹션 2 무료 공개

이런 분들께
추천드려요

학습 대상은
누구일까요?

  • Verilog와 EDA 툴을 배우기 전에 전체 구조를 먼저 잡고 싶은 반도체 취업 준비생

  • 모델 성능과 하드웨어의 관계를 수치로 이해하고 싶은 AI 개발자

  • 컴퓨터구조에서 배운 개념을 실제 숫자로 확인하고 싶은 전자공학 전공생

  • AI 반도체를 설명할 때 쓸 실습 자료가 필요한 교육자

  • 기술 회의와 문서를 스스로 판단하고 싶은 반도체 산업 기획자

선수 지식,
필요할까요?

  • 스프레드시트에 숫자를 입력할 수 있으면 충분합니다.

  • 프로그래밍 경험이나 반도체 전공 지식은 필요하지 않습니다.

  • 수식을 직접 작성하실 일은 없습니다. 엑셀 빈칸의 값만 바꾸시면 됩니다.

안녕하세요
EdgeChipLab입니다.

커리어인증

AI 반도체를 FPGA로 직접 설계하고 구현합니다

현직 대학교수로서 시스템 반도체 산업 30년의 경험과 AI 반도체 연구·교육 노하우를 담았습니다.

삼성전자 DS부문 시스템반도체 연구원을 시작으로 영국 및 독일법인 Director, 시스템 LSI 마케팅·영업 그룹장을 거쳐 현재 반도체 공학을 교육하는 교수가 직접 설계하고 FPGA에서 검증한 실전형 커리큘럼입니다.

단순히 FPGA 사용법을 배우는 교육이 아닙니다.
AI 알고리즘을 이해하고 → NPU와 CPU를 RTL로 직접 설계하고 → FPGA에 구현하고 → 실제 하드웨어에서 검증하여 → 궁극적으로 AI SoC까지 확장하는 과정을 지향합니다.

AI Algorithm → RTL Design → FPGA Implementation → Bit-True Verification → AI SoC

 

이론을 넘어 실제 AI 하드웨어 구현으로

흩어진 단편적인 지식만으로는 시스템 수준의 AI 반도체 설계 역량에 도달하기 어렵습니다.

수강생은 완성된 블랙박스 IP를 사용하는 데 머무르지 않습니다. AI NPU와 RISC-V CPU를 직접 설계하고, 메모리와 주변장치를 통합하며, 최종적으로 자신만의 AI SoC를 구축할 수 있는 시스템 설계 역량을 단계적으로 갖추는 것을 목표로 합니다.

트랜지스터와 디지털 회로의 기초에서 시작하여 FPGA, CPU, NPU를 거쳐 Transformer와 LLM 가속 하드웨어까지 연결합니다.

 

연구 결과를 실제 FPGA 하드웨어로 검증합니다.

눈으로만 보는 강의가 아닙니다. 이론이나 단순한 시뮬레이션에서 끝내지 않고, 직접 설계한 AI 반도체 회로를 실제 FPGA에서 동작시키고 Python 모델과 RTL 결과가 1비트까지 일치하는 Bit-True 검증을 수행합니다.

강사의 AI 반도체·FPGA·RISC-V 관련 KCI 등재 논문 4편을 포함한 연구 결과도 교육 콘텐츠와 연결하여, 연구에서 검증한 기술을 실제 설계와 FPGA 구현으로 이어갑니다.

자체 개발한 RISC-V CPU를 비롯하여 이미지 학습용 Python 코드와 Verilog RTL 등 실습에 필요한 소스 코드를 공개합니다.

보급형 Arty S7-25 FPGA 보드와 무료 Vivado 설계 도구를 중심으로 구성하여, 학습자가 직접 설계하고 구현하고 검증하는 전 과정을 재현할 수 있도록 하였습니다.

 

단절 없는 풀스택 로드맵 : 기초부터 mini LLM 가속기까지

모든 강의는 독립된 파편이 아닌, 하나의 거대한 시스템을 완성해 가는 여정입니다.

  • Step 1: AI 이론 및 이미지 처리 기초 (Machine Learning 포함)

  • Step 2: AI 가속기(NPU) 설계 및 검증 (Machine Learning 포함)

  • Step 3: RISC-V CPU 설계 및 시스템 통합

  • Step 4: 고급 AI SoC 구현 및 mini LLM 가속 플랫폼으로의 확장 (지속적인 콘텐츠 업데이트)

     

 

객관적 검증 지표

본 과정의 모든 설계 결과물은 글로벌 표준과 학계의 엄격한 검증을 거쳤습니다.

  • RISC-V 아키텍처 검증: 자체 개발 RISC-V CPU, 국제재단 공식 컴플라이언스 테스트(ACT) 통과 및 소스 코드 공개 (GitHub)

  • 학술적 권위: 단독 저자 학술논문 4편 (KCI A등급 저명학술 등재지 IJIBC)

  • 글로벌 인정: 글로벌 아마존 기술 서적 2편 출간 (베스트셀러 3위 달성)

  • 실제 동작 검증 완료: RV32I CPU, NPU, 비전 시스템, GPS, Transformer, AURA-Edge SoC 등 핵심 IP의 Arty S7 환경 완벽 동작

도전하십시오. 직접 코드를 보드에 올리고, 결과를 확인하는 이 과정이 끝날 때쯤, 여러분은 이전과는 완전히 다른 시야를 가진 하드웨어 엔지니어로 레벨업해 있을 것입니다.

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커리큘럼

전체

9개 ∙ (3시간 33분)

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마지막 업데이트일: 

수강평

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