최신 IT 동향 코어전쟁 (Core-War) 이시작된모바일칩셋시장 * 듀얼코어가장착된스마트폰과태블릿 PC 의등장에따라모바일칩셋시장이쿼드코어 CPU 경쟁에들어갈것으로예상되지만코어의수보다는성능최적화를위한구현방법의선택과 GPU 와의통합등이보다중요 수년전 PC 영역에서전개되었던멀티코어칩으로의전환이최근들어스마트폰과태블릿등모바일기기의 CPU 에서도진행 - 2010 년에애플의 A4, 퀄컴의스냅드래곤, 삼성전자의허밍버드, TI 의 OMAP4 등주요모바일칩셋의새로운제품들은연산속도가모두 1GHz 안팎이었음 - 애플, HTC, 모토로라등거의모든스마트폰제조업체가 1GHz 프로세서모델을갖고있으며, 올해는더많은제품이나오고일부제품의클록속도는더욱증가할것으로예상됨 - 1GHz 연산속도에도불구하고스마트폰을통한고사양애플리케이션의활용이높아지면서모바일칩제조업체들은 PC 산업과마찬가지로점차적으로 CPU 빈도가야기하는문제, 즉더많은발열과더많은전력소비문제에직면 - PC 칩제조업체들은이같은문제를듀얼코어또는멀티코어칩으로빠르게전환함으로써해결하였으며, 마찬가지로모바일산업에서도동일한과정이진행되고있음 - 전력소비는일반적으로 CPU 빈도의제곱에비례하여증가하므로듀얼코어칩으로전환하면각코어가대부분의시간을저속클록에서가동하기때문에모바일칩제조업체들은배터리수명이증가할것이라고굳게확신 nvidia 를선두로퀄컴, TI 등의듀얼코어제품들이앞다투어스마트폰이나태블릿등모바일기기에채용되기시작 - nvidia 의 Tegra2 칩셋은대표적인듀얼코어로세계최초듀얼코어스마트폰인 LG 전자옵티머스 2X 에도탑재된제품 - 모토로라역시 Tegra2 에기반을둔 Atrix 스마트폰을선보였으며, 삼성전자는자체생산하는듀얼코어프로세서를갤럭시 S 2 에적용할계획 - 듀얼코어는스마트폰에비해더많은컴퓨팅파워가요구되는태블릿에서더욱빠르게도입될것으로예상되며, 실제 2011 년 CES 에출품된태블릿의약 90% 가듀얼코어제품 * 본내용과관련된사항은정보서비스팀 ( 042-710-1130) 으로문의하시기바랍니다. ** 본내용은필자의주관적인의견이며 NIPA 의공식적인입장이아님을밝힙니다. 19
- Tegra2 칩은모토로라의 Xoom 태블릿에도사용되고있으며, 이는구글안드로이드 3.0 운영시스템인 Honeycomb 의참조디자인이되고있으며, Honeycomb 운영체제는여러애플리케이션이동시에가동되는멀티태스킹을상정하여설계되었으므로듀얼코어칩이적합하다는평가를받고있음 - 또한 Tegra2 는 Honeycomb 을지원하는첫번째듀얼코어칩셋으로 Xoom 외에도 LG 전자 G-Slate, 삼성전자갤럭시탭 10.1 등안드로이드 3.0 기반태블릿 1 세대의대부분에서사용중 - HP 의 webos 기반태블릿인 TouchPad 는퀄컴의 1.2GHz 듀얼코어스냅드래곤프로세서를사용하며, Acer 역시곧출시할안드로이드기반태블릿 Iconia Smart 에 1GHz 듀얼코어스냅드래곤을사용할계획 - RIM 은자사의 QNX 기반태블릿운영체제로구동되는 BlackBerry Playbook 에 TI 의 1GHz 듀얼코어 OMAP4 프로세서를사용 nvidia 가듀얼코어칩셋시장을선점할수있었던이유는스마트폰열풍이전에이미듀얼코어칩셋을준비했기때문 - 스마트폰등모바일기기용칩셋의밸류체인특징은아키텍처설계와생산이확연히구분되어있다는점 - CPU 아키텍처설계를전문으로하는 ARM 은칩셋제조업체들에게라이선스를지불하고 ARM 의아키텍처를이용하여칩을생산중이며, 그래픽처리장치 (GPU) 는 Imagination Technologies 가아키텍처설계전문기업으로서 ARM 과마찬가지로라이선스수수료매출을올리고있음 < 자료 >: ANANDTECH, 2010. 7. ( 그림 1) nvidia 의듀얼코어 CPU Tegra2 구조 20
- 2010 년에발표된대부분의스마트폰들은 ARM 의 Cortex-A8 아키텍처기반의싱글코어 프로세서를탑재한반면, nvidia 는다음세대아키텍처인 Cortex-A9 기반의듀얼코어 CPU 와자체그래픽기술을접목하여 Tegra2 프로세서를발표 - Tegra2 의스펙과성능이월등했음에도스마트폰제조사들의선택을받지못한이유는 2010 년당시로서는필요한프로세서파워이상으로성능을제공했기때문 - 그러나스마트폰경쟁이치열해지면서스펙경쟁이일어나고, 아이패드출시로화면이커 진태블릿시장이형성되면서싱글코어인 A8 아키텍처기반프로세서이상의성능을제공 할수있는 Tegra2 가비로소주목을받게된것 - Tegra2 가라이선싱한 ARM 의 Cortex- A9 은멀티코어아키텍처기술을적용하여최대 4 개의코어가들어가는쿼드코어버전까지만들수있는것이특징 - Cortex-A9 은 A8 에비해 DMIPS( 정수연산성능 ) 가클럭당 2.0 에서 2.5 로증가했기때 문에듀얼코어버전으로만들경우성능은 A8 의약 2.5 배가됨 - Tegra2 칩셋은 Cortex-A9 듀얼코어와여타애플리케이션프로세서들처럼다양한기능을 하는프로세서들을하나의칩에패키징하여 SoC( 시스템온칩 ) 방식으로설계 - Cortex-A9 외에 Tegra2 에포함된프로세서들은이미지프로세서, 2D/3D 그래픽프로세 서, HD 비디오디코 eld 프로세서, HD 비디오인코딩프로세서, 오디오프로세서, ARM7 등이있음 < 표 2> ARM 의아키텍처버전별코어비교 코어 Cortex-A8 Cortex-A9 Cortex-A9 MPCore Cortex-A9 Hard Macro Cortex-A15 MPCore 아키텍처 ARM v7 ARM v7 ARM v7 +MP ARM v7 +MP ARM v7 +MP 예상클록 (MHz) 600~1,000 600~1,000 600~1,000 800~2,000 미정 DMIPS ( 정수연산성능 ) < 자료 >: ARM 2.0 2.5 2.5/CPU 5.0 ( 듀얼코어 ) 싱글코어에비해작업처리가분담될수있는듀얼코어프로세서는속도는물론전력사용을 낮출수있는장점을갖춤 - CPU 에요구되는작업량이많아지면최대 CPU 성능을발휘하기위해클럭과전압이올라 가며, CPU 가한번에처리할작업량을넘어서면작업시간이늘어나거나작동이중지혹 은강제종료되는현상이발생하기도함 - 듀얼코어로처리할경우작업량이 CPU 성능의최대치를요구하더라도코어당작업량이 미정 21
싱글코어 A9 듀얼코어 A9 동일한작업량 1 개의코어에전체 100% 의 CPU 사용률을기록하게함 2 개의코어에똑같이 50% 의 CPU 사용률을기록하게함 CPU 부하가높아최대클럭 CPU 클럭 =1GHz(1,000MHz) CPU 전압 =1.1V CPU 부하가낮아저클럭동작 CPU 클럭 =550MHz CPU 전압 =0.8V 싱글코어 CPU 소비전력 1.0P 싱글코어비해 40% 낮은전력으로동작하게됨 싱글코어대비소비전력 0.8P < 자료 >: nvidia, 2010. 12. ( 그림 2) Tegra2 싱글코어와듀얼코어의전력소모비교 전체사용률의절반을넘지않기때문에 CPU 클럭을최대로높이지않아도되고, 자연히전압도최대가아닌절전상태를유지할수있음 - nvidia 의자체테스트결과, 듀얼코어인 Tegra2 칩셋은싱글코어버전일경우에비해웹페이지로딩속도가약 46% 증가한것으로나타남 - 자바스크립트성능측정결과도 Cortex-A8 기반의싱글코어프로세서에비해듀얼코어 Cortex-A9 을탑재한 Tegra2 가약 2.5 배빠른것으로나타났음 - 코어가늘어나면최대소비전력량도증가하기는하지만, 듀얼코어 CPU 가모두풀가동되는경우가아니라면싱글코어 CPU 와동일한업무처리시에전력효율은오히려향상됨 - 똑같은작업량이라도듀얼코어가각각 50% 씩분담한다면, CPU 부하가높지않기때문에동작클럭이낮아도작업수행이원활하고소비전력도낮기때문 - 벤치마크결과 Tegra2 의듀얼코어는싱글코어에비해 40% 의전력만소모하고도동일한작업을수행할수있는것으로나타남 22
듀얼코어스마트폰과태블릿이시장이슈가된지채한달도지나지않아 MWC 2011 에서는쿼드코어와관련한새로운계획발표들이이어짐 - 처리능력면에서 MWC 2011 의주종을이룬것은듀얼코어였으나퀄컴과 nvidia 의쿼드코어칩발표에보다많은관심이집중 - 코드명 Krait 인퀄컴의새로운칩셋은 2012 년내에설계가이루어질예정이며, 4 개의 2.5GHz 프로세서코어와최대 4 개의 Adreno 320 그래픽프로세서를포함할계획 - 퀄컴은현재의 ARM 기반 CPU 코어보다전력소비는 65% 에불과하면서도전반적인성능은 150% 향상될것이라고주장 - 옵티머스 2X 에듀얼코어 Tegra2 칩셋을제공한 nvidia 역시쿼드코어모바일프로세서로드맵을공개하였는데, 문서상의계획이아니라전시장에서워킹버전을실제로선보여많은주목을받았음 - nvidia 가발표한 Kal-El 칩은안드로이드태블릿에서구동되고, 3D 오디오를지원하는 12 코어그래픽유닛에힘입어 2,560 1,600 픽셀해상도와 1,440p 방식의비디오를지원 - nvidia 에따르면 Kal-El 칩 ( 언론은 Tegra3 로도부르고있음 ) 의성능은현재 Tegra2 의 5 배로, 2012 년에발표될코드명 Wayne 은 Tegra2 보다 10 배, 2014 년에선보일코드명 Stark 는 Tegra2 보다 100 배의성능구현을목표로하고있음 - Texas Instruments 역시퀄컴, nvidia 와유사한기능을제공하게될 OMAP 5 애플리케이션프로세서를 2012 년에공개할것이라고발표 100 LOGAN STARK 10 1 TEGRA 2 5x KAL-EL(TEGRA 3) WAYNE 2010 2011 2012 2013 2014 * 포퍼먼스는 TEGRA 2 를기준으로할경우배수함즉 STARK 의성능은 TEGRA2 의 100 배가될것임을의미함 < 자료 >: nvidia, 2011. 2. ( 그림 3) nvidia 의멀티코어칩셋개발로드맵 23
< 표 1> 주요칩셋벤더들의모바일멀티코어개발계획현황 칩셋벤더 Marvell Freescale Qualcomm nvidia Texas Instrument ST-Ericsson 삼성반도체 Broadcom < 자료 >: NIPA 정리 주요특징및기능 - 2010 년 9 월 ARM 벤더로는처음으로 1.5GHz 의 3 개 ARM 코어를탑재한칩셋 Armada 628 을발표 - 한번충전으로 10 시간이상풀 1080p HD 비디오또는 140 시간의음악재생이가능 - 최대 4 개의 1.2GHz 의코어와 AMD 의 GPU 를통합한 i.mx53 패밀리발표 - 싱글, 듀얼, 쿼드코어버전을 2012 년여름에출시할예정이고샘플링은 2011 년 2 분기로예정됨 - 듀얼코어와쿼드코어버전 ARM 칩으로 Windows8 과 Honeycomb 을구동함으로써인텔칩셋노트북의잠재적대체재가될수있을것으로전망 - 1080p 비디오를지원하며, 200 밀리와트미만전력으로재생하는것이목표 - 2.5GHz 에서작동하는쿼드코어 APQ8064 와최대 4 개의 3D 코어가가능한 Adreno 320 GPU 를포함하는차세대스냅드래곤프로세서 Krait 발표 - ARM 의 Cortex-A15 와경쟁할것으로전망 - Adreno 220 GPU 를탑재한 APQ8060 듀얼코어칩셋은조만간공개될 HP 의 TouchPad 에탑재될예정 - 2011 년 8 월까지는태블릿에연말까지는스마트폰에쿼드코어를탑재할계획이며, 쿼드코어에는그래픽엔진 12 개가탑재되며, 2,560 600 디스플레이와 1440 비디오, 1080p 비디오를지원 - CPU 코어는아직지정하지않았지만 A15 는미발표상태이고, Tegra2 에사용된 Cortex-A9 이사용될가능성이높음 - 다른벤더들처럼쿼드코어생산을위해 28nm 기술을기다리는대신 40nm 를채택하였고, CPU 부피가다이사이즈를실제로크게늘리지않기때문 - 2012 년하반기로예정된 OMAP 5 프로세서는 ARM Cortex-A15 를사용하는첫번째칩 - A15 는 2GHZ 로작동하며하드웨어가상화와최대 8GM RAM 을지원 - OMAP 5 프로세서가어떻게동작인식과신체동작추적, 비전프로세싱같은자연 UI 를지원할지에초점을맞추고있음 - NovaThor 로알려진하이엔드라인업인 A-15 기반프로세서를발표 - 2 개의 Cortex-A15 코어와 Rogue 로알려진 Imaginations 의 PowerVR 6 시리즈 GPU 를처음으로구현하는하이엔드듀얼코어 Nova A9600 을발표 - 듀얼코어프로세서라인의명칭을 Orion 에서 Exynos 로개명 - 최대 1GHz 에서작동하는 2 개의 Cortex-A9 코어를포함하며, 이전프로세서에비해그래픽성능은 5 배향상시킨 Exynos 4210 하이엔드칩셋개발 - 갤럭시 S 2 스마트폰에탑재될예정이며, 1080p 비디오의녹화및재생가능 - 1.1GHz 듀얼코어프로세서인 Meryln 을출시 - 자사의 Neon 코어 (ARM Cortex-A9 기반 ) 와 Video Core IV GPU 에기반하고있으며, 40nm 프로세스에서생산됨 이같은흐름을반영하여 Strategy Analytics 는올해출하될스마트폰중멀티코어단말기의비중은 15% 이고, 2015 년에는 45% 로늘어날것으로예상 - 멀티코어프로세서가현재단말기제조업체들과반도체벤더들에게마케팅측면과기술적측면모두에서중요한차별화요소가되어감에따라비율이급증할전망 - ARM 의 Cortex-A9, Cortex-A15 와퀄컴의 Krait 아키텍처는스마트폰에서멀티코어프로세서의확산에기여할것으로기대됨 한편멀티코어프로세서는스탠드얼론애플리케이션프로세서 (AP) 와베이스밴드통합애플리케이션프로세서사이의경쟁을다시촉발할것으로예상됨 24
베이스밴드애플리케이션프로세서칩셋 Qualcomm, ST-Ericsson 통신모듈 스탠드얼론애플리케이션프로세서칩셋 Apple, 삼성전자, nvidia, Texas Instruments, Freescale, Marvell 등 CPU 칩제조 CPU 칩설계 ARM, Intel AMD 등 GPU 칩제조 GPU 칩설계 Imagination Technologies, nvidia 등 비디오코덱프로세서 오디오프로세서 이미지프로세서 기타디바이스프로세서 < 자료 >: NIPA 정리 ( 그림 4) 모바일애플리케이션프로세서칩셋시장의구분 - 베이스밴드는통신기능을담당하는모듈이며, 스탠드얼론과베이스밴드통합의차이는 AP 와통신기능을통합했는지의여부에달려있음 - 현재싱글코어애플리케이션프로세서의경우는베이스밴드통합제품들이시장을지배하고있음 - 2011 년전체듀얼코어스마트폰중베이스밴드통합 AP 의비중은약 3 분의 1 정도로당분간은스탠드얼론듀얼코어 AP 벤더들의강세가예상되지만, 향후에는싱글코어시장과마찬가지로베이스밴드통합 AP 의비중이더높아질것으로예상됨 - 퀄컴과 ST-Ericsson 은현재베이스밴드통합멀티코어애플리케이션프로세서를제공할수있는유일한벤더들 모바일칩셋의멀티코어경쟁에대해일각에서는우려의목소리를제기 - 단순한이메일, 텍스트, 기본웹브라우징등은현재의싱글코어스마트폰으로도매우잘처리할수있으며, 멀티코어는사실상필요하지않다는것 - 멀티코어칩개발계획을발표하더라도생산까지는시간이걸리며제조업체가이용할수있으려면추가로시간이필요하기때문에듀얼코어를넘는쿼드코어가시장의이슈가되는것은소비자들에게아무런도움이안된다는주장 3D 게임및 HD 비디오등고사양애플리케이션의원활한이용을위해서는 CPU 수의증가보다는 GPU 의증가및최적화가필요하다는지적도있음 - 일반적으로 3D 처리는 CPU 에서먼저연산을한후 GPU 에렌더링해야할데이터를넘겨주면, GPU 가이를받아디스플레이에출력하는과정을거치게됨 25
450% 400% 350% 300% 250% 200% 150% 100% 50% 0 388% 초당프레임률 1.6 배향상 239% 209% 196% 100% NVIDIA Tegra 2 NVIDIA Tegra 2 DroidX GalaxyS Nexus One ( 듀얼코어 ) ( 싱글코어 ) (OMAP 3630) (SSPC 110) (QSD 8250) * 게임성능비교 ( 인터넷스트리밍오디오와파일다운로드동시실행 ) < 자료 >: NIPA 정리 ( 그림 4) Tegra2 듀얼코어의게임성능향상벤치마크 - 이과정에서 CPU 나 GPU 중어느한쪽의성능이낮다면다른한쪽은그에맞춰성능을최대한발휘하지못하고대기상태에처하게됨 - nvidia 의자료에따르면멀티스레드지원으로듀얼코어를모두사용하는게임의경우, 싱글코어로게임을이용했을때보다프레임비율이 2 배이상증가한것으로나타남 - GPU 에서게임을더빠르게돌릴수있는 3D 성능이남아있더라도싱글코어 CPU 로는 GPU 성능을최대로이끌어내지못하기때문에 GPU 작동이대기상태에처하게되므로프레임비율이낮아진다는것 - nvidia 의데이터는듀얼코어가 3D 게임을보다원활히구동할수있음을보여주지만, 넓게해석하면 CPU 의증가가다른프로세서의증가와맞물려야한다는것을보여줌 - CPU 의수만늘린다고처리속도가빨라지는것은아니며, 다른프로세서의처리능력이뒷받침되지않으면멀티코어는자칫컴퓨팅자원의낭비로귀결될수도있음 - 따라서멀티코어가의미하는것은 CPU 외에 GPU 등다른프로세서들의개발도보조를맞추어야한다는것이며, 이들사이의최적화가이루어졌을때비로소모바일컴퓨팅의역량을극대화할수있다는것 - nvidia 의차기칩셋인 Tegra3 의경우쿼드코어 CPU 와함께 GPU 는 12 개를탑재한다는계획을가지고있음 - 퀄컴은자체설계한멀티코어 GPU 를통해앞서치고나간 nvidia 를따라잡는다는계획이며, 삼성전자, ST-Ericsson, TI 등도그래픽프로세서를강화할것으로예상됨 - 이와함께 ARM 이현재그래픽코어기술라이선스영역에서오랜동안선두를유지하고 26
있는 Imagination Technologies 와경쟁을선언한것도주목할만한사건 - ARM 은그래픽관련자체지적재산권을가지고있는않은칩셋벤더들에게 ARM 의칩설계를라이선스해줄때 GPU 라이선스도포함시키기로결정 - Imagination Technologies 는 ARM 은물론인텔의 Atom 프로세서와결합한 GPU 라이선스에서독보적인기업이며, ARM 은상대적으로신생플레이어이지만향후시장경쟁의전개를지켜볼필요가있음 - 인텔역시 nvidia 나퀄컴, ARM 의 GPU 강화행보에대응하기위해보다그래픽지향적인설계노력을시장에어필할필요가있음 모바일칩셋시장에서멀티코어경쟁이시작된것은단순한 CPU 수의경쟁이아닌최고의성능을구현하기위한조합능력의경쟁이시작되었음을의미 - 애플리케이션프로세서칩셋벤더들은거의대부분 ARM 의아키텍처를라이선스하고있지만제품개발방향과전략은매우다양한양상을보이고있음 - 본질적으로스마트폰이나슈퍼컴퓨터혹은그사이의어떤컴퓨팅기기에더적합한아키텍처는없다고할수있음 - 대부분의 ARM 프로세서가무선기기의저전력업무에맞게설계되었고, 대부분의 x86 프로세서가고성능애플리케이션에더적합한것은일견사실이나이것은구현방법의결정에따른결과이지구조적인장점의결과는아님 - x86 과 ARM 아키텍처모두전력- 성능조합의스펙트럼상에존재하는모든기기에사용될수있음 - 인텔은 3 년전에모바일기기용 Atom 프로세서를공개하였으며 3 세대제품인 Medfield 공개를앞두고있는데, 현재샘플링단계로아직많은것이발표되진않았지만 Medfield 는일부스마트폰 OEM 업체의고개를돌리게만들고있다는후문 - 퀄컴역시 AMD 인수를통해코드명 Bobcat 으로더작은코어의 x86 설계를하고있으며, 1 세대제품이현재출시된상태이고이를탑재한 Ontario 는동급기기와비교할때인상적인시각적경험을제공 - 서버와워크스테이션시장도처음부터 x86 프로세서가지배한것은아니며 90 년대초까지도 x86 은 RISC 프로세서가지배하던시장에는저급한것으로평가받았음 - 인텔은 90 년대의대부분을문제해결에투자하였으며그결과오늘날에는몇몇 RISC 아키텍처만이시장에남아있을뿐 - 칩셋시장의역사는어떠한프로세서아키텍처도이론적으로는모든시장에적용가능하며, 27
비록그적용이어렵다하더라도일단이루어지고나면그후에는가장우수한칩셋이시장에서승리하게된다는것 - 인텔이칩설계부문에서 ARM 과경쟁구도를형성하게된다면, 칩셋제조벤더들은더욱향상된프로세서경쟁을벌일수있는환경을맞이하게될수도있을것임 - 그위에 GPU 및여타디바이스프로세서들과의조합능력이누가더우수한가에따라애플리케이션프로세서시장의승자와패자가갈리게될전망 다양한칩셋의등장은다양한기기의등장을의미하며이는스마트기기환경이더욱풍성해질수있는여건이마련된다는것을의미 - 많은칩셋벤더들이이미 GPU 통합에대해다양한경로를선택하고있으며, 서로다른컴포넌트를애플리케이션프로세서및이를둘러싼칩셋에통합하고있음 - 이러한칩셋벤더들의행보는속도, 통신성능, 배터리수명등에있어매우다른특성의칩셋개발로이어질것이며, 이는다시디바이스제조업체들에게매우폭넓은선택지를제공하게될것임 - 같은스크린크기와같은운영체제를운영하는기기들내에서도칩셋선택에따라성능상에큰차이가있을수있으며, 이는 2011 년이후스마트폰과태블릿기기시장의경쟁을더욱흥미롭게만드는요인으로작용 - 사용자들도기기를코어의수가아니라전체적인성능, 요구되는기능성, 그리고트레이드오프관계의요소들중선호하는요소 ( 예를들어배터리수명, 화면크기, 가격, 용도등 ) 가구매결정에영향을미칠것으로보임 - 멀티코어경쟁은종종스마트폰과태블릿같은모바일스마트기기들이결국 PC 시장을대체할것이며 PC 시장의종말을촉진할것이라는전망으로이어지곤함 - 그러나 CPU 개수의관점에서 PC 와모바일기기를경쟁구도에서바라보는것보다는다양한칩셋유형에따른다양한기기의등장이라는관점에서바라보는것이전체컴퓨팅기기시장의발전및소비자의스마트기기경험향상에도도움이될것임 모바일칩셋시장에서코어전쟁은이제막시작단계이며, 코어전쟁은 CPU 개수의경쟁이아닌늘어난 CPU 성능활용의극대화를위한 GPU 등여타컴포넌트의동반발전과이들모두를아우르는칩셋설계능력의경쟁으로이어질때비로소시장발전에기여할수있음 28