스마트폰은 손바닥 안의 작은 PC와도 같다. 기존 휴대폰이 단순히 전화 통화와 문자 메시지 송수신을 주 기능으로 한다면, 스마트폰에서 전화 기능은 어찌 보면 기기가 가진 기능 중 하나일 뿐이다. 그만큼 다양한 용도로 쓰이기 때문에 PC만큼은 아니더라도 기존 휴대폰과 비교할 수 없는 하드웨어적, 소프트웨어적 성능이 필요하다. 이 중 하드웨어적 핵심은 CPU다. 스마트폰에는 어떤 CPU가 들어갈까? 어떤 특징을 갖고 있을까? PC사랑과 함께 스마트폰 CPU에 대해 알아보자.
저전력 소모, 소형화에 유리한 ARM 코어
iOS, 안드로이드, 심비안, 윈도우 모바일, 스마트폰을 구동하는 운영체제들이다. 이렇게 스마트폰은 다양한 운영체제로 작동하지만 이것들은 모두 ARM 코어 기반 아키텍처를 적용한 CPU를 탑재하고 있다.
ARM(Advanced RISC Machine)은 영국 Arcon사에서 만든 CPU 이름이다. RISC 프로세서로 구조가 비교적 간단해 소형화할 수 있고 생산 단가가 낮다. 현재 스마트폰 프로세서 시장의 90%를 차지할 정도로 점유율이 높다.
Arcon사는 ARM 칩을 직접 생산하지 않는다. 코어 라이선스를 판매하고, 이를 사들인 각 제조사가 프로세서를 직접 만든다. 그래서 같은 ARM 프로세서라 해도 삼성, 퀄컴, TI, 애플, 엔비디아, 브로드콤, 프리스케일 등 누가 만들었는가에 따라 설계나 제조 공정 등 세부 재원이 조금씩 다르다.
지난해까지 저가 스마트폰에는 주로 ARMv6 기반 프로세서가 들어갔다. 주 시장에 쓰인 프로세서는 ARMv7 기반 Cortex-A8 코어다. 수퍼스칼라 아키텍처 및 통합 L2캐시, 13스테이지 파이프라인, 멀티미디어 지원 기능인 NEON이 들어갔다. 올해도 역시 ARMv7 기반 프로세서가 주류를 이룰 전망이다. Cortex-A9, Cortex-A10을 비롯해 Cortex-A9 코어의 듀얼 모델인 엔비디아 테그라(Tegra) 250 등이 그것이다. 현재 테그라 250은 LG 옵티머스 2X에 탑재되어 있다.
스마트폰용 CPU라고 PC에 쓰는 CPU와 달리 볼 까닭은 없다. 저전력 소모와 소형화를 해결했다면 CPU 클럭 속도, GPU, 코어 수, 공정 집적도에 따라 나눈다.
스마트폰 성능 결정 요소 - CPU와 GPU
지난 해 출시된 스마트폰에는 보통 1GHz로 작동하는 CPU가 고급 모델에, 527~800MHz로 작동하는 CPU가 보급 모델에 들어갔다. 올해 출시될 모델에는 작동 클럭 1GHz에 코어 개수 2개 이상인 CPU가 들어갈 예정이다.
클럭은 높을수록 좋다. 하지만 클럭이 높아지면 그만큼 전력 소모량도 늘어난다. 이것은 곧 스마트폰 이용 시간 감소로 이어지므로 클럭과 전력 소모량 사이의 타협점을 찾는 게 중요하다. 이런 방법 중 하나가 멀티 코어다.
멀티 코어를 적용하면 클럭을 높이지 않고도 처리 속도를 높일 수 있으므로 전력 소모를 줄이는데 유리하다. 코어 개수만큼 전력 소모량이 늘어나지만 코어 클럭을 높이는 것보다 효율적이다. 1GHz 클럭을 갖는 CPU가 나오는 시점부터 멀티 코어를 도입하기 시작해 올 한 해 듀얼 코어 CPU를 탑재한 스마트폰이 많이 출시될 전망이다. 또 하반기 이후 쿼드 코어 출시도 점쳐지고 있다.
스마트폰 CPU에는 GPU가 포함되어 있다. 멀티미디어 기능을 널리 쓰는 탓에 GPU 성능 요구가 제법 큰 비중을 차지한다. 특히 3D 게임 이용이 많다면 CPU 성능보다 GPU 성능이 우선이다.
이를테면 지난 해 HTC 디자이어 HD 등을 통해 널리 쓰였던 MSM8255는 1GHz로 동작하는 고성능 CPU였지만 GPU성능은 상대적으로 낮은 Adreno 200이었다. 이 탓에 MSM8255 탑재 스마트폰은 더 낮은 800MHz 클럭으로 작동하는 TI OMAP3430 탑재 스마트폰보다 3D 게임 등 실행 속도가 낮았다. 참고로 TI OMAP3430에는 PowerVR SGX530 GPU가 들어갔다.
올해 출시 제품은 45nm 이하 공정으로 제작
소형화와 저 전력 소모를 위해서 공정 미세화는 필수. 휴대폰에서 전력 소모의 주범은 LCD였지만 스마트폰은 CPU도 만만치 않기 때문이다. 지난 해 출시된 스냅드래곤 1세대까지는 65nm 공정으로 만들어졌다. 올해에는 보다 미세한 공정을 도입한 제품이 나올 예정이다. 올해 출시 예정인 제품은 대부분 45nm 혹은 그보다 세밀한 공정으로 만들어진다. 공정 미세화에 따라 CPU 크기는 34%, 전력 소모량은 40% 정도 줄어들 것이라고 한다. 45nm 공정이 도입되면 같은 성능임에도 전력 소모량이 더 적고 제작단가도 저렴해질 전망이다.
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