날이 갈수록 스마트폰 성능은 끝을 모르고 발전하고 있다. 모바일 전용 FPS 게임 ‘모던 컴뱃4’ 등의 게임을 부드럽게 구동하는 것을 보고 있으면 휴대폰용 게임이라고는 믿기지 않는 멋진 그래픽에 깜짝 놀랄 정도이다. 손바닥 남짓한 스마트폰이 이런 게임을 구동할 수 있는것은 스마트폰의 두뇌 역할을 하는 AP 덕분이다. 모바일 AP의 종류에 대해 알아보자.
CISC, RISC
프로세서가 일을 처리하는 과정은 다음과 같다. 명령어를 주기억 장치에서 꺼내오고, 해석하고, 연산하고, 결과를 다시 주기억 장치로 옮긴다. 여기서 명령어 숫자가 많으면 복잡하게 해석하여 적절한 순서를 찾아내어일할 수 있으며, 일을 시키는 사람 입장에서도 편할 것이다. 자주 가는 김밥천국을 예로 들어보자. “이모님 여기 라면 1인분 주문이요!” 그럼 별다른 말없이 이모님이 금방 라면을 가져올 것이다. 또는 복잡한 주문을 하는 경우도 있다. “이모님 여기 라면 1인분에 계란 빼서 끓여주시고 참치 김밥 두 줄과 라볶이에 치즈 올려 주세요!” 이것은 주문이 앞에 들었던 예시에 비해 더욱 복잡해지고 길어졌다. 물론 이모님은 적절하게 해석해서 가져오겠지만 음식을 주문한 종류가 많은 만큼 음식이 나오는 수행시간은 더욱 길어질 것이다. 대신 우리가 주문하는 것 자체는 그다지 어렵지 않다. 이것이 CISC의 개념이다. RISC의 개념은 이와 정반대이다. 명령어의 길이가 같고 수행시간도 같고 명령어 간에 큰 차이가 나지 않는다. 이모님에게 라면을 하나 주문하는 간단한 작업을 예로 들어 보자. 앞으로 한발, 앞으로 한발, 우로 돌아, 허리 숙여, (라면 주문서)집어, 허리들어, 우로 돌아, 앞으로 한발, 앞으로 한발(주방), 허리 숙여, (냄비 손잡이) 잡아, 올려, (가스렌지에)놓아. 이렇게 일일이 말해줘야 하는 것이 RISC의 개념이다. 명령은 짧고 간단하지만, 라면을 주문하는 사람은 죽을 맛이 된다. 대신 RISC는 CISC에 비해 실행 속도가 빠르다. 명령어가 단순하고 적게 쓰이니 명령어를 구현하기 위한 하드웨어도 단순하고 그 덕분에 저렴하게 만들 수 있다. 또한 CISC에 비해 전력 소모가 낮은 것도 장점이다. 대표적인 CISC 프로세서로는 인텔, AMD, VIA의 x86 기반 CPU(일반 PC에 쓰이는 CPU), RISC 프로세서로는 ARM 계열 프로세서가 있다. ARM 계열 프로세서는 이번에 설명할 스마트폰 AP의 근간이 된다.
CISC 기반 프로세서와 RISC 기반 프로세서는 강점을 보이는 분야가 다르다.
ARM
대표적인 RISC 아키텍처 제조사이다. 회사명 ARM의 뜻은 ‘Advanced RISC Machine’으로 말 그대로 진보된 RISC 머신을 만든다고 해석하면 된다. ARM은 인텔과 다르게 실제로 CPU를 만들지는 않는다. 아키텍처 제조사인 만큼 ARM은 ‘칩 구조를 설계하는 것’까지만 한다. 더 쉽게 말하면 설계도를 만들어 파는 것이다. 퀄컴, 엔비디아, 삼성, 애플 등의 기업에서 설계도를 사와서 각자 특성에 맞게 프로세서를 만든다. 이렇게 만들어진 프로세서가 AP이다. AP는 SoC(System on chip)의 구조로 CPU, GPU, 노스브릿지, 사우스브릿지의 기능이 칩 하나에 모두 통합되어 있다. ARM은 아키텍처의 버전에 따라 뒤에 숫자 네이밍을 붙여 구분했다. 버전에 따라 ‘ARM v3, ARM v4, ARM v5, ARM v6, ARM v7’ 이런 순으로 쭉 올라간다. ARM은 v7 버전부터 숫자 네이밍을 버리고 제품의 라인업을 바꾸게 된다. ‘Cortex’ 시리즈를 새로 만들게 된 것이다. Cortex는 Arm v7 아키텍처를 베이스로 삼아 응용한 아키텍처이다. 용도에 따라Cortex A/R/M 등 3종류로 나눠 발매했는데, 스마트폰은 Cortex A 라인업의 제품을 사용하게 된다. Cortex-a8 기반의 프로세서들은 우리에게 매우 친숙하다. 갤럭시S1의 허밍버드, 아이폰3GS의 S5PC100 등은 모두 Coretex-a8 기반이다. 그런데 Cortex가 개발이 끝나지도 않았는데, Cortex의 근간이 되는 Arm v7 아키텍처를 먼저 가져가 다른 제조사보다 빨리 AP를 내놓은 곳이 있다. 퀄컴의 스냅드래곤이다.
스냅드래곤
스냅드래곤은 퀄컴에서 개발한 모바일 AP이다. 퀄컴은 타 제조사보다 빨리 시장을 석권하겠다는 야망을 지니고 스냅드래곤을 출시했다. 또한 통신칩 사업은 제조사 퀄컴의 전문분야였기 때문에 AP에 통신칩을 결합시켜 면적을 줄이고 배터리 사용시간에서도 경쟁력을 발휘했다. 그렇게 출시된 스냅드래곤의 초기 제품군은 클럭이1Ghz로, 발매 당시 모바일 CPU 중에서 가장 높은 속도를 자랑했다. 그러나 압도적인 고클럭과는 달리 실제 작동 속도와 연관되는 정수연산 속도가 낮아 Cortex-a8 기반 cpu에 비해 클럭 대비 낮은 성능으로 아쉬움을 샀다. 하지만 최근 스냅드래곤은 그렇지 않다. 최근 고 사양을 자랑하는 플래그쉽 스마트폰을 보면, 스냅드래곤 프로세서가 들어가 있는 것을 볼 수 있다. 이유인즉슨 스냅드래곤 4세대로 오면서 과거 1,2,3세대를 담당했던 ‘스콜피온’ 아키텍처에서 ‘크레이트’ 아키텍처로 변화하여 코어의 순수 성능이 올라갔다. 또한 GPU 성능도 대폭 강화됐다. 스냅드래곤 S4 프로에 장착된 GPU ‘아드레노 320’은 객관적인 벤치마크에서 화려한 성능을 자랑한다.
엑시노스
엑시노스는 삼성이 개발하는 모바일 AP의 브랜드명이다. 본 뜻은 그리스어로 ‘Smart(Exypnos)’와 ‘Green(Prasinos)’의 의미를 담은 합성어이다. 엑시노스는 엑시노스3110, 엑시노스 4210처럼 뒤에 넘버링이 붙는다. 삼성 안드로이드 스마트폰 최초의 플래그쉽 모델 갤럭시S에는 oretex-a8 기반으로 만들어진 엑시노스3110 AP가 탑재됐다. 처음에는 허밍버드로 불렸던 엑시노스3110은 정수연산, GPU에서 경쟁사 AP보다 우위를 점했고, GPU도 ‘PowerVG SGX540’을 채택해 고성능으로 ‘싱글코어의 끝판왕’이라는 명예로운 별명을 얻었다. 이어서 나온 Coretex-a9 기반의 엑시노스 4210은 갤럭시S의 후속작 갤럭시S2에 탑재되어 경쟁제품을 압도하는 성능으로 근 일년간 최강의 AP 자리를 차지했다. 그렇게 갤럭시S2는 오랫동안 최강의 위치에서 내려오지 않았고, 그만큼 후속작에 더해지는 기대는 압도적이였다. 그리고 후속으로 출시된 갤럭시S3에는 엑시노스 4412가 탑재되었는데, 성능 면에서 타사 상위 기종에 사용되는 스냅드래곤 S4 프로에 비해 조금 떨어진다. 하지만 그대로 있을 삼성이 아니다. 이번 CES2013에서 삼성은 엑시노스5 옥타 코어를 공개했다. 엑시노스5 옥타 코어의 눈여겨 볼 점으로는, Cortex-a15 쿼드 코어와 Cortex-a7 쿼드 코어를 한 AP 안에 같이 넣은 ‘빅리틀’ 구조이다. Cortexa7은 저 전력에 매우 작은 크기를 지니고 있고, 1.2Ghz 클럭으로 동작하며 28nm 공정으로 만들어졌다. 또한 메인이 되는 Cortex-a15 프로세서는 1.8Ghz으로 동작한다. Cortex-a15 프로세서 역시 28nm 공정으로 만들어졌다. 이렇게 쿼드코어끼리 만나 옥타코어가 되었는데, 장점은 상황에 따라 코어를 섞어 사용함으로써 전력을 감소시킬 수 있다.
테그라3는 4+1 코어 구조를 지니고 있다.
테그라
우리에게 친숙한 그래픽카드 제조사 엔비디아가 내놓은 AP가 테그라이다. LG전자의 옵티머스2X가 ‘세계 최초의 듀얼코어 스마트폰’이라는 타이틀을 달고 나올 당시 테그라2를 장착하고 나왔다. 당시 테그라2는 Cortex-A9 기반으로 출시되었는데, 화려한 성능과는 다르게 엉뚱한 곳에서 아쉬움을 샀다. 테그라2는 AP 내의 하드웨어 코덱이 지원하는 포맷이 한정되어 나왔던 것이다. 쉽게 말해 동영상이 잘 안돌아갔다. 스마트폰에서 동영상 재생이 차지하는 비중은 결코 적지 않다. 더군다나 이전 세대의 싱글코어 기반 스마트폰들보다 동영상 재생에 약한 모습을 보여 테그라 2는 많은 비난을 샀다. 하지만 실성능 자체로만 치면 스냅드래곤 3세대에도 그리 밀리지 않는 CPU이어서 그 안타까움은 더했다. 이어서 나온 테그라3는 전작의 실수를 만회하듯 동영상 재생의 불편함을없앴다. 특이사항으로는, 테그라3는 삼성의 엑시노스5 옥타코어의 ‘빅리틀’과 비슷한 개념의 CPU를 더 일찍 선보였다. 테그라3는 일반 쿼드코어에 ‘컴패니언 코어’로 명칭되는 하나의 서브코어가 더 붙어, 4+1코어의 형태를 지니고 있다. 이 컴패니언 코어는 저전력 저클럭의 코어로, AP에 오는 부하량이 낮을 때 컴패니언 코어만 사용해 전력소모를 61%까지 줄일수 있다. 현재는 테그라4가 출시 대기 중이며, Cortex-A15 기반의 1.9GHz 쿼드코어로 엄청난 성능을 내 줄 것으로 기대되고 있다.
OMAP
텍사스 인스트루먼트(이하 TI)에서 개발된 AP이다. OMAP은 ‘Open Multimedia Application Platform’의 줄임말이다. OMAP는 Cortex 아키텍처가 적용된 CPU와 PowerVR의 GPU 코어가 융합한 구조를 가지고 있다. 특히 TI의 비디오 DSP 기술이 탑재되어 멀티미디어, 특히 동영상 관련 성능이 뛰어난 것으로 평가받고 있다. MAP4460 같은 경우는 Cortex-a9 기반에 구글 레퍼런스 폰인 ‘갤럭시 넥서스’에 탑재될 정도로 좋은 AP이다. 그러나 개발을 포기했다는 이야기가 나오면서 현재 스마트폰 / 태블릿 용 AP개발은 정체된 상태이다. 그러나 기약 없는 작별은 아니다. 생각지도 못한 ‘커넥티드 카’ 부분에서 OMAP의 소식을 접할 수 있었다. CES 2013에서 선보인 아우디의 커넥티드 카에는 OMAP 5430을 AP로 사용할 예정이라 밝혔다.
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