Apple M1 Ultra, 묻고 더블로 가! Mac Studio

2022년 3월 8일, 애플 스페셜 이벤트는 충격의 연속이었습니다. 예상과 달랐던 아이폰 SE3, 생각도 안 했던 아이패드 에어 5세대 M1 탑재를 선보였습니다. 이어 M1과 M1 pro 사이의 성능인 M2를 발표할 것이라 기대했던 시청자들을 비웃듯 M1 Ultra를 선보였는데요, 이번 포스팅에선 M1의 간단한 역사와 함께 M1 Ultra를 통해 애플이 하고자 하는 게 무엇인지 다뤄봤습니다.

 

 

요약:
1. 애플은 철저한 맞춤 설계로 M1이란 괴물을 만들어 냈다.
2. 산업 구조상 인텔과 AMD는 애플과 같은 전략을 사용할 수 없다.
3. M1 Ultra는 M1 Max 개발단계에서 이미 계획된 것으로 보인다.
4. 결국 OOO을 잡는 기업이 미래를 잡는다.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

애플의 애플에 의한 애플을 위한 M1 칩

배짱으로 만든 애플 실리콘의 정수, M1

 

 

애플은 2020년 11월 11일, 애플 이벤트를 통해 Apple M 시리즈와 함께 MacBook Air를 발표했다. Intel(인텔), AMD와 달리 오직 애플 제품에서만 사용하기 위해 개발한 것이다. M1은 ARM의 big.LITTLE 기술을 채용한 CPU는 고성능 4 코어, 저전력 4 코어의 총 8 코어로 구성되었다.

 

 

경이로운 성능을 보여준 Apple M1 칩

 

 

빅리틀 구조란 고성능 코어와 저전력 코어를 함께 활용하는 것이다. CPU는 일반적으로 성능이 좋으면 많은 전력을 소모하고 발열이 발생한다. 따라서 전성비(성능/소비전력)가 떨어진 게 된다. 반대로 전력 소모가 적으면 발열이 줄어드는 대신 성능 또한 함께 떨어진다.

 

 

	M1[각주:1]	i7-11700K[각주:2]
Single-Core Score	1,750	1,692
Multi-Core Score	7,745	9,818
Frequncy (Turbo boost)	2.1 GHz (3.2 GHz)	3.6 GHz (5.0 GHz)
Cores	8	8
Fabrication Process	5 nm	14 nm
TDP[각주:3]	14 W	125 W

 

벤치마크 결과는 매우 놀라웠다. 더 늦은 21년 3월 공개한 인텔의 11세대 i7-11700K와 비교해보면 얼마나 대단한지 알 수 있다. 긱 벤치 5 멀티 코어 점수에선 약 2,000 정도의 차이를 보였으나 싱글 코어 점수는 1,750로 1,692의 i7-11700K보다 더 높은 것을 볼 수 있다. 이는 더 낮은 frequncy와 거의 10배나 낮은 TDP를 감안한 다면 이긴 거나 다름이 없다. 성능과 전성비를 모두 잡은 괴물인 것이다. 

 

 

 

 

인텔과 AMD는 왜 못 만드는 것일까?

먹이 사슬의 정점 인텔, 먹이 사슬을 끊은 애플

 

 

결론부터 말하자면 안 만드는 것이다. 서두에 언급했듯 M1은 오로지 애플만을 위해 만들어진 것이다. 인텔과 AMD는 전 세계 회사를 상대로 판매를 한다. 이는 메인보드를 비롯하여 그래픽 카드, RAM 등의 부품과 그것을 담아내는 케이스까지 규격화된 틀 안에서 설계하게 된다. 부품 중 하나인 CPU를 만드는 회사가 이 모든 것을 바꾸기란 쉽지 않다.

 

 

2017년 AMD가 Ryzen을 발표하면서 인텔의 독주가 무너졌다.(출처:cpubenchmark.net)

 

 

규격화는 같은 산업 안에 있는 여러 회사의 분업을 통한 원가 절감이란 큰 장점을 지닌다. 연구개발비를 절약하며 서로의 부품을 한대 모아 최고의 성능을 내기 위해 노력하는 것이다. 하지만 PC 성능에서 가장 중요한 것은 CPU다. 결국 CPU가 명령어를 처리해 실행하기 때문이다. 따라서 CPU를 생산하는 회사의 입김이 가장 클 수밖에 없는 불평등 구조가 발생한다.

 

인텔은 먹이사슬의 가장 상단에 존재한다. 애플마저도 노트북 시장에선 맥북에 인텔 CPU를 사용하며 먹이 사슬 아래 있었다. AMD가 Ryzen을 발표하기 전까지 이 구조는 계속 유지되어 왔다. AMD는 더 낮은 가격에 인텔의 고성능 CPU에 버금가는 성능을 보이며 균형을 무너뜨렸다.

 

독주체제를 이용해 소켓 장사를 하던 인텔에게 질린 소비자들은 성능까지 당연히 좋아진 AMD를 선택하기 시작했다.^[각주:4] Ryzen 3세대의 인기에 힘입어 2020년 드디어 인텔을 따라잡기에 이른다.^[각주:5] 하지만, AMD도 결국 규격화의 한계에서 벗어나진 못한다.

 

애플은 사실 틈틈이 AP 제작에 힘써왔다. 아이폰 초기작은 삼성전자의 AP인 엑시노스를 공급받아 사용해왔다. 여기서 독립을 원했던 애플은 저전력 프로세서 생산으로 유명한 P..A. 반도체를 인수해 A4, A5 칩을 개발한다. A5가 아이폰4s, iPad2 그리고 iPad mini에 까지 들어가며 기술의 먹이사슬에서 완전한 독립을 알렸다.

 

 

 

 

 

 

 

 

하드웨어 회사 + 소프트웨어 회사 = 애플

애플 만들수록 이익이고, 다른 회사는 만들 수록 손해인 이유

 

 

뿐만 아니라 애플은 소프트웨어도 직접 개발한다. 일반적인 제조업체 입장에선 하드웨어를 만드는 회사와 소프트웨어를 만드는 회사가 다르고, 또 하드웨어 회사들끼리도 서로 기술을 조율해야 하기 때문에 제약이 많다.^[각주:6] 그러다 보니 최고의 기술이 모여도 최적화가 힘들어 성능을 낼 수 없는 것이다.

 

하지만 애플은 필요하다 싶으면 넣어버리고, 필요 없는 것은 자리를 옮겨버리면 그만이다. 하드웨어가 부족하면 소프트웨어를 업그레이드시키면 되고, 소프트웨어가 부족하면 하드웨어를 업그레이드 시키면 된다. 애플이 만든 소프트웨어는 애플이 만든 하드웨어가 뭘 할지 정확하게 계산하기 때문에 최적의 성능을 뽑아낼 수 있는 것이다.

 

이런 차이가 인텔, AMD 같은 회사가 똑같은 빅리틀 구조의 칩을 계발해도 애플만큼의 성능을 낼 수 없는 이유다. 하지만 차이점은 이뿐만이 아니다. 

 

인텔의 경우 모바일용, 랩탑용, 데스크톱용 그리고 서버용에 이르기까지 많은 라인업이 존재한다. 이는 반대로 말하면 각각의 칩 설계를 따로 해야 한다는 것이고, 생산을 맡은 파운더리 회사 입장에선 다품종 소량생산으로 생산단가가 상승하게 된다. 개발비와 생산비 모두가 올라가게 되는 비효율이 발생하는 것이다. 결국 새로운 제품을 더 높은 가격에 팔지 않는다면 만들수록 손해가 발생하게 된다.

 

 

아이폰 13 시리즈와 함께 아이폰 SE 3가 A15 bionic 칩을 공유하게 되었다.

 

 

애플의 상황은 전혀 다르다. 애플은 이번 이벤트에서 아이폰 SE 3에 아이폰 13 시리즈의 A15 bionic을 적용했다. 느낌이 오는가? 현재 A15 bionic을 사용하는 기기가 2억 5천대가 넘는다. 여기에 아이폰 SE 3까지 가세한 것이다. 필자도 처음엔 단가를 생각하여 아이폰 SE 3엔 A14가 들어갈 줄 알았다.

 

하지만 애플은 충분히 팔린 아이폰 13 시리즈의 연장선상으로 A15를 탑재하였다. 이를 통해 생산라인의 큰 변화 없이 추가 생산이 가능해지고 이는 오히려 생산 단가를 낮추는 효과를 지니게 되는 것이다. 만들면 만들수록 이익이 발생하는 것이다.

 

애플은 이 전략을 모바일 기기를 넘어 데스크탑 및 전문 장비까지 확장한다. 그것도 괴물같던 M1을 이상한 발상으로 구현하여 괴랄한 제품을 선보였다. 그것이 M1 Ultra다.

 

 

 

 

 

 

따라올 테면 따라와 봐, M1 성능 뻥튀기

 

 

 

CPU의 성능은 '한정된 공간에 얼마나 많은 트랜지스터(Transistor)를 넣을 수 있는 가'에 달렸다. 이 트랜지스터들이 데이터 연산과 저장을 하기 때문이다. 따라서 트랜지스터의 사이를 작게 만든 다는 것은 더 많은 트랜지스터를 넣을 수 있다는 말이다. 그래서 많은 기업들이 새로운 칩을 소개할 때 트랜지스터의 사이를 뜻하는 5nm 공정을 사용했다고 하는 것이다.

 

애플의 M1은 5nm 공정을 사용한 최초의 PC용 칩이다. 크기는 줄이는 것은 매우 어려운 일이고, 더 세밀해진 만큼 불량률 또한 올라가기 때문이다. 반도체 특성상 단 한 군데라도 불량이 발생하면 모두 버려야 하기 때문에 수율 또한 떨어진다. 따라서 애플은 공정의 크기를 줄이지 않고 칩의 크기를 늘려버리는 기행을 벌렸다.

 

 

M1, M1 Pro, M1 Max, 그리고 이제 M1 Ultra까지 급격하게 커진 칩의 크기를 볼 수 있다. (출처:애플 뉴스룸)

 

 

이는 앞서 언급했듯 애플이 제품 설계에 있어 모든 것을 직접 하기 때문에 가능한 부분이다. 애플과 다른 제조사의 '한정된 공간'이란 뜻 자체가 다르다. 또한 SoC(system on chip)란 것이 CPU 뿐만 아니라 GPU, NPU에 이르기까지 관장하다 보니 UMA(Unified Memory Architechture)를 적용하여 모든 하드웨어의 메모리를 통합해 버렸다.

 

일반적으로 메모리는 CPU, GPU, NPU 등 따로 존재한다. 각자 데이터를 따로 처리하다 보니 중복되는 데이터 전송과 전달상의 딜레이가 발생하는 것이다. UMA는 이런 비효율을 모두 제거하여 SoC가 더욱 빠른 속도를 낼 수 있도록 돕는 것이다.

 

애플은 정된 땅(칩)안에 용적율(더 세밀한 공정)을 늘려 집(트랜지스터)을 짓지 않고, 그냥 땅(칩)의 크기를 늘리며 더 많은 집(트랜지스터)을 지었다. 그렇게 M1의 성능을 뻥튀기한 것이 M1 pro와 M1 Max다. 따라서 낮아진 생산비로 M1 pro가 탑재된 14인치 맥북 프로는 단돈 269만 원밖에 하지 않는다.

 

269만 원이 비싸다고 느껴지는가? 같은 성능을 내던 장비들이 천 만원대 였다는 것을 알고 나면 전혀 다르게 느껴질 것이다. 그런데 이번엔 M1 Max를 뻥튀기했다.

 

M1 Max + M1 Max + Ultra fusion = M1 Ultra

CPU 2개를 붙여버리는 말도 안 되는 발상으로 M1 Max를 탄생시킨 것이다. 눈썰미가 좋은 사람은 지난 M1 Max 발표 때 눈치챘을 것이다. M1 Max 상단부를 보면 이를 염두에 둔 듯 연결 부위가 존재한다. 사실 이 방법은 AMD가 Infinity Fabric이란 기술로 먼저 선보였다. 하지만, 대역폭 문제가 있어 오히려 성능이 저하되는 현상이 발생했다. 애플은 Ultra fusion이란 기술로 이를 극복했다.

 

		M1 Ultra	M1 Max	M1 Pro
CPU	고성능	16 코어	8 코어	6/8 코어
	저전력	4 코어	2 코어	2 코어
	시스템 캐시	128 MB	64 MB	32 MB
GPU		48/64 코어	24/32 코어	14/16 코어
NPU		32 코어	16 코어	16 코어
메모리		128-bit 옥타 채널(1,024-bit) LPDDR5 64/128 GB 3,200 MHz	128-bit 쿼드 채널(512-bit) LPDDR5 32/64 GB 3,200 MHz	128-bit 듀얼 채널(256-bit) LPDDR5 16/32 GB 3,200 MHz
	대역폭	819.2 GB/s, 6,400 MT/s	409.6 GB/s, 6,400 MT/s	204.8 GB/s, 6,400 MT/s

 

Ultra fusion에 대한 기술적 설명은 없으나 이를 통해 두 프로세서간 대역폭을 2.5 TB/s라는 말도 안 되는 성과를 보였다. 이는 초당 10,000개 이상의 신호를 주고받을 수 있는 수치로 하나의 CPU로 봐도 무방한 수준이다. 이로써 코어 수도 고성능 16개와 저전력 4개를 합친 20 코어로 늘어났다. 그렇다면 성능은 어떨까?

 

 

 

 

 

 

그래서 성능은? MAC Studio를 봐

인텔 i9-12900K, NVIDIA RTX 3090 보다 좋아

 

 

애플은 이 괴랄한 칩을 새롭게 발표한 MAC Studio란 제품에 집어넣었다. 절대적으로 전문가를 위해 발표된 제품으로 8K ProRes 422^[각주:7] 동영상을 최대 18개 동시 스트림 재생할 수 있다.

 

 

M1 ultra는 NVIDA RTX 3090대비 200W 낮은 전력소모로 더 높은 성능을 보인다.(출처:애플 뉴스룸)

 

GPU 성능을 보면 납득이 된다. NVIDIA RTX 3090과 비교하면 더 높은 성능을 내는 것을 볼 수 있다. 가장 경악할만한 점은 200W나 더 낮은 전력을 소모한다는 것이다. 또한 현재 Mac Pro의 최고 사양인 Radeon Pro W6900보다 80% 더 빠르다.

 

 

M1 Ultra는 인텔 i9-12900K과 같은 전력 사용시 90%나 높은 성능을 보인다.(출처:애플 뉴스룸)

 

CPU의 성능 또한 괴물 같다. 동일한 16 코어 인텔 i9-12900K와 비교하면 100W 적은 전량으로 i9의 최대 성능을 보여주며, 같은 전력 사용 시 90%나 높은 성능을 보여주고 있다. 전력 소모량은 발열과 관련되므로 효율을 측정하는데 매우 중요한 척도다. (괜히 삼성전자가 갤럭시 S22 시리즈에서 GOS논란을 일으킨 것이 아니다.)

 

	M1 Ultra[각주:8] (APPLE)	Intel i9-12900K[각주:9] (Intel)	RYZEN Threadipper 3990X[각주:10] (AMD)
고성능 코어수	16	16	64
Single-core Score	1,793	1,996	1,214
Multi-core Score	24,055	17,201	25,166

 

벤치마크 5의 결과를 봐도 마찬가지다. 싱글 코어 점수에서 i9-12900K에 비해 100점 정도 낮지만 멀티 코어 점수에서 6,000점 정도 높은 것을 알 수 있다. 심지어 64 코어의 Ryzen Threadipper 3990X(이하 3990X)과 비교하면 거의 대등한 성능을 보여준다. 전성비를 생각한다면 3990X의 패배와 다름없다.

 

 

Mac Studio의 대부분을 냉각 시스템이 차지하고 있다. M1 Max가 쿨러 없이 보여줬던 성능을 생각해보면, 쿨러와 함께한 M1 Ultra의 성능은 경이로울 것으로 보인다.

 

Mac Studio의 디자인에서 쓰로틀링에 대한 자신감도 엿보인다. 기존 Mac mini에 2배에 달하는 크기를 냉각 시스템으로 설계했기 때문이다. M1 Max가 맥북 수준에서 발열이 거의 없던 것을 생각해 보면 Mac Stdio는 굉장히 쾌적한 편집 환경을 제공할 것으로 기대된다.

 

 

 

 

 

 

결론

전장의 지배자 애플

 

 

모든 과학의 발달은 아이러니하게도 전쟁을 통해 발전한다.^[각주:11] 그리고 그 속에서 진정한 가치를 드러내는 제품들이 탄생한다. 대표적인 것이 1947년에 만들어져 지금까지 사용되는 AK-47 소총이다. 즉, 전쟁터가 곧 기술의 자웅을 겨루는 곳이다.

 

콘텐츠 홍수 시대에 전자기기의 전쟁터는 어디일까? 바로 미디어 및 IT 산업일 것이다. 그들이 사용하는 장비가 바로 전쟁터인 것이다. 따라서, 현업자들이 어떤 장비를 애용하는 지를 보면 미래의 승리자를 알 수 있다. 첫 번째 승리자는 Dolby다.

 

OTT 시대가 도래하며 그 힘은 더욱 커졌다. Dolby는 영화산업에 쓰이는 장비를 비롯하여 극장을 넘어 가정용 장비에 까지 서비스를 제공한다. Dolby atmos를 사용하는 전자기기도 수두룩하다. 그러다 보니 영화 종사자 입장에선 영화로 제작된 콘텐츠를 OTT로 쉽게 제작하기 위해선 dolby를 선택할 수밖에 없는 실정이다. 그 동맹에 LG전자가 있고, 애플이 있다.

 

 

 

애플 아이폰 13 pro max로 촬영한 박찬욱 감독의 '일장춘몽'(출처:애플 코리아 유튜브)

 

 

애플의 전략은 명확하다. Dolby와 마찬가지로 현업 종사자들이 선택할 수 밖에 없는 환경을 제공하고 있다. 일반 소비자 입장에선 이해되지 않겠지만 현업종사자 입장에선 그들이 원하는 성능을 매우 저렴한 가격에 제공한다. 기술엔 낙수효과가 분명하다. 아랫 등급으로 제공할 때 다운그레이드는 매우 쉽기 때문이다. 하지만, 애플은 대중에게도 같은 현업 종사와 비슷한 경험을 제공한다.

 

아이폰 13 시리즈는 제품의 기술과 일반 소비자의 Needs의 괴리감이 가장 컸던 제품이다. 하지만 전작인 아이폰 12 시리즈보다 높은 판매량을 보이며 애플의 생각이 맞았음을 보여주었다. 반대 의견을 갖은 소비자들은 박찬욱 감독이 아이폰 13 pro max로 제작한 영화를 보면서 애플의 기술력을 인정할 수밖에 없었을 것이다.

 

 

극강의 효율성을 바탕으로 애플 실리콘 생태계를 이룩했다.

 

 

Mac Studio, 아이폰 SE3 그리고 아이패드 에어 5세대는 애플이 더 큰 그림을 그리고 있음을 시사했다. 애플은 언제든지 플래그쉽 성능을 보급형에 넣을 수 있으며, 현업 전문가 장비의 성능을 플래그쉽에 적용할 수 있다. M1에서 M1 Ultra까지 다른 회사가 공정 크기를 줄이는데 연구비와 시간을 허비할 때 단순히 크기를 키우거나 다른 제품에 붙여서 성능 향상을 이루어 낸 것이다.

 

미래에 4nm, 3nm 기술이 안정화된다면 애플 칩의 크기는 더욱 작아질 것이고, 경쟁자보다 더 높은 성능을 낼 수 있다. 또한 그것을 Apple tv +와 모니터에 A bionic 칩을 탑재했듯 얼마든지 다른 전자기기에 넣을 수 있는 것이다. 필자는 애플이 가장 가까운 미래에 보여줄 새로운 전자기기가 '애플 카'일 것이라 생각한다. 애플은 현재를 넘어 미래 전장의 지배자인 것이다. 과연 애플을 잡을 수 있는 기업이 있을까?

(외인이 팔고 있는 한국 주식 시장📉을 보며, 떨어진 애플을 주식을 더 담아 본다📈)

 

 

 

 

 

Apple iPad Air 5 공개, 삼성 갤럭시 탭 어떻하나?

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CPU 설계 : 5nm 노드 공정 왜 어려울까?

현존 최강의 칩 : 애플의 새로운 M1 Pro와 M1 Max

 

1. MacBook Air (Late 2020) - Geekbench Browser [본문으로]
2. Intel Core i7-11700K Benchmarks - Geekbench Browser [본문으로]
3. 열 설계 전력(Thermal Design Power, TDP), 컴퓨터 속의 열이 빠져나오는 데 필요한 시스템 냉각의 최대 전력 [본문으로]
4. 인텔은 CPU의 소켓을 2세대마다 바꿈으로 인해 소비자 입장에선 신규 CPU를 사용하기 위해 메인보드도 변경해야 하는 부담을 안고 있었다. 반면, AMD의 경우 소켓의 포맷은 꾸준하게 유지해왔다. [본문으로]
5. PassMark CPU Benchmarks - AMD vs Intel Market Share [본문으로]
6. 인텔, AMD가 CPU를 만들고, NVIDIA가 GPU를 만들고, 그것을 마이크로소프트의 window OS로 구동 [본문으로]
7.  전문 영상 제작 및 후반 작업에서 가장 널리 사용되는 비디오 포맷 중 하나로서 Final Cut Pro X를 사용한 고품질, 고성능 편집을 위해 Apple에서 개발한 코덱 [본문으로]
8. Mac13,2 - Geekbench Browser [본문으로]
9. Intel Core i9-12900K Benchmarks - Geekbench Browser [본문으로]
10. AMD Ryzen Threadripper 3990X Benchmarks - Geekbench Browser [본문으로]
11. 순수히 날고자 했던 인간의 욕망에서 시작된 비행기는 폭격기로 사용됐다. 달에 가고자 개발했던 로켓은 미사일이 되어 엉뚱한 행성에 떨어졌다. [본문으로]