애플 AP(Application Processor) : A15 bionic 미리보기

 

초격자 위치의 애플, 총체적 난국의 삼성

 

 

 

극한의 효율성을 이룩한 Apple의 A15

 

애플이 신형 아이폰 13 시리즈를 발표하며 새로운 AP인 A15 bionic을 선보였다. 삼성전자는 전작인 아이폰 12의 A14 bionic도 못 따라잡는 상황에서 공개된 성능에 아연실색하고 말았다. 도대체 얼마나 더 좋아진 건지 타사 AP와 비교해보며 알아보자.

 

 

 

 

 

 

 

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일단 보고 가자

이제 A14가 조금 보인다

 

 

 

Geekbench는 실제 시나리오를 시뮬레이트 하는 부하를 이용하여 싱글 코어와 멀티 코어 성능을 판별해내는 점수 시스템을 갖춘 크로스 플랫폼 프로세서 벤치마크이다. Windows, macOS는 물론이고 iOS와 안드로이드까지 크로스 플랫폼을 지원한다.

 

 

 

 

Geekbench 5

 

삼성의 차기작인 S22의 Exynos2200의 긱벤치가 유출됐다. 성능은 20년에 발표된 iPhone12 시리즈의 A14의 성능에 근접했다. 퀄컴을 버리고, 독자인 AP칩 설계를 시작한 게 1년 조금 넘은걸 생각하면 대단하다고도 할 수 있다.

 

	Single core	Multi core	Metal Score
iPhone13 Pro (A15)	1,738	4,766	14,216
iPhone12 Pro (A14)	1,575	3,939	9,123
Galaxy S22 Plus (Exynos 2200)	1,073	3,389

 

 

 

iOS Benchmarks ('21년 9월 29일)

 

M1은 너무 사기적이다. 솔직히 M1이 모바일 기기에 이식된 순간 경쟁은 끝났다.

 

Single Core (출처:긱벤치)

Multi Core (출처:긱벤치)

 

 

Android Benchmarks ('21년 9월 29일)

 

그나마 Single Core Score에서 상위권을 차지한 삼성. 하지만, 퀄컴의 Snapdragon 제품임을 알 수 있다. 삼성 자체 설계 칩인 Exynos 2100이 5위를 차지하고 있다. Multi Core Score로 가면 결과는 더 처참해진다.

 

Single Core (출처:긱벤치)

 

Multi Core (출처:긱벤치)

 

 

 

 

 

 

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AP(Application Processor)란 무엇인가?

스마트폰의 두뇌

 

 

 

AP는 스마트폰 내 모든 명령을 처리하는 핵심 반도체 칩이다.

CPU와 달리 CPU를 비롯 GPU, NPU, 이미지 처리 프로세서(ISP), 메모리, 저장장치, 통신 칩 등을 포함한 한 단계 위의 개념이다. 모든 걸 포함하고 있기 때문에 '시스템 온 칩(System on Chip, SoC)'라고도 한다.

• 퀄컴(Qualcomm) - MSM 시리즈 ' 퀄컴 스냅드래곤(Qualcomm Snapdragon)'
• 엔비디아(NVIDIA) - '테그라(Tegra)' 시리즈
• 삼성(Samsung) - '엑시노스(Exynos)' 시리즈
• 애플(APPLE) = 'A' 시리즈

 

APPLE을 제외한 대표적인 AP 3종. 

 

 

 

모바일 AP의 주요 구성품

 

CPU (Central Processing Unit)

• 산술 논리 연산이나 데이터 처리 실행
• 터치스크린으로 스마트폰 제어 등 기본적인 모든 작동에 관여
• 클럭 높을수록, 코어 수 높을수록, 공정 수치 낮을수록 성능이 뛰어남.
• 성능이 뛰어날수록 동시 작업 가능(여러 앱을 켜놓고 작업해도 속도 저하 낮음)
• 컴퓨터 CPU는 x86, CISC(Complex Instruction Set Computer)
  • 복잡한 명령어를 통해 연산하는 방식
  • 반도체를 구성하는 트랜지스터 직접도가 과다하게 높아 소비전력 및 발열이 심함
• 모바일 AP는 ARM 계열,  RISC(Reduced Instruction Set Computer)
  • 명령어를 최소로 줄여 단순하게 만든 방식
  • 트랜지스터 직접도가 낮아 소비전력과 발열 또한 낮음
  • Apple의 M1 칩이 ARM 계열

 

 

GPU (Graphics Processing Unit)

• 2D와 3D 그래픽 연산은 기본, 대부분의 영상처리 주도
• 벡터 부동소수점 연산 등 3D 그래픽에 필요한 기능은 CPU 능가
• 게임 구동 성능에 가장 큰 역할

 

NPU (Neural Processing Unit)

• 인간처럼 학습하고 추론하는데 최적화된 기술로 딥러닝, 인공지능 연구를 위한 최적화된 반도체
• 빅데이터로 수집된 방대한 정보를 사람 신경망처럼 빠르게 처리 가능
• CPU 대비 40배 빠른 연산 성능
• 아이폰 시리즈의 스마트 HDR4 등 고품질 사진 및 동영상 처리, 생체인식 기술 등에 사용

 

AP의 구조 (출처: 퀄컴)

 

 

 

 

 

 

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A15 Bionic, 무엇이 좋은가?

효율성의 극치

 

 

 

A15의 그래픽 프로세서가 대대적으로 업그레이드되었다. 애플이 자신 있게 밝힌 부분은 16 코어 뉴럴 엔진의 성능이다. 초당 15조 8000억 회의 연산량을 수행해 A14 바이오닉(초당 11조 번) 대비 43%가량 향상됐다. 차세대 이미지 처리장치(ISP)의 향상과 함께 기존 이미지의 인공지능 처리도 빨라져 새로운 HDR4 처리(노이즈 감소, 색조 맵핑) 및 4K 영상 효과 등 전문가 수준에서 사용할 수 있을 정도로 사용성이 올라갔다. 

 

다음으로 150억 개의 트랜지스터를 사용했다고 강조했다. 이를 기존의 다른 프로세서와 비교해보면 얼마나 놀라운 숫자인지 알 수 있다. A15 바이오닉의 150억 개는 5nm 공정으로는 스마트폰 AP에 구현 가능한 최대치라고 봐도 무방한 수준이다.

 

A15 (Apple)	라이젠 3세대 (AMD)	Power10 (IBM)	A14 (Apple)	M1 (Apple)
150억 개	100억 개	180억 개	118억 개	160억 개

 

재밌는 것은 아이폰 13, 아이폰 13 프로, 아이패드 미니 모두 A15를 탑재했지만 성능면에서 차이를 두었다.

• 아이폰 13 시리즈에서 3.23 GHz로 , 아이패드 미니는 2.93 GHz로 클럭 속도가 낮췄다.
• 아이폰 13 프로 라인업과 아이패드 미니에는 그래픽 코어가 5개인 반면 아이폰 13 라인업은 4개로 급에 차이를 두었다. 

 

CPU로 유명한 인텔의 평균 개발 비용은 매년 114억 달러(약 13조) 정도이다. 애플은 이런 연구 개발비를 매년 자사 제품에만 사용하기 위해 새로운 칩을 계속 설계 투자하고 있다. 그 결과 스마트 기기에서 누구도 따라올 수 없는 수준의 칩 계발에 성공했다.

 

 

이렇게 개발된 칩을 극한의 효율성을 위해 GPU 수, 클럭 속도, 코어 수 조절을 통해 자사 제품군에 다양하게 커스텀 배치를 하고 있다. 황금알을 낳는 거위가 된 것이다. Data와 AI의 중요성이 부각되고 있는 현시점에서 아이폰 초기 삼성에게 칩 설계를 맡겼다 독자노선 을로 변경한 애플의 선택은 그 무엇보다 탁월했다 보인다.

 

 

이번에 발표한 A15 바이오닉의 방향성은 명확했다. 이미 업계 최고인 CPU/GPU 성능보단 사진, 영상, 디스플레이 처리 능력 개선에 집중했다. 현장 기기 수준으로 올라간 사용자 경험성을 (혁신적인 일이긴 하나) 일반 대중에게 얼마나 설득시킬 수 있을지는 모르겠다.

 

하지만, '2년마다 반도체 직접회로 성능이 2배로 증가한다'는 '무어의 법칙(Moore's law)'이 종말을 고하고 있는 지금,  CPU나 GPU 칩셋 성능을 올리기란 매우 어렵다. 평균 10% 내외 향상으로 성능 향상을 어필할 수 없는 현시점에 잡스 시절부터 사용자 경험을 최우선시하는 애플 철학을 반영한 것은 매우 현명하다 생각된다.

 

 

 

 

 

 

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총평

 

스마트 기기 왕좌의 게임은 끝났다.

OS와 AP를 다 갖춘 Apple의 다음 목표는
자동차가 아닐까?

 

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