[아이뉴스24 김문기기자] 내년 상반기 플래그십 스마트폰의 핵심 두뇌 역할을 담당할 모바일AP의 베일이 벗겨지고 있다. 스마트폰의 핵심 성능 및 기능을 전담하고 있어 내년 폰 트렌드의 바로미터 역할을 담당한다. 글로벌 점유율 1위 퀄컴의 '스냅드래곤 845'와 휴대폰 왕좌를 수성하고 있는 삼성전자 '엑시노스9810'이 대표적이다.
14일 업계에 따르면 퀄컴은 내달 차세대 모바일AP인 스냅드래곤845를 공개한다. 삼성전자는 지난 10일 간접적으로 엑시노스9810의 존재를 확인시켜줬다.
내년 모바일AP는 여러 갈래에서 큰 폭의 성능 향상을 이룰 것으로 예상된다. 전반적으로 모바일 온 디바이스 인공지능(AI)을 실현하고 가상현실(VR)과 증강현실(AR)을 구현할 수 있는 그래픽 성능, 더 빠르고 안정적인 네트워크 환경을 경험케 할 것으로 기대된다.
◆ 내년 화두는 모바일 온 디바이스 AI
올해 모바일AP의 화두로 AI를 위한 보조적인 하드웨어 강화를 꼽을 수 있다. 소프트웨어 알고리즘을 통해 기존에 배치됐던 CPU와 GPU 등의 하드웨어 자원을 활용하는 것이 아니라 AI를 위한 별도 칩을 시스템온칩(SoC)으로 구성해 각 기능의 성능을 비약적으로 향상시켰다. 내년에도 이러한 경향이 십분 발휘될 전망이다.
퀄컴과 삼성전자는 모바일AP의 CPU 코어 설계를 위해 ARM의 아키텍처 지적재산권(IP)을 가져와 활용한다. ARM은 글로벌 모바일AP 점유율의 약 95% 가량을 차지할 정도로 독보적인 영역을 구축해놓고 있다.
ARM 코어 설계를 그대로 가져와 쓰기도 하지만 커스텀 코어로 직접 재설계에 나서기도 한다. 올해 플래그십 스마트폰에 주로 장착된 스냅드래곤835는 퀄컴이 재설계한 크라이오(Kryo) 280 아키텍처를 기반으로 한다. 삼성전자도 재설계한 2세대 M2 코어를 엑시노스9(8895)에 내장시킨 바 있다.
ARM은 지난 5월 대만 타이베이에서 열린 컴퓨텍스 2017을 통해 차세대 CPU 코어를 발표했다. 발표된 CPU 코어는 삼성전자와 퀄컴이 설계하는 차세대 모바일AP와 자연스럽게 연결된다.
ARM의 차세대 코어는 지난 3월 발표한 ARM 다이내미크(DanamIQ) 기술을 기반으로 설계된 A75와 A55 코어 프로세서다. 향후 3년 또는 5년 내 AI 성능을 50배 향상시킨다는 목표 아래 개발됐다. AI 성능 작업에 필요한 전용 명령어 기능을 탑재했다. 단일 컴퓨팅 클러스터에서 빅리틀을 응용해 멀티코어 기능과 유연성을 개선했다. ARM 트라스트존 기술로 보안도 강화했다.
이 중 ARM A75는 일명 고성능 코어다. 단일 스레드 성능을 비약적으로 향상시켰다. 난단 나얌팔리 ARM 컴퓨트 프로덕트 그룹 총괄은 "ARM에 수 십년 이상 근무하면서 최고 수준의 효율성을 유지하면서 단일 스레드 연산 능력을 증가시키는 제품을 제공하게 되어 매우 기쁘게 생각한다"며, A75를 소개했다.
A75 코어는 노트북과 네트워킹, 서버를 포함한 모든 고성능 사용 사례를 스마트폰 전력 프로파일 내에서 다룰 수 있게 최대 50% 향상된 성능을, 멀티코어 기능과 결합해 제공한다. A55 코어는 A53 코어의 차세대 버전으로 멀리와트당 2.5배 수준의 성능 효율성을 보여주는 다목적 고효율 프로세서다.
업계에서는 퀄컴 스냅드래곤845가 ARM의 A75와 고효율 A53 코어를 결합시킨 옥타코어 프로세서인 것으로 예측하고 있다.
모바일 온 디바이스 AI 실현을 위한 별도 AI칩이 적용될 가능성도 상당하다. 퀄컴은 소프트웨어 알고리즘인 뉴럴프로세싱엔진(NPE)를 보유하고 있다. 상황에 맞게 스냅드래곤 내 자원을 활용할 수 있도록 돕는다. CPU와 GPU, DSP 등을 각각 효율적으로 조율하는데 쓰인다. 이를 기반으로 한 하드웨어 칩이 따로 설계될 수 있다.
삼성전자는 지난 10일 CES 2018 혁신상 수상 내역을 공개하면서 엑시노스9810의 존재를 확인시켜줬다. 삼성전자가 공식화한 엑시노스9810은 3세대 커스텀 CPU 코어가 장착된다. 전작이 2세대 M2 코어가 적용됐기에 성능과 전력면에서 월등한 수치를 기록할 것으로 예상된다.
AI 별도 전용 칩 장착과 관련해서는 장고를 거듭하고 있는 것으로 관측된다. 김일산 삼성전자 시스템LSI 제품기획 담당 수석은 지난 10일 반도체 시장 전망 세미나에서 "지급 언급하기는 어렵다. 갤럭시 전략에 맞춰 (SoC)를 설계하고 있다"고 답한 바 있다.
애플과 화웨이는 올해 AI를 위한 별도 뉴럴프로세싱 유닛(NPU)를 모바일AP 내 SoC에 장착시켰다. 애플의 A11 바이오닉은 아이폰8 시리즈와 아이폰X에 적용돼 출시됐으며, 화웨이는 하이실리콘을 통해 설계된 기린970을 메이트10에 배치시켰다.
◆ 제한적 폼팩터 속 GPU 성능 늘리기
스마트폰의 디스플레이 성능이 해마다 높아지고, 4차 산업혁명에서 핵심 콘텐츠로 VR과 AR이 거론되면서 모바일AP의 CPU뿐만 아니라 GPU 성능 향상에도 많은 공을 들이고 있다. 다만 제한된 폼팩터 안에서 GPU 성능 향상의 한계에 직면한 상태다. 올해부터 다양한 대안들이 제시되고 있다.
GPU 성능 향상의 대안 중 하나는 하드웨어 수직계열화와 소프트웨어 지원을 통해 그래픽 성능을 올리는 방법이다. 대표적으로 애플이 꼽힌다. 애플은 그간 iOS 디바이스에 주로 장착한 파워VR 제품군을 보유한 이매지네이션과 작별을 고했다. 이후 A11 바이오닉에 자체 설계한 GPU를 첫 적용했다.
애플은 GPU의 성능 제한을 풀기 위해 게임 측면에서는 2세대 메탈 API를, 증강현실 구현을 위해서는 AR킷을 개발자들에게 배포, iOS 생태계를 보다 단단히 했다. 하드웨어와 소프트웨어 수직 계열화를 통한 시너지 효과를 톡톡히 누리고 있다.
또 다른 대안으로는 PC와 비슷하게 별도 그래픽카드를 배치하는 방법이다. 이러한 방식은 ARM이 지난 1일 대만 ARM 타이베이 테크 심포지엄에서 최첨단 디스플레이 솔루션을 기반으로 한다.
삼성전자의 경우 지난 2015년 ARM과 GPU 라이선스 장기 계약을 맺은 바 있다. 삼성전자 엑시노스는 꾸준히 ARM의 말리(Mali) GPU가 장착되고 있다. 내년 삼성전자가 자체 GPU를 내놓지 않는 이상 ARM의 차세대 GPU가 쓰일 공산이 크다.
ARM이 발표한 최첨단 디스플레이 솔루션은 모바일AP SoC 내에 CPU코어와 GPU 등 이외에 그래픽 성능을 높이는 별도 칩셋을 배치하는 형태다. 말리-D71과 코어링크 MMU-600, AD-5로 구성돼 있다.
말리-D71은 화면구성과 회전, 고품질 확대축소 등 다양한 이미지 처리를 수행한다. 전반적으로 메인 GPU의 작업 부하를 감소시키는 역할을 담당한다. ARM에 따르면 시스템 전력의 30% 절감이 가능하다. 전작인 말리-D650 대비 칩 단위 면적당 향상된 성능을 제공한다. 수행 가능한 프레임 레이어 수를 증가시켜 성능을 2배로 높여준다. 메모리 지연 시간이 4배까지 길어지더라도 동일한 성능을 낼 수 있다. 120프레임/초 속도로 4K 해상도를 출력할 수 있는 수준으로 픽셀 처리량은 2배 증가한다.
코어링크 MMU-600은 말리-D71을 도와 안전하고 효율적인 데이터 처리를 지원한다. 실시간 데이터 경로에서 MMU 지연시간을 50% 감소시켜 준다. 공간은 55%가량 절약된다. AD-5는 HDR과 연관된다. 일광 조도에서 가독성을 높이고 HDR 디스플레이 파이프라인, 개선된 색감 및 색영역 조절에 관여한다.
이안 허치슨 ARM 고객 영업부문 마케팅 디렉터는 "새로운 ARM 디스플레이 솔루션은 ARM이 최상의 VR 및 HDR 경험을 가능하게 하기 위해 노력하고 있다는 것을 보여주며, ARM은 지속적인 디스플레이 기술 혁신을 선도하는 기업으로서 그 위치를 공고히 할 것"이라고 말했다.
메인 GPU는 ARM 말리-G72다. 올해 적용된 삼성전자 엑시노스8895의 경우 전작인 말리-G71이 장착된 바 있다.
말리-G72는 전작에 적용된 3세대 아키텍처인 비프로스트를 개선해 최적화 상태를 끌어올린 제품이다. 전작 대비 성능은 40% 향상됐다. 산술 연산최적화와 캐시 증가를 통한 대역폭 감소를 이뤄 머신러닝(ML)효율성이 17% 올랐다. 전력효율성은 25% 개선됐다. 성능 밀도는 20% 증가했다. 모바일 게임과 가상현실, 머신러닝에 대한 새로운 활용 사례를 위해 설계된 케이스다.
퀄컴은 지난 2009년 AMD로부터 ATI 모바일 그래픽 사업부를 인수한 후 이를 기반으로 한 독자 GPU 아드레노 시리즈를 꾸준히 밀고 있다. 스냅드래곤845에도 차세대 아드레노630 GPU가 내장될 것으로 기대된다. 정확한 세부 내용은 알려져 있지 않다.
퀄컴은 비전 성능을 높이기 위해 지난 8월 2세대 퀄컴 스펙트라 프로그램을 공개했다. 차세대 스냅드래곤 플랫폼에서 컴퓨터 비전, 이미지 품질 및 전력 효율성 향상을 위해 설계된 새로운 하드웨어 및 소프트웨어 아키텍처를 사용하는 차세대 통합 ISP 제품군으로 구성됐다. 그래픽 성능뿐만 아니라 카메라를 통해 홍채인증 모듈과 활성 및 수동 심도 감지 모듈을 포함한 트리플 카메라 모듈을 구성할 수 있는 아키텍처가 채택됐다.
◆ 4G LTE와 5G 사잇길을 바라보다
내년 5G가 시험대에 오른다. 평창동계올림픽에 글로벌 ICT 업체들이 관심을 가지는 이유다. 모바일 네트워킹 측면에서는 5G로 전환되기 위한 과도기 과정을 거친다. 4G LTE와 5G 길목에서 최상의 연결성을 목표로 한다는 의미다.
삼성전자와 퀄컴은 내년 출시할 모바일AP의 통신모뎀을 앞서 공개했다. 퀄컴은 지난 2월, 삼성전자도 지난 7월 차세대 통신모뎀을 소개했다. 각각 스냅드래곤845와 엑시노스9810을 통해 세상에 나온다. 퀄컴과 삼성전자는 올해말 양산을 시작하는 모바일 프로세서에 적용할 것이라 공식화한 바 있다.
퀄컴이 공개한 스냅드래곤 X20은 2세대 기가비트 LTE 모뎀이다. 12개의 데이터통로(Spatial streams)를 통해 속도를 배가시킨다. 최대 5개의 주파수를 엮을 수 있다. 4x4 미모(MIMO)와 다운링크 256쾀(QAM), 업링크 64캄도 지원한다. LAA 비면허대역 효율도 증대됐다.
미모는 무선통신 전송 용량을 높이기 위한 스마트 안테나 기술이다. 기지국과 단말기에 여러 개의 안테를 사용해 데이터 용량을 높일 수 있다. 쾀은 독립된 2개의 반송파의 진폭과 위상을 동시에 변조해 데이터를 전송하는 방식이다.
LTE 주파수 10MHz 대역폭에서 다운로드 속도는 75Mbps다. 이를 적용하면 스냅드래곤 X20은 이론상 최대 1.2Gbps 속도를 낼 수 있다. 국내의 경우 SK텔레콤이 5개의 LTE 주파수 대역을 보유하고 있다.
이 속도는 2시간의 HD급 영화를 약 10초만에 내려받을 수 있다. 스마트폰에서 고화질 영상 통화와 실시간 방송 시청 등 고품질 데이터 서비스를 원활하게 이용할 수 있다.
피터 칼슨 퀄컴 프로덕트 마케팅 시니어 디렉터는 기자와 만난 자리에서 "스냅드래곤 X20 LTE는 5G로 가기위한 교두보 역할을 해줄 것"이라며, "계속되는 진화의 연장선상에 있으며 이후 X50 패밀리와도 자연스럽게 연결된다"라고 설명했다.
삼성전자는 지난 7월 주파수를 6개 엮을 수 있는 차세대 LTE 모델 기술을 개발했다고 밝혔다. 일본 통신계측기 전문업체 안리쓰 장비로 측정한 결과에 따르면 삼성전자 6CA LTE 모뎀 기술은 기존 대비 20% 향상된 최대 1.2Gbps 다운로드 속도를 낼 수 있다.
삼성전자의 6CA 모뎀도 스냅드래곤 X20과 마찬가지로 4x4 MIMO, 업링크 64쾀, 다운링크 256쾀을 지원한다.
다운로드뿐만 아니라 업로드 때에도 와이파이, 블루투스와 같은 비면허대역 주파수 일부까지 활용할 수 있는 eLLA기술을 적용했다.
허운행 삼성전자 시스템LSI사업부 개발팀 상무는 "고품질 데이터 컨텐츠 서비스의 확대로 고성능 LTE 모뎀에 대한 시장의 요구는 지속적으로 확대 중”이며, "이번 6CA 1.2Gbps LTE 모뎀 기술은 삼성전자의 시스템 LSI 설계역량이 집약된 것으로, 향후 5G 시장 선점의 초석이 될 것”이라고 설명했다.
김문기기자 moon@inews24.com
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