성능이나 전력이냐, 모바일 프로세서의 고민
스마트폰과 태블릿을 중심으로 스마트 기기들이 대중화 됨에 따라 보다 높은 성능을 제공하기 위한 하드웨어 제조사들의 경쟁도 치열하다.
특히 불과 1년 전에는 1GHz 싱글코어 애플리케이션 프로세서(AP)에 800x480 해상도의 화면이면 굉장하다고 생각했던 스마트폰은 지금에 와서는 1.5GHz 듀얼코어 CPU와 노트북 화면과 수준의 1280x720 디스플레이까지 발전했다.
기술적으로는 스마트폰과 같은 CPU와 운영체제가 들어가는 태블릿은 더 큰 화면에 늘어난 해상도만큼이나 다양한 작업을 할 수 있는 고성능을 요구하고 있다.
하지만 모바일 기기에서 높은 성능의 하드웨어는 그만큼 많은 소비 전력을 요구하고 이는 곧 유저가 제품을 사용할 수 있는 배터리 시간이 그만큼 짧아진다는 것을 의미한다.
제조사 입장에서는 높은 성능을 제공하기 위해 얼마나 배터리 시간이 줄어드는 것을 감수할 것인가, 아니면 긴 배터리 시간을 제공하기 위해 얼마나 하드웨어 성능을 제약할 것인가 고민하게 된다.
하드웨어적으로 모바일 AP의 성능을 올리면서 배터리 시간을 늘리려면 몇 가지 방법을 사용할 수 있다. 보다 미세화된 제조공정을 적용해 누설 전력 및 로드 전력을 낮추거나, 제품에 들어가는 배터리 용량을 늘리는 것, 소프트웨어적으로 대기 상태에서 배터리를 낭비하지 않게 전력 관리 기술을 향상시키는 것 등이다.
그리고 얼마 전 ARM에서 발표한 big.LITTLE 프로세싱처럼 고성능에 특화된 AP와 저전력용으로 만든 AP를 실시간으로 스위칭하면서 전력 대비 성능 효율을 최대한으로 끌어올리는 것도 한 방법이다.
고성능 듀얼코어와 저전력 듀얼코어를 결합한 ARM
ARM이 발표한 big.LITTLE 프로세싱은 고성능 Cortex-A15 MPCore와 저전력에 특화된 Cortex-A7를 결합해 최고 성능과
전력 효율성을 모두 제공하는 SoC(System on Chip)을 만들기 위한 방법이다.
ARM Cortex-A15 MPCore와 에너지 효율 프로세서 Cortex-A7을 연결하고 이들 둘 사이에 실시간 전환이 가능한 애플리케이션
소프트웨어를 통해 각 작업에 대한 최적의 프로세싱을 선택해 최대 70%까지 배터리 수명을 연장하게 된다.
듀얼 또는 쿼드코어로 만들 수 있는 Cortex-A15 MPCore는 오늘날 제공되는 스마트폰이나 ARM 기반
플랫폼에 비해 5배~10배 가량의 높은 성능을 제공하며 ARM의 저전력 특징이 결합되는 것으로 알려지고 있다. 그러나 높은 성능을 내기 위해서는
그 만큼 높은 소비 전력 증가가 발생하게 된다.
반대로 Cortex-A7는 최대 성능이 Cortex-A15의 최소 성능과 비슷한 수준이지만 소비 전력의 변화가
거의 없다는 것이 장점이다. 최대 소비 전력도 Cortex-A15의 최소 소비 전력보다 적기 때문에 배터리 절약에 큰 도움이 된다.
당장 사용하지 못하는 ARM big.LITTLE 프로세싱
하지만 ARM big.LITTLE 프로세싱을 구현하기 위해서는 몇 가지 선결 조건이 필요하다. big.LITTLE을 적용할 수 있는 Cortex-A15와 Cortex-A7 프로세서 IP가 모바일 AP 제조사들을 통해 제품 설계가 이뤄지고, 제품을 생산하기 위한 28nm급 이하의 제조 공정의 안정화 및 대량 생산 단계에 진입해야 한다.
ARM에서는 28nm 공정을 사용하는 Cortex-A7의 시장 투입을 2013~2014년으로 보고 있어 big.LITTLE 프로세싱을 이용한 하이브리드 AP의 등장 역시 빨라야 2013년이 될 예정이다.
또한 운영체제와 애플리케이션이 Cortex-A15와 Cortex-A7 사이를 실시간으로 전환하는 big.LITTLE 프로세싱의 전력 관리 소프트웨어를 제대로 지원해야만 하고, 성능 역시 순수하게 Cortex-A15를 쿼드로 구성하는 것보다 낮다. 소비 전력을 줄인다는 것을 빼면 쿼드코어로써 희생해야 하는 부분도 만만치 않은 셈이다.
TSMC 28nm 대신 40nm 쿼드코어를 선택한 엔비디아
신기술과 배터리 용량 늘리기를 적용하기 어렵다면 결국 남는 것은 공정 미세화 뿐이다. 주요 모바일 AP 회사들의 제품을 위탁 생산하는 TSMC에서는 이제 막 28nm 공정의 초기 안정화 단계에 들어갔기 때문에 업체들이 위탁한 반도체의 대량 생산이 언제부터 가능할 것인지는 순전히 TSMC에게 달려 있다.
하지만 엔비디아는 데스크탑 GPU 시장에서 경쟁사 AMD와 함께 TSMC의 45nm -> 32nm(취소) -> 28nm 공정 전환으로 인한 피해를 고스란히 경험한 전력이 있다. 그래픽 카드 시장에서 TSMC의 32nm 공정 포기로 인해 엔비디아와 AMD의 신제품 라인업이 최소 1세대 이상 차질을 빚었다는 것은 PC 유저들은 대부분 아는 사실이다.
이런 상황에서 엔비디아는 2012년이 되어야 가능한 Cortex-A15와 28nm 공정 안정화를 기다리는 대신 2011년 현재 투입 가능한 Cortex-A9과 TSMC 40nm 공정을 이용해 다른 AP 제조사들보다 한발 빠른 쿼드코어 모바일 AP '테그라 3'를 선보여 쿼드코어 시장을 선점하기로 한다.
그리고 40nm 공정으로 쿼드코어 모바일 AP를 만들었을 때 발생할 수 있는 배터리와 발열 문제에 대해 '테그라 3만의 다섯 번째 코어'를 통해 해결책을 제시했다. |
