스마트폰도 큰 범주로 본다면 컴퓨터에 속합니다. 현재 출시되는 스마트폰의 크기가 커졌다고는 하지만 그래도 PC에 비하면 매우 작은 크기입니다. 그럼에도 그 안에는 PC처럼 CPU가 있고, 메모리가 있고, 그래픽 처리를 하는 그래픽코어(GPU)가 있습니다. 그 모든 것들이 어디에 있을까 궁금하지 않나요?
AP(Application Processor)가 바로 그것입니다. PC에 CPU가 있다면 스마트폰에는 AP가 있습니다. 하지만 AP에는 CPU뿐만 아니라 GPU(Graphic Processing Unit)와 메모리까지 모두 포함되어 있습니다. 이런 형태의 칩을 SoC (System on Chip)이라고 합니다. 이는 하나의 칩에 모든 시스템이 들어 있다는 뜻입니다.
이렇게 칩 하나로 중요 기능을 모두 집약 시킨 이유는 공간의 한계를 극복하고, 제조상 비용을 줄이기 위해서입니다.
AP의 성능은 스마트폰의 성능이 되므로 AP의 발전과 함께 스마트폰의 성능은 막강해지고 다양한 기능도 구현할 수 있습니다. AP의 발전사를 보면 CPU와 유사합니다. 초기의 CPU는 성능을 올리기 위해서 동작 클록을 올렸습니다. 하지만 이것만으로는 한계가 있기 때문에 여러 개의 코어를 1개의 CPU에 집적하는 멀티 코어 형태로 발전되었습니다.
<4개의 코어가 탑재되어 있는 CPU 회로 모습>
AP 역시 마찬가지입니다. 처음에는 클록을 올렸지만, 지금은 코어의 수를 늘리는 멀티 코어 체제로 바뀌었습니다. 최근 출시되는 스마트폰은 모두 멀티 코어 AP가 탑재되어 있고, 코어의 수도 2개에서 4개, 그리고 곧 출시될 갤럭시S4는 옥타 코어(4+4)가 사용될 것이라 알려졌습니다.
AP를 만드는 회사들
현재 상용화되는 AP 대부분은 'ARM'이라는 프로세서 제조사의 기술을 기반으로 만들어졌습니다. ARM은 'Advanced RISC Machine'의 약자로서 'RISC' 방식의 프로세서 제조사로 유명합니다. RISC 방식이란 프로세서의 명령어 구조를 간단하게 해서 처리 능력을 높인 것으로서, 서버나 모바일 기기에 최적화되어 있으며 소비전력이 낮아 스마트폰 AP로는 최고의 파트너라 할 수 있습니다.
정확하게 말하자면, ARM에서는 AP를 직접 만들지는 않습니다. 단지 RISC 방식의 프로세서를 만들 수 있는 제조기술을 개발만 합니다. 그러면 다른 칩 제조사들이 이를 기반으로 자기들의 목적에 맞는 또 다른 AP를 만드는 것입니다.
이런 AP를 만드는 회사에는 퀄컴(Qualcomm), 엔비디아(nVIDIA), 삼성전자 등이 있으며 최근에는 LG전자에서도 ARM 기술을 기반으로 하는 4+4코어 형태의 AP를 개발 완료했습니다.
1) 퀄컴
퀄컴은 모바일 통신에 대한 원천 기술을 보유한 업체로 잘 알려졌습니다. 퀄컴에서 개발한 AP는 스냅드래곤(Snapdragon)이라는 이름으로 불리며, 현재 4세대 제품이 사용되고 있습니다.
스냅드래곤 1~3세대까지는 스콜피온(scorpion)이라는 이름으로 사용되었고, 1~2세대는 싱글 코어, 3세대는 듀얼 코어로 되어 있습니다. 4세대부터는 구조가 바뀌면서 이름도 크라이트(Krait)라 불립니다. 크라이트는 다시 Krait 200(스냅드래곤S4), Krait 300(스냅드래곤 600), Krait 400(스냅드래곤 800)으로 나누어집니다.
스냅드래곤 S4를 사용한 스마트폰에는 LG 옵티머스G, 팬택 VEGA No.6 등이 있습니다. 스냅드래곤의 특징은 ARM의 새로운 기술이 발표되었을 때 가장 빠르게 제품을 상용화하여 선보인다는 것입니다. 또한, 퀄컴이라는 회사가 통신 모듈을 개발하던 곳이었기 때문에 AP 안에 3G나 LTE 통신 모듈까지 추가하였다는 것입니다.
2) 엔비디아
엔비디아는 PC에서 사용하는 그래픽카드의 GPU를 만드는 회사로 유명합니다. 이 회사에서 출시한 AP는 테그라(Tegra)라 불리며, 현재 4세대 제품까지 발표하였습니다.
<엔비디아 테그라4 AP>
테그라 2는 최초의 듀얼 코어 AP 제품입니다. 국내에서는 'LG 옵티머스 2X'가 이 AP를 사용해서 최초의 듀얼 코어 스마트폰이라 홍보하였습니다.
테그라 3은 쿼드 코어를 탑재하였고, 여기에 'Battery-Saver Core(또는 Companion Core)'라는 낮은 성능의 코어를 하나 더 추가된 형태로 만들어졌습니다. 게임처럼 최대 성능이 필요할 때에는 4개의 기본 코어가 동작하고, 대기 상태나 동영상 또는 음악을 재생할 때에는 Battery-Saver Core를 이용해서 소비전력을 낮추고 배터리 사용량을 늘린 것입니다.
테그라 4시리즈는 테그라 4와 테그라 4i로 나뉩니다. 테그라 4시리즈 역시 테그라 3처럼 4+1 형태의 코어로 구성되어 있습니다.
엔비디아는 GPU를 제조하던 회사였던 만큼, AP 안의 GPU를 모두 자사의 지포스(GeForce) 시리즈로 사용하였다는 것이 특징입니다.
3) 삼성전자
삼성전자는 엑시노스(Exynos)라는 이름의 AP를 제조하며, 이 AP 중에 갤럭시S 4에 탑재되는 옥타 코어가 있어 많은 사람이 관심을 두고 있습니다.
<삼성전자의 엑시노스 AP>
엑시노스 시리즈는 3000/4000/5000대로 구분됩니다. 엑시노스 3(엑시노스 3110)은 싱글 코어로 갤럭시S, 갤럭시탭에 사용되었습니다. 엑시노스 4부터 멀티 코어 체제로 바뀌었고 엑시노스 4(엑시노스 4210)는 갤럭시S 2 / 갤럭시노트에, 엑시노스 4(엑시노스 4412)는 쿼드 코어이며 갤럭시S 3 / 갤럭시노트 2에 적용되었습니다.
그리고 곧 출시될 삼성 갤럭시S 4에는 8개의 코어가 탑재된 최초의 옥타 코어 AP인 엑시노스 5(엑시노스 5410)가 사용됩니다. 엑시노스 5410의 옥타 코어는 ARM의 'big.LITTLE' 기술이 적용 되었습니다. 'big.LITTLE' 기술은 고성능 코어 4개(ARM Cortex-A15)와 상대적으로 낮은 성능의 코어 4개(ARM Cortex-A7)를 탑재해서 상황에 따라 번갈아 가며 사용하는 구조입니다. 이것은 엔비디아의 테그라 3에 사용된 'Battery-Saver Core'와 유사한 기능입니다.
하지만 동시에 사용하는 코어의 수는 8개가 아닌 4개밖에 안 되기 때문에 진정한 옥타 코어라 부를 수는 없습니다.
4) LG전자
LG전자는 최근에 ARM 기반의 옥타 코어 AP인 '오딘(Odin)'을 완성하고 양산에 들어간다는 뉴스를 내보냈습니다. 오딘에 대해서는 정확한 제원이 공개되지 않았지만 엑시노스 5410에 사용된 것과 같은 'big.LITTLE'을 사용한다는 것만 알려졌습니다.
멀티 코어 AP로의 변화, 그리고 배터리 효율
스마트폰에 사용되는 AP는 점차 코어의 수가 늘어나는 방향으로 변화하고 있습니다. 코어의 수가 많아지면 하나의 앱을 빠르게 돌리는 것도 가능하지만 여러 개의 앱을 동시에 실행할 수 있는 '멀티태스킹'에서도 부드러운 작업이 가능하기 때문입니다.
<옥타 코어 big.LITTLE 기술에 대한 설명>
PC에서 쿼드 코어가 보편화 된 시기도 얼마 되지 않았다는 것을 고려한다면, 스마트폰에서의 쿼드 코어는 매우 빠른 행보라 할 수 있습니다. 하지만 스마트폰은 PC와 달리 성능과 배터리 효율 사이에서 균형을 맞춰야 합니다. 코어의 수를 무작정 늘려 성능만 높여봤자 배터리 사용 시간이 짧다면 의미가 없기 때문입니다.
그래서 ARM에서는 8개의 코어를 병렬 연결하여 성능만 높인 것은 의미가 없다고 판단하고, 배터리 사용 시간을 최대한 늘릴 수 있도록 고성능 CPU와 저성능 CPU를 함께 사용하여 성능과 배터리 효율성을 높인 'big.LITTLE' 기술을 선보인 것입니다.
하지만 이용자들이 더 고성능의 스마트폰을 요구한다면 언젠가는 4+4 형태의 코어가 아니라 8+8 코어 또는 6+2 코어 형태의 스마트폰이 출시될 수도 있을 것입니다.
