2020.01.21

블로그 | '5nm 공정에 데스크톱급 성능'··· 애플 A14 프로세서에 대한 기대

Jason Cross | Macworld
애플이 아이폰12를 공개하는 9월 전까지는 애플의 새로운 스마트폰 프로세서에 대해 아무것도 듣지 못할 것 같다. 그러나 이러한 칩을 설계하는 데는 수년이 걸리고 생산량을 늘리기까지는 수개월이 걸리기 때문에 A14는 이미 확정된 상태로 아마 시험 생산도 시작됐을 것이다. 

해마다, 애플의 스마트폰 칩은 전반적인 성능에서 1위를 차지했고, 퀄컴 스냅드래곤 865와 같은 것들이 제시한 장담에도 불구하고, 우리는 올해 새로운 아이폰이 출시될 때 애플이 1위를 차지할 것으로 기대한다.

발표되지 않은 A 시리즈 프로세서가 어떤 기능이나 성능을 제공할지는 정확히 알 수 없겠지만, 몇몇 정보를 가지고 추측을 해볼 수는 있다. 우리가 올해 후반에 출시될 애플의 A14 SoC에서 볼 수 있을 만한 것은 다음과 같다.
 

5nm 제조로의 도약

애플은 3년 연속으로 제조 파트너인 TSMC에서 제조프로세스 개선을 통해 혜택을 볼 것이다. A12는 7nm 프로세스로 제작되었고 A13은 향상된 7nm 프로세스로 제작되었는데, (이전 7nm 프로세스로 제작된 칩과 동일한 속도로 실행할 경우) 이 프로세스를 통해 클럭 속도를 높이고 전력 소비량을 낮출 수 있다.

올해 애플은 TSMC의 새로운 5nm 프로세스로 도약할 수 있을 것이다. 사실, 그 칩은 새로운 프로세스를 사용한 최초의 대규모 소비자용 칩이 될 가능성이 크다.
 
TSMC의 다양한 프로세스 기술에 대한 요약 ⓒ WikiChip

엄청난 업그레이드다. 5nm 모드는 중간 정도의 진전이 아니라 7nm 이후의 차세대 ‘풀 노드(full node)’이다. TSMC는 이 프로세스 전반에 걸쳐 극자외선(EUV) 리소그래피(lithography)를 광범위하게 사용하여 논리 밀도(logic density)를 80% 더 높이고 7nm 칩과 같은 전력을 사용하면서도 15% 더 빨라졌으며, 같은 성능 수준에서는 30% 더 낮은 전력으로 구동할 수 있다.

물론 설계도 중요하다. 이러한 정확한 수치를 애플이 반드시 충족시키지는 못할 것이다. 그러나 제조 프로세스만 놓고 보면, A14는 훨씬 빠르고 전력 효율이 높은 칩이 될 것이다.
 

대형 트랜지스터 크기

A13은 약 98.5mm2로 83.2mm2 A12보다 약 20% 크다. 작년에 필자가 예상했던 것보다 약간 작은 수준이지만, 필자의 최초 예상과는 차이가 있다. 필자는 애플이 트랜지스터 밀도를 증가시켜 줄 수 있는 TSMC의 N7+ 노드를 사용할 것이라고 가정했지만, 애플은 이런 효과가 없는 N7P 모드를 선택했다. 그 결과, A13은 100억 개의 트랜지스터가 아니라 약 85억 개의 트랜지스터를 가지고 있다. 

올해는 애플이 비슷한 크기를 유지할 것으로 생각한다. 약 100mm2는 쌓아 놓은 부품이 많은 고성능 프리미엄 모바일 프로세서에 적합한 크기다.

TSMC가 말한 대로 5nm 프로세스의 향상된 트랜지스터 밀도를 믿는다면, 우리는 놀라운 150억 개의 트랜지스터를 기대할 수 있다. 이것은 거의 가장 큰 규모의 하이엔드 데스크톱 및 서버 CPU와 GPU보다도 많은 수다. 아주 거대하다. 너무 크기 때문에 애플이 전체 칩 면적을 85mm2로, 트랜지스터를 125억 개로 줄인다고 하더라도 전혀 놀랍지 않을 것이다.

트랜지스터 수 자체로는 프로세서 성능을 추정할 수 없지만, 애플이 얼마나 ‘공간’에 노력을 기울이는지는 알 수 있다. 이는 더 많은 코어 혹은 더 큰 코어 또는 더 많은 캐시 또는 이러한 개선의 조합을 의미한다.
 

CPU 성능 

A13의 경우, 애플은 근본적인 CPU 아키텍처를 바꾸기 위해 많은 노력을 하지 않았다. 코어 수는 동일하며, 코어 자체도 크게 다르지 않다. 대신, 애플은 성능을 향상시키기 위해 향상된 7nm 프로세스가 제공할 수 있는 더 빠른 클럭 속도에 의존했다. 

단일 스레드 성능에서 A13은 (긱벤치5에서) A12보다 20% 향상된 성능을 제공한다. 작년에 필자가 예상했던 것보다 약간 더 좋고, 가장 빠른 모바일 CPU다. 
 
ⓒ IDG

단순히 추세를 따라간다면(최근 A 시리즈 프로세서의 경우 상당히 일치함), A14는 1,600점에 가까운 점수를 받을 것으로 예상할 수 있다. 5nm 프로세스만 해도 1,400점대 중반 점수를 기록했던 A13에서 애플이 사용한 향상된 7nm 프로세스보다 8% 정도 빠를 것이다. 추측으로는 더 높은 피크 클럭 속도와 훨씬 더 높은 트랜지스터 예산으로 가능해진 약간의 아키텍처 개선으로 인해 1,500-1,600점 사이를 기록할 가능성이 크다. 

멀티 코어 성능은 예측하기가 더 어렵다. A12와 A13에는 소형 고효율 코어 4개와 대형 고성능 코어 2개가 탑재됐다. 애플은 이미 모든 코어를 최대한 활용할 수 있도록 워크로드를 매우 효율적으로 스케줄링하고 있기 때문에 스케줄링 개선이 크게 개선될 가능성은 거의 없다. 그러나 트랜지스터 밀도가 5nm에서 많이 증가함에 따라 애플은 세 번째 대형 코어를 추가하거나 고효율 코어의 성능을 크게 끌어올리거나 할 것이다. 이 경우 멀티스레드 성능이 크게 향상될 것이다. 
 
ⓒ IDG

추세선을 감안하면 약 4,500점을 받겠지만, 아키텍처 변화와 클럭 속도를 결합하면 훨씬 더 높은 점수를 기록하리라 생각한다. 긱벤치 5 멀티 코어 점수가 5,000점 정도까지 올라간다고 해도 놀라지 않을 것이다.

더 가치 있는 점은 이 테스트에서 가장 빠른 안드로이드폰은 약 3,000점이며, 5,000점은 6코어 메인스트림 데스크톱 CPU나 고급 노트북 CPU와 비슷한 수준이라는 점이다. 그것은 15인치 맥북 프로의 영역이다.
 

그래픽 성능 

앱 스토어가 처음 등장했을 때부터 아이폰은 게임기였다. 그러나 애플 아케이드 서비스가 있는 지금만큼 게임이 애플에 중요한 적이 없었다. 그래픽 성능은 게임을 빛나게 하며 이는 사실이다. 그렇지만 GPU는 이미지 처리, 머신 러닝, 그리고 많은 다른 작업에서 컴퓨팅 기능에도 사용된다.  

즉, GPU 성능이 매우 중요하며 애플은 A14를 가지고 더욱 나아갈 것이다.
 
ⓒ IDG

3D마크 슬링샷 익스트림 언리미티드 테스트를 살펴보면, 최근 추세로 예상한 것보다 A13의 성능이 크게 향상되었다. 필자는 약 4,800점을 예상했는데, 애플은 6,000점을 훨씬 넘었다! 최신 안드로이드폰을 이기기에 충분했지만, 이후 신형 모델들이 조금 더 나은 성능을 보여주었고, 올해 출시된 최상위 안드로이드폰들은 훨씬 더 발전할 것이다.

애플이 GPU를 더 강력하게 만들기 위해 상당한 트랜지스터 예산을 사용할 것으로 기대한다. 더 많은 메모리 대역폭과 함께, 이 테스트에서 우리는 아마도 낮은 7,000점 범위에 대한 추세선의 예측을 훨씬 능가하는 GPU 성능을 기대할 수 있을 것이다. 새로운 성능 병목현상을 제외하면 9,500점 이상의 점수는 확실히 가능하다고 생각한다. 즉, 게임에 사용되는 고급 그래픽의 종류에 대해서는 그래픽 성능이 50% 향상될 것으로 기대할 수 있다고 생각한다.
 
ⓒ IDG


컴퓨팅에 GPU를 사용하는 것에 관해서는 비슷한 속도 향상을 기대할 수 있을 것 같다. 더 큰 GPU와 더 빠른 클럭 속도와 더 많은 메모리 대역폭을 통해 50% 이상 향상될 수 있을 것이며, 긱벤치 5 컴퓨팅 점수도 9,500에서 10,000 사이로 높아질 수 있다.
 




2020.01.21

블로그 | '5nm 공정에 데스크톱급 성능'··· 애플 A14 프로세서에 대한 기대

Jason Cross | Macworld
애플이 아이폰12를 공개하는 9월 전까지는 애플의 새로운 스마트폰 프로세서에 대해 아무것도 듣지 못할 것 같다. 그러나 이러한 칩을 설계하는 데는 수년이 걸리고 생산량을 늘리기까지는 수개월이 걸리기 때문에 A14는 이미 확정된 상태로 아마 시험 생산도 시작됐을 것이다. 

해마다, 애플의 스마트폰 칩은 전반적인 성능에서 1위를 차지했고, 퀄컴 스냅드래곤 865와 같은 것들이 제시한 장담에도 불구하고, 우리는 올해 새로운 아이폰이 출시될 때 애플이 1위를 차지할 것으로 기대한다.

발표되지 않은 A 시리즈 프로세서가 어떤 기능이나 성능을 제공할지는 정확히 알 수 없겠지만, 몇몇 정보를 가지고 추측을 해볼 수는 있다. 우리가 올해 후반에 출시될 애플의 A14 SoC에서 볼 수 있을 만한 것은 다음과 같다.
 

5nm 제조로의 도약

애플은 3년 연속으로 제조 파트너인 TSMC에서 제조프로세스 개선을 통해 혜택을 볼 것이다. A12는 7nm 프로세스로 제작되었고 A13은 향상된 7nm 프로세스로 제작되었는데, (이전 7nm 프로세스로 제작된 칩과 동일한 속도로 실행할 경우) 이 프로세스를 통해 클럭 속도를 높이고 전력 소비량을 낮출 수 있다.

올해 애플은 TSMC의 새로운 5nm 프로세스로 도약할 수 있을 것이다. 사실, 그 칩은 새로운 프로세스를 사용한 최초의 대규모 소비자용 칩이 될 가능성이 크다.
 
TSMC의 다양한 프로세스 기술에 대한 요약 ⓒ WikiChip

엄청난 업그레이드다. 5nm 모드는 중간 정도의 진전이 아니라 7nm 이후의 차세대 ‘풀 노드(full node)’이다. TSMC는 이 프로세스 전반에 걸쳐 극자외선(EUV) 리소그래피(lithography)를 광범위하게 사용하여 논리 밀도(logic density)를 80% 더 높이고 7nm 칩과 같은 전력을 사용하면서도 15% 더 빨라졌으며, 같은 성능 수준에서는 30% 더 낮은 전력으로 구동할 수 있다.

물론 설계도 중요하다. 이러한 정확한 수치를 애플이 반드시 충족시키지는 못할 것이다. 그러나 제조 프로세스만 놓고 보면, A14는 훨씬 빠르고 전력 효율이 높은 칩이 될 것이다.
 

대형 트랜지스터 크기

A13은 약 98.5mm2로 83.2mm2 A12보다 약 20% 크다. 작년에 필자가 예상했던 것보다 약간 작은 수준이지만, 필자의 최초 예상과는 차이가 있다. 필자는 애플이 트랜지스터 밀도를 증가시켜 줄 수 있는 TSMC의 N7+ 노드를 사용할 것이라고 가정했지만, 애플은 이런 효과가 없는 N7P 모드를 선택했다. 그 결과, A13은 100억 개의 트랜지스터가 아니라 약 85억 개의 트랜지스터를 가지고 있다. 

올해는 애플이 비슷한 크기를 유지할 것으로 생각한다. 약 100mm2는 쌓아 놓은 부품이 많은 고성능 프리미엄 모바일 프로세서에 적합한 크기다.

TSMC가 말한 대로 5nm 프로세스의 향상된 트랜지스터 밀도를 믿는다면, 우리는 놀라운 150억 개의 트랜지스터를 기대할 수 있다. 이것은 거의 가장 큰 규모의 하이엔드 데스크톱 및 서버 CPU와 GPU보다도 많은 수다. 아주 거대하다. 너무 크기 때문에 애플이 전체 칩 면적을 85mm2로, 트랜지스터를 125억 개로 줄인다고 하더라도 전혀 놀랍지 않을 것이다.

트랜지스터 수 자체로는 프로세서 성능을 추정할 수 없지만, 애플이 얼마나 ‘공간’에 노력을 기울이는지는 알 수 있다. 이는 더 많은 코어 혹은 더 큰 코어 또는 더 많은 캐시 또는 이러한 개선의 조합을 의미한다.
 

CPU 성능 

A13의 경우, 애플은 근본적인 CPU 아키텍처를 바꾸기 위해 많은 노력을 하지 않았다. 코어 수는 동일하며, 코어 자체도 크게 다르지 않다. 대신, 애플은 성능을 향상시키기 위해 향상된 7nm 프로세스가 제공할 수 있는 더 빠른 클럭 속도에 의존했다. 

단일 스레드 성능에서 A13은 (긱벤치5에서) A12보다 20% 향상된 성능을 제공한다. 작년에 필자가 예상했던 것보다 약간 더 좋고, 가장 빠른 모바일 CPU다. 
 
ⓒ IDG

단순히 추세를 따라간다면(최근 A 시리즈 프로세서의 경우 상당히 일치함), A14는 1,600점에 가까운 점수를 받을 것으로 예상할 수 있다. 5nm 프로세스만 해도 1,400점대 중반 점수를 기록했던 A13에서 애플이 사용한 향상된 7nm 프로세스보다 8% 정도 빠를 것이다. 추측으로는 더 높은 피크 클럭 속도와 훨씬 더 높은 트랜지스터 예산으로 가능해진 약간의 아키텍처 개선으로 인해 1,500-1,600점 사이를 기록할 가능성이 크다. 

멀티 코어 성능은 예측하기가 더 어렵다. A12와 A13에는 소형 고효율 코어 4개와 대형 고성능 코어 2개가 탑재됐다. 애플은 이미 모든 코어를 최대한 활용할 수 있도록 워크로드를 매우 효율적으로 스케줄링하고 있기 때문에 스케줄링 개선이 크게 개선될 가능성은 거의 없다. 그러나 트랜지스터 밀도가 5nm에서 많이 증가함에 따라 애플은 세 번째 대형 코어를 추가하거나 고효율 코어의 성능을 크게 끌어올리거나 할 것이다. 이 경우 멀티스레드 성능이 크게 향상될 것이다. 
 
ⓒ IDG

추세선을 감안하면 약 4,500점을 받겠지만, 아키텍처 변화와 클럭 속도를 결합하면 훨씬 더 높은 점수를 기록하리라 생각한다. 긱벤치 5 멀티 코어 점수가 5,000점 정도까지 올라간다고 해도 놀라지 않을 것이다.

더 가치 있는 점은 이 테스트에서 가장 빠른 안드로이드폰은 약 3,000점이며, 5,000점은 6코어 메인스트림 데스크톱 CPU나 고급 노트북 CPU와 비슷한 수준이라는 점이다. 그것은 15인치 맥북 프로의 영역이다.
 

그래픽 성능 

앱 스토어가 처음 등장했을 때부터 아이폰은 게임기였다. 그러나 애플 아케이드 서비스가 있는 지금만큼 게임이 애플에 중요한 적이 없었다. 그래픽 성능은 게임을 빛나게 하며 이는 사실이다. 그렇지만 GPU는 이미지 처리, 머신 러닝, 그리고 많은 다른 작업에서 컴퓨팅 기능에도 사용된다.  

즉, GPU 성능이 매우 중요하며 애플은 A14를 가지고 더욱 나아갈 것이다.
 
ⓒ IDG

3D마크 슬링샷 익스트림 언리미티드 테스트를 살펴보면, 최근 추세로 예상한 것보다 A13의 성능이 크게 향상되었다. 필자는 약 4,800점을 예상했는데, 애플은 6,000점을 훨씬 넘었다! 최신 안드로이드폰을 이기기에 충분했지만, 이후 신형 모델들이 조금 더 나은 성능을 보여주었고, 올해 출시된 최상위 안드로이드폰들은 훨씬 더 발전할 것이다.

애플이 GPU를 더 강력하게 만들기 위해 상당한 트랜지스터 예산을 사용할 것으로 기대한다. 더 많은 메모리 대역폭과 함께, 이 테스트에서 우리는 아마도 낮은 7,000점 범위에 대한 추세선의 예측을 훨씬 능가하는 GPU 성능을 기대할 수 있을 것이다. 새로운 성능 병목현상을 제외하면 9,500점 이상의 점수는 확실히 가능하다고 생각한다. 즉, 게임에 사용되는 고급 그래픽의 종류에 대해서는 그래픽 성능이 50% 향상될 것으로 기대할 수 있다고 생각한다.
 
ⓒ IDG


컴퓨팅에 GPU를 사용하는 것에 관해서는 비슷한 속도 향상을 기대할 수 있을 것 같다. 더 큰 GPU와 더 빠른 클럭 속도와 더 많은 메모리 대역폭을 통해 50% 이상 향상될 수 있을 것이며, 긱벤치 5 컴퓨팅 점수도 9,500에서 10,000 사이로 높아질 수 있다.
 


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