2019.08.20

차세대 아이폰 칩 A13에 대한 모든 것 [업데이트]

Jason Cross | Macworld
애플의 차세대 SoC(System-on-a-Chip)에 대한 공식 발표까지 아직 많은 시간이 남았다. A13은 탑재될 새로운 아이폰 모델과 함께 9월에 공개될 예정으로 알려져 있다. 그러나 설계와 생산, 테스트에 몇 년이 소요된다. 애플이 갑자기 무엇을 바꾸기 힘든 긴 시간이 소요된다는 의미이다. 즉, 의도와 목적 측면에서 A13 디자인은 이미 완성된 단계에 있다고 말할 수 있다.

따라서 과거 A 시리즈 칩과 애플이 올해 사용할 생산 프로세스에 대한 정보를 바탕으로 추정, A13 칩에서 기대할 수 있는 사항에 대한 정보를 얻을 수 있다. 속도는 애플이 지금까지 개발한 아이폰용 SoC 가운데 가장 빠를 것으로 거의 확신할 수 있다. 정확히 얼마나 더 빠를까?

* 2019년 8월 20일 업데이트 : TSMC 프로세스 로드맵과 관련된 추가 정보와 최신 루머와 관련된 내용이 업데이트됐다.
 

향상된 7nm 공정에 기반을 둔 SoC

A13의 경우에도, 애플은 계속 칩 생산 기술을 선도하고 있는 생산 파트너인 TSMC와의 관계를 유지할 것으로 예상된다. 그러나 TSMC는 아직 새로운 칩 프로세스 노드에 있어 또 한 번 도약을 할 준비가 되지 않은 상태이다. 이 회사는 지난해에야 10nm 공정을 7nm으로 개선했다. 5nm 공정은 2020년 출시될 아이폰에 탑재될 수 있을 전망이다. 올해 모델은 지금처럼 7nm 프로세스에 기반을 두게 될 것이다.

그렇지만 생산 측면에서 성능 향상을 기대할 수 없다는 의미는 아니다. TSMC는 애플이 적용할 수 있는 개선된 7nm 공정 노드 2종이 있다. 기본 7nm 공정은 A12 칩에도 사용된 것으로, N7이라고도 부른다. TSMC는 일부 칩 레이어에 EUV(Extreme Ultraviolet) 리소그래피를 사용하는 N7+ 공정을 사용하는 첫 고객이 될 준비가 되었다. TSMC는 N7+가 칩의 밀도가 동일한 면적에서 20% 더 많은 로직으로, 전력 효율성이 10% 개선된다고 설명한다.

또한 TSMC는 ‘성능이 향상된’ 7nm 노드인 N7P를 갖고 있다. N7P는 EUV를 전혀 사용하지 않으며, A12에 사용된 7nm 공정의 최적화 버전이다. TSMC는 N7P가 성능이 같을 때 전력을 10% 덜 소비하거나, 같은 전력을 사용할 때 성능이 7% 더 높다고 설명한다.
 
2세대 7nm 공정은 더 효율적이지만, 7nm+가 훨씬 낫다.ⓒ TSMC

따라서, N7+가 더 뛰어난 TSMC 공정 프로세스이며, 애플은 대량 생산이 가능한 가장 최신 칩을 사용하곤 했다. 즉, 애플은 A13에 N7+ 노드를 사용할 가능성이 높다.


더 큰 프로세서

A12에서 구동 트랜지스터 수가 놀라운 수준인 69억 개로 증가했다. 그러나 다이 면적은 애플이 아이폰에 집어넣었던 가장 큰 칩과 차이가 큰 약 83mm²였다. 9년 동안 가장 작은 아이폰 칩이었다. A5와 A10은 120mm²가 넘었다.

다시 말해, 애플 아이폰 칩은 일반적으로 A12보다 크다. 특히 1년 전과 동일한 생산 공정으로 새 칩을 생산하는 경우는 그렇다. 보수적으로 A13이 25% 더 큰, 약 103mm²가 될 것으로 추정할 수 있다. TSMC의 향상된 공정으로 밀도가 증가해 구동 트랜지스터도 100억 개가 될 전망이다. 이 개수는 아이패드 프로에 탑재된 A12X와 같다.
 

CPU 성능

A13의 구동 트랜지스터 수가 A12X와 동일할 것으로 예상하지만, 애플이 트랜지스터 버짓(Budget)을 동일한 방식으로 써서, 고성능 CPU 코어를 2개에서 4개로 증가시키는 일은 없을 것으로 판단한다. 그 보다는 계속 2개의 고성능 CPU 코어와 4개의 에너지 효율 코어를 사용할 것으로 예상한다. 단 고성능 코어 수를 2개에서 3개로 늘릴 실낱 같은 가능성은 있다.

아마 애플은 아키텍처를 일부 조정하고, 최대 클록 속도를 높이는 방법으로 CPU 성능을 향상시킬 것이다. 애플 칩은 이미 경쟁 칩보다 더 빠르고, 이런 ‘왕좌’를 유지하는 데 많은 노력과 투자가 필요 없을 것이다.




애플은 최근 몇 년 간 싱글 코어 CPU 성능을 꾸준히 향상시켰다. 이런 추세가 계속된다고 가정하면, 기그벤치(Geekbench) 4 싱글 코어 CPU 점수가 약 5,200점이 될 것으로 예상한다. 모든 안드로이드 스마트폰은 물론이고, 심지어 대부분의 울트라북 노트북 컴퓨터보다 나은 성능이다.



멀티 코어 성능은 예측하기 더 힘들다. A10에서 A11으로 넘어가면서, 모든 저전력 고성능 코어가 함께 동작할 수 있도록 디자인을 변경한 덕분에 멀티 코어 성능이 크게 향상되면서 추세선이 예측이 힘들게 끔 왜곡되었기 때문이다. 애플이 코어 수를 늘리지 않는다고 가정하면, A13의 멀티 코어 성능은 1만 2,200에서 1만 2,500 사이가 될 것으로 예상한다. 단순히 개별 코어가 더 빨라진 것을 반영한 결과이다. 만약 3번째의 고성능 CPU 코어를 추가한다면, 성능 점수가 크게 뛰어 1만 5,000~1만 6,000 사이가 될 것이다.
 

그래픽 성능

그래픽 성능은 애플에 아주 중요하다. 무엇보다 프리미엄 게임과 애플 아케이드 서비스를 런칭할 계획이라는 점을 감안하면, 특히나 더 중요하다. 2가지 관점으로 그래픽 성능을 판단할 수 있다. 게임 같은 전통적인 3D 장면을 렌더링하는 성능, 복잡한 비그래픽 컴퓨팅(예: 이미지 처리)에 GPU를 사용하는 성능이다.



A 시리즈 프로세서는 지난 몇 세대 제품에 걸쳐 전통적인 그래픽 성능이 꾸준히 향상되었다. 메모리 대역폭이 제약이 되는 경우가 많아. 한 해 만에 아주 크게 성능이 향상되는 경우는 드물다. 지금까지의 추세가 계속된다고 가정하면, 3D마크 슬링샷 익스트림 언리미티드 점수는 대략 4,500점 정도일 것이다. 애플만 놓고 보면 아주 큰 향상이지만, 최신 퀄컴 칩만큼 빠르지는 않다.



애플은 그래픽과 컴퓨팅 모두에서, 메탈API를 사용했을 때보다 칩을 더 빠르게 만드는 방향으로 더 많은 것을 학습하는 것으로 보인다. 개인적으로 이런 추세가 계속될 것으로 생각한다. GPU의 메탈 성능은 A11에서 A12으로 넘어갈 때만큼 크게 향상되지 않겠지만, 그래도 기그벤치4 컴퓨트 점수가 2만 5,000을 넘을 전망이다.
 



2019.08.20

차세대 아이폰 칩 A13에 대한 모든 것 [업데이트]

Jason Cross | Macworld
애플의 차세대 SoC(System-on-a-Chip)에 대한 공식 발표까지 아직 많은 시간이 남았다. A13은 탑재될 새로운 아이폰 모델과 함께 9월에 공개될 예정으로 알려져 있다. 그러나 설계와 생산, 테스트에 몇 년이 소요된다. 애플이 갑자기 무엇을 바꾸기 힘든 긴 시간이 소요된다는 의미이다. 즉, 의도와 목적 측면에서 A13 디자인은 이미 완성된 단계에 있다고 말할 수 있다.

따라서 과거 A 시리즈 칩과 애플이 올해 사용할 생산 프로세스에 대한 정보를 바탕으로 추정, A13 칩에서 기대할 수 있는 사항에 대한 정보를 얻을 수 있다. 속도는 애플이 지금까지 개발한 아이폰용 SoC 가운데 가장 빠를 것으로 거의 확신할 수 있다. 정확히 얼마나 더 빠를까?

* 2019년 8월 20일 업데이트 : TSMC 프로세스 로드맵과 관련된 추가 정보와 최신 루머와 관련된 내용이 업데이트됐다.
 

향상된 7nm 공정에 기반을 둔 SoC

A13의 경우에도, 애플은 계속 칩 생산 기술을 선도하고 있는 생산 파트너인 TSMC와의 관계를 유지할 것으로 예상된다. 그러나 TSMC는 아직 새로운 칩 프로세스 노드에 있어 또 한 번 도약을 할 준비가 되지 않은 상태이다. 이 회사는 지난해에야 10nm 공정을 7nm으로 개선했다. 5nm 공정은 2020년 출시될 아이폰에 탑재될 수 있을 전망이다. 올해 모델은 지금처럼 7nm 프로세스에 기반을 두게 될 것이다.

그렇지만 생산 측면에서 성능 향상을 기대할 수 없다는 의미는 아니다. TSMC는 애플이 적용할 수 있는 개선된 7nm 공정 노드 2종이 있다. 기본 7nm 공정은 A12 칩에도 사용된 것으로, N7이라고도 부른다. TSMC는 일부 칩 레이어에 EUV(Extreme Ultraviolet) 리소그래피를 사용하는 N7+ 공정을 사용하는 첫 고객이 될 준비가 되었다. TSMC는 N7+가 칩의 밀도가 동일한 면적에서 20% 더 많은 로직으로, 전력 효율성이 10% 개선된다고 설명한다.

또한 TSMC는 ‘성능이 향상된’ 7nm 노드인 N7P를 갖고 있다. N7P는 EUV를 전혀 사용하지 않으며, A12에 사용된 7nm 공정의 최적화 버전이다. TSMC는 N7P가 성능이 같을 때 전력을 10% 덜 소비하거나, 같은 전력을 사용할 때 성능이 7% 더 높다고 설명한다.
 
2세대 7nm 공정은 더 효율적이지만, 7nm+가 훨씬 낫다.ⓒ TSMC

따라서, N7+가 더 뛰어난 TSMC 공정 프로세스이며, 애플은 대량 생산이 가능한 가장 최신 칩을 사용하곤 했다. 즉, 애플은 A13에 N7+ 노드를 사용할 가능성이 높다.


더 큰 프로세서

A12에서 구동 트랜지스터 수가 놀라운 수준인 69억 개로 증가했다. 그러나 다이 면적은 애플이 아이폰에 집어넣었던 가장 큰 칩과 차이가 큰 약 83mm²였다. 9년 동안 가장 작은 아이폰 칩이었다. A5와 A10은 120mm²가 넘었다.

다시 말해, 애플 아이폰 칩은 일반적으로 A12보다 크다. 특히 1년 전과 동일한 생산 공정으로 새 칩을 생산하는 경우는 그렇다. 보수적으로 A13이 25% 더 큰, 약 103mm²가 될 것으로 추정할 수 있다. TSMC의 향상된 공정으로 밀도가 증가해 구동 트랜지스터도 100억 개가 될 전망이다. 이 개수는 아이패드 프로에 탑재된 A12X와 같다.
 

CPU 성능

A13의 구동 트랜지스터 수가 A12X와 동일할 것으로 예상하지만, 애플이 트랜지스터 버짓(Budget)을 동일한 방식으로 써서, 고성능 CPU 코어를 2개에서 4개로 증가시키는 일은 없을 것으로 판단한다. 그 보다는 계속 2개의 고성능 CPU 코어와 4개의 에너지 효율 코어를 사용할 것으로 예상한다. 단 고성능 코어 수를 2개에서 3개로 늘릴 실낱 같은 가능성은 있다.

아마 애플은 아키텍처를 일부 조정하고, 최대 클록 속도를 높이는 방법으로 CPU 성능을 향상시킬 것이다. 애플 칩은 이미 경쟁 칩보다 더 빠르고, 이런 ‘왕좌’를 유지하는 데 많은 노력과 투자가 필요 없을 것이다.




애플은 최근 몇 년 간 싱글 코어 CPU 성능을 꾸준히 향상시켰다. 이런 추세가 계속된다고 가정하면, 기그벤치(Geekbench) 4 싱글 코어 CPU 점수가 약 5,200점이 될 것으로 예상한다. 모든 안드로이드 스마트폰은 물론이고, 심지어 대부분의 울트라북 노트북 컴퓨터보다 나은 성능이다.



멀티 코어 성능은 예측하기 더 힘들다. A10에서 A11으로 넘어가면서, 모든 저전력 고성능 코어가 함께 동작할 수 있도록 디자인을 변경한 덕분에 멀티 코어 성능이 크게 향상되면서 추세선이 예측이 힘들게 끔 왜곡되었기 때문이다. 애플이 코어 수를 늘리지 않는다고 가정하면, A13의 멀티 코어 성능은 1만 2,200에서 1만 2,500 사이가 될 것으로 예상한다. 단순히 개별 코어가 더 빨라진 것을 반영한 결과이다. 만약 3번째의 고성능 CPU 코어를 추가한다면, 성능 점수가 크게 뛰어 1만 5,000~1만 6,000 사이가 될 것이다.
 

그래픽 성능

그래픽 성능은 애플에 아주 중요하다. 무엇보다 프리미엄 게임과 애플 아케이드 서비스를 런칭할 계획이라는 점을 감안하면, 특히나 더 중요하다. 2가지 관점으로 그래픽 성능을 판단할 수 있다. 게임 같은 전통적인 3D 장면을 렌더링하는 성능, 복잡한 비그래픽 컴퓨팅(예: 이미지 처리)에 GPU를 사용하는 성능이다.



A 시리즈 프로세서는 지난 몇 세대 제품에 걸쳐 전통적인 그래픽 성능이 꾸준히 향상되었다. 메모리 대역폭이 제약이 되는 경우가 많아. 한 해 만에 아주 크게 성능이 향상되는 경우는 드물다. 지금까지의 추세가 계속된다고 가정하면, 3D마크 슬링샷 익스트림 언리미티드 점수는 대략 4,500점 정도일 것이다. 애플만 놓고 보면 아주 큰 향상이지만, 최신 퀄컴 칩만큼 빠르지는 않다.



애플은 그래픽과 컴퓨팅 모두에서, 메탈API를 사용했을 때보다 칩을 더 빠르게 만드는 방향으로 더 많은 것을 학습하는 것으로 보인다. 개인적으로 이런 추세가 계속될 것으로 생각한다. GPU의 메탈 성능은 A11에서 A12으로 넘어갈 때만큼 크게 향상되지 않겠지만, 그래도 기그벤치4 컴퓨트 점수가 2만 5,000을 넘을 전망이다.
 



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