2024년 A18 칩의 청사진…얼마나 똑똑해질까?

아이폰 16 출시와 동시에 새로운 A 시리즈 프로세서가 공개될 것이다. 지난 몇 년 동안 그랬던 것처럼 최고급 프로 모델에는 새로운 프로세서가 탑재되고, 프로가 아닌 일반 아이폰 16 모델에는 아이폰 15 프로의 A17 프로 칩이 탑재될 것이다.

애플은 비밀이 많은 회사로 유명하므로 제품 세부 정보는 발매까지 알려지지 않는 경우가 많지만, 지난 몇 년 동안의 A 시리즈 프로세서의 역사와 성능, 최근 소문과 전반적 업계 동향으로 미루어 올해 애플의 아이폰 칩에서 기대할 만한 것들을 꼽아 보자.
 

프로 아이폰, 아니면 일반 아이폰?

지난해 애플은 예상가능한 업그레이드 패턴에 큰 변화를 도입했다. A17 바이오닉에서 A17 프로로 칩 이름을 바꾼 것은 매 세대마다 새로운 비 프로 칩이 출시된다는 암시다. 아직 실현되지는 않았지만 올해에는 칩 이름과 역할에 변화가 생길 것으로 보인다.
 

• 애플이 아이폰 16 프로와 프로 맥스에 탑재될 A18 프로세서 칩을 만든다. 본질적으로 A17 프로에 새로운 이름을 붙인 것이다. 기술 사양이 약간 다를 수 있겠지만 성능과 기능은 A17 프로와 동일하다.
• 프로가 아닌 일반 아이폰을 위해 새롭게 설계된 A18 칩을 제작한다. A18 프로와 동일한 아키텍처를 기반으로 하나 일부 영역에서 성능이 떨어진다. 클럭 속도가 낮거나 활성 코어 수가 줄었기 때문일 것이다.
• A17 프로를 아이폰 16과 아이폰 16 플러스에 계속 사용한다. 이 경우 A18 프로는 유일하게 새로운 아이폰 칩이다. 아이폰 15와 14세대에서도 같은 일이 있었다.

어느 쪽이 더 가능성 높다고 하기는 어렵지만, 고성능 칩은 아마도 다시 한번 바이오닉이 아니라 프로라는 이름을 달고 아이폰 16 프로 전용으로 탑재될 것이다. 2024년 아이폰 16의 보급형 칩이 A18 칩이 될 것이라는 소문도 있었지만, 사실이라고 해도 정말 신형 칩일지 아니면 단지 아이폰 17 프로에 실렸던 칩이 이름만 바꿀지는 알 수 없다. 지난해에도 비슷한 소문이 있었다.

이제 2024년 아이폰에 탑재될 고급 버전 칩인 A18 프로를 살펴 보자.
 

여전히 3nm 공정

A17 프로는 3nm 공정으로 만들어진 최초의 대중적 칩이었다. TSMC가 다음 단계인 2nm 칩을 준비하고 있지만 빨라도 내년은 돼야 출시가 가능할 것으로 보인다. 따라서 A18 프로도 TSMC의 3nm 공정으로 만들어질 것이다.

A17 프로의 3nm 공정은 N3으로 알려졌는데, TSMC가 N3E로 알려진 새로운 공정을 보유하고 있다. 대규모 제조가 훨씬 쉽다. 또 기존 N3 공정보다 전력 효율이 조금 더 높지만 밀도는 낮기 때문에 N3E 칩은 N3로 만든 동일한 칩보다 약간 더 커진다. 또한 3nm 기술의 첫 반복 공정이므로 가격도 비쌌다.

A18 프로가 A17 프로보다 물리적 크기가 더 클 것이라는 소문이 있는데, N3E로의 전환 외에 애플이 트랜지스터 수를 200억 개 이상으로 늘리기 때문일 것이다. A17 프로의 트랜지스터 수는 190억 개다. 최신 인텔 랩터 레이크 노트북 CPU의 트랜지스터 수는 약 260억 개로 추정되며, 엔비디아 지포스 제품군의 최상위 GPU인 4090 RTX는 740억 개다.
 

CPU 성능 향상

모든 소문은 AI 성능에만 중점을 두고 있다. 최근 가장 뜨거운 주제이기 때문이다. 그러나 애플은 CPU 성능에도 항상 신경을 쓰고 있다. A 시리즈 아이폰/아이패드 칩과 M 시리즈 맥과 아이패드 프로 칩은 핵심 설계를 공유한다.

다음은 A11까지 거슬러 올라가는 아이폰 칩의 싱글 코어 6 성능 차트다.
 

가장 눈에 띄는 것은 꾸준히 향상된 싱글 코어 성능이다. 지난 시리즈의 추세로 미루어 A18의 성능을 추정해 보니 긱벤치 6 싱글 코어 점수가 약 3,200점에 달했다. 최고급 데스크톱 CPU인 인텔 코어 i9-13900KS를 약간 더 능가하는 속도다.

물론 강력한 데스크톱이나 노트북 CPU는 스마트폰 프로세서보다 더 코어가 많다. A18 프로는 최신 A 시리즈 칩과 동일하게 구성(성능 코어 2개, 효율 코어 4개)될 것으로 예상된다.
 

코어 수가 같더라도 더 빠른 코어, 캐시, 메모리를 사용하면 멀티코어 점수가 높아진다. 멀티코어 성능도 꾸준히 향상돼 왔기 때문에 갑자기 추세에 반하는 움직임이 나타날 것 같지는 않다, 8,200점 이상의 멀티코어 점수는 A18 프로가 3년 전 인텔이나 AMD 중간급 노트북 CPU와 같은 수준이다.
 

계속 나아지는 GPU 성능

3D마크 와일드 라이프 벤치마크를 무제한 모드에서 사용하면, 시간이 지나면서 GPU 성능이 얼마나 향상됐는지 확인할 수 있다. 프레임 속도는 아이폰 X보다 4배 좋아졌다. CPU만큼 안정적이지는 않아서 성능 개선 폭이 때마다 10% 이하이기도 하고, 30% 이상이기도 하다.
 

GPU 코어를 더 추가하지 않는다는 소문도 있지만, 이번에도 GPU 성능은 어느 정도 개선될 것이다. 아키텍처 효율성이 큰 도움이 될 것이다.

3D마크 솔라 베이 테스트는 레이 트레이싱 성능을 강조하므로 프레임 속도가 전체적으로 훨씬 낮다.
 

이 테스트에서는 애플이 레이 트레이싱을 가속화하는 데 도움이 되는 하드웨어를 추가했기 때문에 A17 프로의 성능이 크게 향상되었다. 올해에는 약간의 조정이 있을 수 있지만, 이번 테스트에서는 A18 프로에서도 비슷한 수준의 향상을 기대할 수 없을 것으로 예상되며, 아마도 10~15% 정도 향상될 것으로 보인다.
 

업그레이드 기대되는 뉴럴 엔진

뉴럴 엔진은 애플이 그래픽 처리를 위해 만든 GPU와 같은 방식으로 머신 러닝, 딥 러닝 및 AI 소프트웨어를 위한 신경망을 최적으로 실행하기 위해 만든 특수 하드웨어인 NPU 또는 "신경 프로세서 유닛"의 이름이다.

애플은 올해 iOS 18과 아이폰 16 라인에 대규모 AI 기능을 추가하는 등 AI에 집중하는 것으로 알려져 있다. 뉴럴 엔진의 성능이 대폭 향상될 것이라고 기대하는 이유다.

하지만 뉴럴 엔진은 아이폰 8과 아이폰 X에 탑재된 A11에 처음 도입된 이후 일정한 속도로 속도가 빨라지고 있다. 첫 번째 뉴럴 엔진은 초당 6,000억 번의 연산을 수행할 수 있었지만, A17 프로의 뉴럴 엔진은 초당 35조 번의 연산(TOPS)을 처리할 수 있다고 주장한다.

NPU만을 대상으로 하는 새로운 긱벤치 ML 벤치마크에서 지금까지의 성능 개선 폭을 살펴 보자.
 

긱벤치 ML은 0.6 버전에만 있는 비교적 새로운 벤치마크로, 이미지 인식, 물체 분류, 이미지 초고해상도 및 언어 처리와 같은 일련의 머신러닝 작업을 실행하여 CPU, GPU 및 NPU의 성능을 평가한다. 뉴럴 엔진만 테스트한 결과, 지난 6년 동안 8배 이상 향상되었으며, 연평균 약 20%의 속도 향상을 보였다.

특히 애플은 뉴럴 엔진 성능이 17 TOPS에서 35 TOPS로 뛰어올랐다고 밝혔지만, A16에서 A17 세대로 넘어오면서 점수가 2배가 되지는 않았다. 최대 성능 사양은 실제 성능 수치와 일치하지 않는 경우가 많다.

애플의 뉴럴 엔진은 이미 스냅드래곤 8+ 1세대(휴대폰에 따라 약 2,800점)나 구글의 텐서 G3(2,400점 미만) 같은 경쟁사 NPU보다 훨씬 더 나은 성능을 제공한다. 단순히 과거의 성능 향상을 미래로 예측하면 4,100점에 가까운 점수로 대부분의 경쟁사보다 압도적인 우위를 점할 것이다.

하지만 A18 프로의 경우 차트를 무시해도 될 것 같다. 최근 애플이 뉴럴 엔진을 더욱 강화하고 많은 고급 AI 기능을 기기 안에서 직접 구동하기 위해 성능 향상을 도모한다는 소문이 있ㅇ렀다. 올해 뉴럴 엔진에 대해 50점이 넘는 엄청난 벤치마크 점수를 앞세워도 놀랍지 않을 것이다. 5,000점에 가까운 긱벤치 ML 점수가 등장할 수도 있다.
 

RAM과 5G

물론 A18 프로에는 CPU, GPU, 뉴럴 엔진 외에도 더 많은 것이 있다. 기술적으로는 A18 프로에 포함되지 않았지만 셀룰러 모뎀처럼 아이폰 사용자에게 여전히 중요한 관련 칩도 있다.

새로운 LPDDR6 메모리 표준은 아직 올해 아이폰에 적용하기는 어렵지만, 애플은 LPDDR5에서 LPDDR5x로 전환하여 메모리 대역폭을 약간 더 늘리고 전력을 덜 사용할 수 있을 것이다. A17 프로의 RAM은 6GB에서 8GB으로 도약했는데, 여기서 더 늘리기에는 너무 이른 감이 있다. 반면에 AI 모델은 메모리를 많이 사용하는 경향이 있으며 애플이 새 휴대폰에서 더 크고 정교한 AI 모델을 구현하기 위해 RAM을 늘릴 수도 있다.

무선 측면에서는 더 빠르고 안정적인 5G 연결을 위해 퀄컴의 스냅드래곤 X75 모뎀으로 업그레이드될 것으로 예상한다. 애플은 수년 동안 자체 무선 칩을 개발해 왔지만 충분한 경험을 제공할 수준까지 끌어올리는 데 어려움을 겪고 있다. 또한 와이파이 7로 업그레이드된다는 소문이 있고, 물론 아이폰 15 제품군과 유사한 초광대역, 블루투스 및 NFC 기능을 기대할 수 있을 것이다.
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