스마트폰의 두뇌 CPU

스마트폰의 두뇌 CPU

우리가 가정에서 사용하는 데스크톱에서와 같이 CPU는 스마트폰의 성능을 좌우하는 두뇌의 역할을 하는 곳이다. 최근 출시되는 대다수의 스마트폰을 보면 듀얼코어에 1GHz 이상의 클록속도를 지원하고 있는데 스마트폰과 태블릿PC등의 디바이스들이 전력 소모는 최소화하면서도 빠른 CPU를 요구함에 따라 모바일CPU가 모바일 전쟁의 중요 승부처로 부상하고 있다.

이에 오늘은 현재 모바일 CPU시장의 상황을 살펴보고 CPU의 특징과 성능을 판단하는 방법에 대해 살펴보도록 하자.

CPU(Central Processing Unit: 중앙처리장치)란?

CPU는 컴퓨터에서 실행되는 모든 프로그램의 명령을 해석하여 실행하는 장치로 데스크톱의 경우 장착된 CPU를 제품명으로 사용할 정도로 성능에 핵심적인 부품이다.

 

Soc(System on Chip)이란?

CPU가 휴대폰의 성능에 핵심적인 역할을 하는 것은 사실이지만 휴대폰이 CPU 만으로 동작할 수는 없다. 집에 있는 데스크톱의 뚜껑을 열어 메인보드를 살펴보면 메모리, 그래픽카드, 키보드, 마우스, 하드디스크 등 수많은 부품을 연결하기 위한 칩들이 꼽혀 있는 것처럼 휴대폰도 여러 가지 장치들과 CPU간의 관계가 성능에 큰 영향을 미치게 된다.

과거에는 ARM과 같이 CPU를 만드는 회사가 자신들이 만든 CPU 코어를 직접 칩으로 만들어 팔아왔다. 하지만 최근에는 회로 자체를 여러 회사에게 풀 라이센싱 방식으로 제공하며 칩을 제작할 수 있는 능력을 갖춘 회사들은 CPU코어 회로를 기반으로 그래픽 콘트롤러나 메모리 콘트롤러 같은 추가적인 모듈을 추가하여 새로운 커스텀 프로세서(SoC, System on Chip)를 만들어 자사 제품에 사용하고 있다. 최근 출시되는 휴대폰에 사용되는 CPU는 모두 이런 SoC 칩을 사용한다

 

스마트폰 CPU 경쟁 현황

* 스마트폰 CPU 전쟁현황

제조사명	CPU명	특징
애플(Apple)	A4, A5	칩셋 디자인은 직접하며, 외주업체를 통해 생산
삼성	엑시노스	디자인과 제조 모두 자체적으로 해결
엔비디아	테그라	GPU 사업을 기반으로 모바일CPU분야에 진입
퀄컴	스냅드래곤	기존 사업강화와 방어
TI	OMAP	기존 사업강화와 방아
인텔	메드필드	컴퓨터CPU 사업을 기반으로 모바일CPU 분야에 진입

ARM은 애플과 삼성 등 스마트폰 제조사는 물론 퀄컴, TI등에도 저전력 모바일CPU 디자인을 제공하면서 승승장구하고 있으며 그래픽 디자인용 칩(GPU) 전문 회사로 유명하던 엔비디아는 모바일CPU 시장에 뛰어들어 이 시장의 강자로 자리매김한 상태다. 또한 퀄컴과 TI등의 기존 반도체업체들도 각각 '스냅드래곤', 'OMAP' 시리즈와 같은 제품을 통해 모바일CPU분야의 시장 지배력을 높이고 있다.

특히 애플이 모바일 CPU분야에 뛰어들면서 삼성전자, LG전자, 노키아 등 스마트폰 제조사가 이 시장에 뛰어들었고 이로 인해 스마트폰의 CPU시장의 경쟁은 더욱 치열해지고 있다.

CPU의 속도

CPU의 데이터 처리속도는 클록 주파수가 얼마나 빠른가에 의해 결정된다. CPU는 작동클록을 높이기 위해 메인보드 칩셋에서 CPU로 공급되는 시스템 클록을 증가시켜 사용하는데 펜티엄 4부터는 시스템 클록을 4배로 증가시켜 사용하는 기술이 적용되었다.

보통 펜티엄4, 펜티엄D, 코어2듀어 CPU지원 칩셋은 100MHz 또는 133MHz, 200MHz, 266MHz 의 시스템 클록을 제공하는데, 메인보드 칩셋에서 CPU로 공급되는 시스템 클록에 9~20배 이상의 클록 배수를 적용해 CPU에 전달하므로 클록 주파수가 크게 증가하게 되는 것이다.

예를 들어 코어2 듀오의 모델의 시스템 클록이 266MHz이라면 이 수치가 9배 뻥튀기되어 2.4GHz(266X9)의 속도가 나오는 것이다.

CPU작동 속도 = 호스트 클록 X 클록배수

 

CPU 성능의 차이

이런 CPU의 성능의 차이는 CPU 의존도가 높은 작업을 수행할 때 나타나게 되는데 과거에는 두 가지 작업을 동시에 수행하는 멀티태스킹 수행 시 성능차이를 느낄 수 있었지만 최근에는 동영상 인코딩 작업이나 3D게임을 할 때 보다 생생한 차이를 느낄 수 있다.

 

차세대CPU, 멀티코어가 대세인 이유

앞서 CPU의 속도는 클록 주파수에 의해 결정된다하였다. 그럼 단순히 클록 주파수만 증가시키면 최고의 성능을 가진 CPU가 탄생될 수 있을까?

답은 그렇지 않다. CPU의 클록속도가 증가되면 그 만큼 발열량과 전력소모량도 엄청나게 증가되기 때문이다. 결국 클록 이 아닌 다른 방법. 즉 멀티 코어로 CPU의 성능을 올리는 방법을 찾게 되었는데. 멀티코어란 싱글 코어에 비해 클록 이 낮은 코어 두 개를 이용해 전체적인 성능을 올리는 방법을 말한다.

이는 클럭을 높이지 않고 새로운 아키텍처를 개발하지 않아도 쉽게 성능을 끌어 올릴 수 있는 장점이 있기 때문에 앞으로 CPU는 계속해서 코어 수를 늘려가는 멀티 코어로 개발될 것이라고 한다.

※ 참고: 싱글코어, 듀얼코어, 쿼드코어란? 

싱글코어는 코어가 1개 듀얼코어는 코어가 2개, 쿼드는 듀얼코어가 듀얼로 들어가 있는(4개의 칩이 있는)CPU를 말한다. 하지만 듀얼코어는 넓은 범위에서는 코어가 2개라는 의미일 뿐, 좁은 범위에서는 팬티엄D와 같은 비공유 캐시 CPU라 할 수 있다.

듀얼코어와 코어2듀어의 차이점은 캐시의 공유여부인데 캐시란 CPU가 자주 쓰는 명령어나 데이터를 기억하는 임시기억장치를 말한다. 좁은 범위의 듀얼코어는 각각 코어마다 캐시가 달려있다. 두 CPU가 간섭을 안하고 각각 자기 일을 하는 것이므로 전력소모가 클 수밖에 없다. 한 사람이 해야 할 일도 2명이 반반씩 나눠서 하게 되므로 전력소모가 나타나게 되는 것이다.

하지만 코어2듀어는 캐시메모리를 공유하여 서로 협동하며 일을 한다. 한 사람이 해야 할 일이라면 한 명만 일을 하면 되기에 전력소모가 적으며 성능은 2배가 되는 것이다.