리짜르도의 즐거운 인생 이야기

데스크탑 PC의 두뇌인 CPU라고 하면 가장 먼저 떠오르는 제조업체는 인텔이다. 

모바일 기기인 스마트폰의 95%, 태블릿 PC의 35% 점유율을 가진 CPU 제조업체는 ARM 이다.

이러한 각 전자기기 디바이스별 장착되는 CPU에 대해 알아보기로 한다.

1.영국의 반도체 회사 : ARM

ARM은 반도체를 직접 생산하지 않고, 오랜 기간 소형기기의 CPU를 설계했다.

1982년부터 마이크로소프트-IBM 연합 PC에 대응하기 위해 칩 설계를 시작해 현재는 세계 최고의 모바일 

CPU 제조업체로 자리 잡았다.

전세계 95%의 스마트폰과 소형기기에 ARM CPU가 적용된다.

전자계산기의 CPU부터 태블릿 PC의 CPU까지 디자인하고 있다.

소형기기에 대한 노하우가 다른 업체에 비해 월등하여 전력 관리 부분에서 탁월한 성능을 발휘한다.

ARM은 기술력을 바탕으로 반도체를 설계하고 그 설계를 칩 제조업체에 판매한다.

퀄컴의 스냅드래곤, 엔비디아의 태그라, 애플의 A칩, 삼성의 허밍버드->엑시노스가 ARM의 원천기술을 

바탕으로 탄생한 CPU이다.

   [삼성 엑시노스 CPU]                             [퀄컴 스냅드래곤 CPU]

                                          [애플 A5 CPU]                             [엔비디아 태그라 4 CPU]

★ ARM CPU의 장점 ★

▶ 뛰어난 와트당 성능비 : ARM이 내세우는 가장 큰 장점 가운데 하나는 저전력이다. 

모바일은 PC와 달리 배터리 전원에 의존할 수밖에 없다. 현재 스마트폰의 사용 중 요구하는 전력은 800mW로, 

여기에 AMOLED와 구성요소를 포함한 화면에 사용하는 전력도 300mW이다. 

전력 소비량은 더 줄어들 수 있지만 중요한 것은 배터리 용량이 더디게 늘어난다는 것이다.

▶ 불필요한 냉각 시스템 : 1978년 처음 등장한 x86 계열은 계속 MMX나 SSE 등 수많은 명령어를 추가했다.

32년 동안 꾸준히 추가한 명령어에는 하나당 17바이트가 필요하다.

ARM은 같은 명령어를 구현할 때 필요한 수준이 2~4바이트이다.

많은 명령어를 처리하려다 보니 PCB 면적 자체도 커질 수밖에 없다.

실제로 인텔의 모바일 프로세서인 아톰 PCB 면적은 가로/세로 10mm 지만 ARM은 7.8X3.1mm에 불과하다.

저전력이므로 125˚C까지는 쿨러 없이도 작동한다.

쿨러가 없어 배터리 사용 시간이 늘어난다.

ARM이 제시한 아톰과 ARM 아키텍처의 비교 결과를 보면 작동 클럭이 800MHz로 같은 아톰과 코어텍스 A8은 대기모드에서 

아톰이 0.8일인 반면 ARM은 일주일이다. 평균 사용시간으로 봐도 아톰은 0.4일, ARM은 6.9일이다. (1,400mAh 배터리)

▶ 쉬운 멀티코어 구성 : ARM의 또 다른 장점은 클러스터링이다.

ARM 기반 프로세서 여러 개가 서로 필요할 때 마다 협업할 수 있도록 제작되엇다.

ARM의 코어링크 400 시리즈는 멀티코어 프로세서 클러스터를 도입한 제품이다.

저전력을 유지하면서 프로세서끼리 메모리 자원을 공유하고 전체 성능은 높인 것이다.

★ SoC 프로세서 ★

SoC (System on Chip) 는 서로 다른 기능의 반도체들을 하나로 통합하는 과정에서 나온 말로 핵심은 소형화에 있다.

이용 분야는 거의 모든 전자제품에 해당되는데 대부분의 전자제품이 한 가지 기능만을 갖지 않기 때문이다.

반도체를 SoC화하면 소형화, 저전력화라는 장점이 있고, 단점은 만들기 어렵고 제조비용이 많이 들어간다.