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경제

칩 설계: 애플, 그리고 다른 모든 사람들

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칩 설계: 애플, 그리고 다른 모든 사람들

요약
9월과 10월에 3개의 ARM 칩이 새로 출시되었다.
애플은 성능/전력 소비 매트릭스에서 선두를 유지하고 있으며, 이제 노트북에 이를 도입했다.
애플은 PC 칩에 들어가는 것에 대한 모든 사람들의 생각을 향상시켰다.
퀄컴은 2위 자리를 굳건히 지키고 있다. 누비아 스냅드라곤은 전체 라인에서 크게 한 단계 올라갈 것이다.
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Apple MacBook Pro
게티 이미지를 통한 Natalia SERDYUK/iStock 편집

바쁜 몇 주
9월과 10월에 불과 몇 주 만에 우리는 스마트폰과 PC를 위한 세 개의 새로운 칩이 출시되는 것을 보았다.

아이폰 13의 애플(AAPL) A15
애플의 M1 프로와 맥스는 새로운 맥북 프로에 출연한다.
픽셀 6의 구글(GUGL) 모바일 텐서.
주요 테이크웨이:
애플은 성능/전력 소비 매트릭스에서 선두를 유지하고 있으며, 이제 PC에 이를 도입했다. 그들은 PC 칩에 무엇이 들어가는지에 대한 모든 사람들의 생각을 향상시켰다.
구글 텐서는 여러모로 실망스럽지만 픽셀6가 안드로이드폰 특유의 기능을 갖출 수 있게 해 더 많은 것들이 나올 것으로 보인다.
퀄컴은 2위 자리를 굳건히 지키고 있다. 누비아 스냅드라곤은 전체 라인에서 크게 한 단계 올라갈 것이다.
인텔의 PC용 12세대 코어 칩 발표와 AMD의 데이터센터 칩 발표도 이어졌다. 그것들에 대해서는 내가 따로 다루겠다.

성능 및 전력 소비량
칩 성능은 헤드라인을 장식하지만 하드웨어 설계자들은 전력 소비량에 대해서도 똑같이 신경을 쓴다. 칩이 더 많은 전력을 사용할 때, 그것은 더 많은 성능을 의미하지만, 그것은 또한 더 많은 열을 의미하며, 설계자들은 그 열을 발산할 방법을 찾을 필요가 있다. 그렇지 않으면 실리콘이 녹을 것이다. 네가 가진 모든 것은 더 빨리 달릴 수 있지만 오래 달릴 수는 없다.

그래서 스마트폰과 PC 디자이너들은 수십 년 동안 이 섬세한 선을 걸어야만 했다. 거의 오랫동안, 그들은 Intel (INTC)과 AMD (AMD)에게 너무 많은 성능을 희생하지 않고 더 적은 전력을 소비하는 칩으로 만들어 달라고 애원해왔고, 둘 다 공급하지 못했다 - 인텔 아톰은 이러한 노력의 주요 결과였다. 2021년 롱뷰 캐피탈의 ARM 포트폴리오 전체가 이러한 실패에 기인한다.

왜 이것이 중요한지에 대한 가장 좋은 설명은 스티브 잡스에서 나온다. 이것은 애플이 왜 맥을 파워에서 바꾸었는지 개발자들에게 설명하는 그의 WWDC 기조다.PC에서 Intel으로 2005년.


결국 중요한 것은 칩이 아닌 제품이고, 애플은 열 방출 문제로 PPC 칩으로 원하는 제품을 만들지 못했다. 15년 후, 애플은 2020년 WWDC에서 인텔에서 ARM 기반 애플 실리콘으로 옮겨갈 때 마스터로부터 독립했다.


이제, 기술 언론에서 와트당 성능은 특히 아난드테크와 같은 하드코어 기어 헤드 아웃렛에서 더 많은 관심을 받기 시작했다.

Chip performance and power consumption


AnandTech 차트.

AnandTech의 괴짜들은 이러한 것들을 데이터 시각화보다 훨씬 더 잘 테스트하지만, Y축에서 보듯이 성능 벤치마크가 있고, X축에는 칩에서 벤치마크 시퀀스를 실행하는 데 필요한 총 에너지가 있다. 우리는 잠시 후에 그 추악한 차트를 정리하겠지만, 이 두 축의 모양 즉 성능과 전력 소비는 하드웨어 설계자들이 칩을 평가하는 방법이다. 이는 ARM 칩, 특히 현재 애플이 보유하고 있는 주요 장점이다.

노트북과 비교할 만한 전력 측정치는 없지만, 왼쪽 상단 표지에서 볼 수 있듯이 애플의 '고성능' A15 스마트폰 코어(다크 그레이)가 지금 당장 구입할 수 있는 가장 빠른 노트북 칩인 AMD 라이젠 5950X에 의해 성능에서 근소하게 앞섰다.

모바일 칩스
이 섹션에서 비교할 4가지 칩:

애플의 A15.
구글의 텐서.
퀄컴(QCOM)이 안드로이드 플래그십 폰칩인 스냅드래곤 888을 압도했다.
삼성(OTC:SSNLF) 대부분의 플래그십 폰에서 사용하지 않는 엑시노스 2100은 퀄컴이 더 좋고 5G도 탑재돼 있어 선호한다. 하지만 삼성은 구글의 텐서 파트너였기 때문에 중요한 비교가 된다.
모바일 칩, 그리고 점점 더 많은 PC 칩이 일반 로직 운영을 위한 두 가지 유형의 CPU 코어를 가지고 있다. ARM은 이것을 "크게"라고 부른다.리틀." 리틀 코어는 높은 전력 효율을 위한 것이다. 이것들은 대부분의 작업을 수행하고 대부분의 스마트폰이 좋은 배터리 수명을 얻을 수 있는 이유다 - 그들은 거의 전력 소모 없이 대부분의 일을 할 수 있다. 큰 코어는 대부분 유휴 상태지만 무거운 짐을 지고 킥오프한다. 어떤 코어로 작업을 보낼지 운영체제가 결정한다.

먼저 CPU의 고효율 코어부터 살펴보시죠.

CPU
Mobile high efficiency cores

보시는 것처럼 애플이 안드로이드 경쟁을 진짜로 파괴하는 곳이 바로 여기에 있다. 그들은 차세대 퀄컴보다 3.5배 빠른 속도로 벤치마크를 완성하고, 40%의 에너지만을 사용하여 임무를 완성하는데, 이는 대부분 훨씬 더 빨리 끝나기 때문이다.

이 모든 차트에 있는 구글과 삼성의 점들은 흥미로울 것이다. 왜냐하면 삼성이 구글의 텐서를 디자인하고 제조하는 것을 도왔기 때문이다. 나를 포함한 모든 사람들은 삼성의 E2100과 같을 것이라고 추측했지만, 구글의 AI/ML 유닛이 그 안에 들어 있었다. 그것은 완전히 사실이 아니다. 비슷하지만, 구글은 CPU와 GPU 코어로 몇 가지 다른 설계 선택을 했다.

효율성 코어에서 구글은 애플을 제외한 모든 칩이 사용하는 ARM의 주식 A55 코어에서 삼성이 얻는 것보다 조금 더 많은 성능을 발휘하기로 결정했다. 그러나 비용은 17% 더 높은 와트 수 추첨과 10% 더 많은 에너지가 벤치마크 작업을 완료하는데 사용되었으며, 비록 더 빨리 완료되더라도 말이다. 퀄컴은 S888이 삼성에서 생산되고 있음에도 불구하고 이곳에서는 삼성보다 훨씬 앞서 있다. 애플이 그들 중 가장 앞서 있다.

고성능 코어로 이동:

Mobile high performance cores

우리는 거의 같은 것을 본다.

애플이 퀄컴에 앞서고 있는 것은 고효율 코어에 비해 드라마틱하지는 않지만 여전히 벤치마크를 60% 더 빨리 끝내고, 이를 위해 21%의 에너지를 덜 사용한다. 애플 칩은 실제로 퀄컴보다 와트수가 더 높지만, 훨씬 빨리 끝나기 때문에 총 에너지를 덜 소비한다.
퀄컴은 모든 안드로이드 칩 고성능 코어가 기반인 ARM의 주식 X1 코어 구현에서도 삼성을 죽이고 있다.
여기서 성능 코어에 대해 구글은 효율 코어에 대해 반대 결정을 내렸다. 그들은 공연을 좀 줄이고, 전력을 절약하기로 결정했다.
애플은 정말로 퀄컴과 삼성 모두에게 그것을 가져가고 있고, 그래서 안드로이드 칩 제조업체들은 큰 것에 중간 층을 추가하기로 결정했다.작은 샌드위치. 내 생각에, 이것은 잘 풀리지 않는다.

Mobile mid performance cores

여기서 우리는 텐서상에서 구글의 가장 큰 디자인 선택을 볼 수 있다. 삼성의 ARM A78 코어 구현은 퀄컴보다 훨씬 안 좋은 만큼 이전 세대 A76으로 복귀해 에너지 절감 효과를 은행화하기로 했다. 그러나 이 과정에서 미드코어는 애플의 효율보다 성능이 떨어지지만 에너지 비용은 3배나 된다.

애플이 여기 있는 모든 사람들에 대해 선두를 달리고 있는 것은 분명한데, 왜 그들이 미드코어를 필요로 하지 않는지 알 수 있을 것이다. 그들은 칩에 더 많은 공간을 거기에 넣고 싶은 다른 것들을 위해 남겨둔다.

와트당 성능으로 종합해 보면 퀄컴이 먼 2위라는 점에서 애플이 앞서고 있는 것은 분명하다.

Mobile CPU performance per watt


효율성 코어는 A15가 돈을 버는 곳이다.

그래픽스
GPU 전력 드로우는 분리하기가 더 어렵기 때문에 여기서 AnandTech는 벤치마크 완료 시 전화기의 전력 드로잉을 지속해서 사용한다.

Mobile graphics


성능상 애플이 여기서 앞서고 있는 것은 분명하지만 두 아이폰 13s 모두 스냅드래곤 888이 탑재된 갤럭시S21U, 즉 픽셀 6보다 더 많은 전력을 사용한다. 하지만 그 여분의 힘은 애플에게 훨씬 더 많은 성능을 주어서 그들은 그래픽에서도 와트당 성능의 왕으로 남아있다.

Graphics performance per watt

퀄컴의 구현은 안드로이드 칩 가운데 최고로 남아 있다. 구글은 이 과정에서 삼성 GPU의 전력 소비량을 큰 히트로 튜닝하는 방식을 택했다.

머신러닝
구글이 실제로 자체 칩을 만들도록 자극한 것은 퀄컴 칩에서 AI와 ML의 약세였다. 애플은 한동안 이를 위해 노력해왔으며, 머신러닝 코어와 관련 소프트웨어는 스마트폰에서 최고로 남아 있다. 그러나 일반적으로 구글은 AI의 왕이다. 구글보다 AI를 더 오래, 더 열심히 일해 온 사람은 없지만, 그들이 추가하고 싶은 기능은 퀄컴이나 삼성의 하드웨어에서 충분히 빨리 실행될 수 없기 때문에 좋은 사용자 경험을 할 수 있다.

그래서 그것이 여기서 중요한 점이었다. 구글은 텐서사가 CPU와 GPU에서 퀄컴으로부터 구입할 수 있는 것만큼 좋지 않을 것이라고 이해했지만, 최고급 AI/ML 하드웨어의 부족은 그들의 소프트웨어 병목현상이었다.

여기에 ML 벤치마크가 있지만 일반 컴퓨팅을 테스트하는 CPU 및 그래픽 벤치마크만큼 관련성이 있지는 않다. 스마트폰 칩에 이들 장치를 탑재한 것은 일반 제품이 아닌 음성인식, 사진처리 등 특정 기능을 가능케 하기 위해서다. 따라서 이는 각 기능 구현에 고유한 하드웨어, 소프트웨어 및 데이터베이스의 조합이며, 일반적인 기계 학습 과제에 대한 비교는 그다지 관련성이 없다.

그러나 애플과 구글의 핵심은 애플과 구글은 다른 전화기에서는 없는 중요한 기능인 기기 내 음성 인식을 가능하게 할 수 있다는 것이다. 앞으로 더 올 것이요.

노트북: M1 Pro 및 M1 최대
애플은 노트북 칩이 어떻게 생겼고 어떤 일을 할 수 있는지에 대한 모든 사람들의 생각을 폭발시켰다. 스마트폰과 노트북 칩은 흔히 "칩 위의 시스템" 또는 SoCs라고 불린다. 인텔과 AMD의 노트북 칩은 CPU와 취약한 통합형 GPU를 갖고 있다. 예를 들어 iPhone에서:

머신러닝 코어(machine learning core.
보안 폐쇄 및 암호화 가속기.
오디오, 비디오 및 사진을 위한 특수 유닛.
퀄컴 스냅드래곤도 5G 라디오를 탑재했다. 이것들은 정말로 칩 위에 있는 시스템이다.

이제 애플은 이것을 노트북에 가지고 왔다. CPU와 GPU에 대해 이야기하겠지만, 모든 M1 칩은 앞서 말한 총알을 가지고 있고, 인텔의 Thunderbolt를 포함한 모든 I/O를 가지고 있으며, 인텔은 SoC에 한번도 넣지 않았다. 이러한 특수 장치는 CPU와 GPU가 할 수 있는 것보다 더 적은 전력 소모로 일반적인 작업을 더 빨리 수행한다. 이를 SoC die에 올려놓음으로써, 애플은 마더보드에 많은 공간을 절약하고, 추가 칩에서 전력/열을 절약하여 동일한 기능을 수행한다.

결론부터 말하자면 M1은 인텔이나 AMD와는 다른 야수인데, 이 모든 특수 유닛들 때문이다. Max는 또한 Intel과 AMD의 데이터 센터 칩에서만 볼 수 있는 스포츠 메모리 대역폭을 제공하며, Windows 노트북의 1.1와트에 비해 유휴시 0.2와트의 전력 관리를 훨씬 더 잘한다.

M1 Pro 및 Max의 코어는 훨씬 더 큰 클러스터에 있다는 점을 제외하면 M1의 코어와 동일하다.

Pro 및 Max는 모두 M1에 비해 성능 코어를 두 배로 늘리고 효율성 코어를 절반으로 줄여서 4-4 구성에서 8-2 구성으로 전환한다.
M1 Pro는 M1보다 GPU 코어 수를 두 배로 늘리고, 맥스는 이를 네 배로 늘린다.
둘 다 오디오/비디오/사진 콤플렉스를 강화했다. 왜냐하면 이 랩탑들은 창의적인 프로들을 목표로 하기 때문이다. M1 맥스는 극히 낮은 전력 소비율로 8k 비디오로 어떤 Windows 노트북 컴퓨터도 할 수 없는 아주 특별한 일들을 할 수 있다.
이 노트북들은 컴파일하는데 오랜 시간이 걸리는 큰 코드베이스를 가진 개발자들처럼 크리에이티브 프로들과 큰 직업을 가진 다른 사람들을 정면으로 겨냥하고 있다. PC 세계에서 유일하게 견줄 만한 것은 MSI GE76 라이더와 같은 고급 게임용 노트북뿐인데, 이 노트북이 애용하는 것 같다. 이 스포츠는 별도의 엔비디아(NVDA) RTX 3080 GPU를 탑재한 11세대 인텔 코어 i7 SoC. 아마존에서 3500달러에 판매되며, 대부분의 PC 노트북보다 훨씬 비싸며, 애플이 비슷한 구성의 M1 맥스 맥스북 프로에 대해 청구하는 가격이다.

인텔은 12세대 코어 프로세서를 출시하기 시작했으며 12세대 노트북은 몇 달 안에 출시될 것이라는 점을 명심해야 한다. 12세대를 따로 취재하겠다. 또한 현재 Nvidia의 최고의 모바일 GPU인 RTX 3090을 사용하는 노트북은 없다.

AnandTech는 MSI에서 9개의 CPU와 GPU 벤치마크와 M1 Max MacBook Pro를 연속적으로 운영했다. 평균적으로 M1 맥스는 인텔 노트북을 60%, 전력 소비량 52%로 앞섰다. 와트당 성능에서 평균적으로 MSI 노트북을 215%나 능가한다.

AnandTech가 윈도우 랩탑 컴퓨터가 우월하다고 발견한 유일한 장소는 MSI를 목표로 하는 AAA 게임이다. 윈도우가 더 나은 AAA 게임 플랫폼으로 남아있지만, 노트북 컴퓨터 분야에서 이 정도 입니다. 애플은 노트북 칩이 무엇을 포함하고 무엇을 해야 하는지에 대한 모든 사람들의 기대를 다시 설정했다.

여기 내가 부인과 함께 한 별도의 시험이 있다. 트레이딩 플레이스는 M1 Pro 노트북을 새로 출시했다.

M1 test

Geekbench에 따르면 "ARM Virtual Machine"은 가상 머신에서 Windows를 실행하는 MacBook Pro로, 기본 Mac 대비 성능이 약 12% 향상되었다고 한다. 여기서는 MSI 노트북에 대해 찾을 수 있는 가장 최근의 벤치마크와 Windows 가상 머신을 비교하고 있는데, 기본 Wintel 노트북이 거의 가장자리를 차지하지 못하고 있다.

앞을 내다보다
애플
애플의 칩 설계 단위는 세계 최고 수준으로, 미래로 가는 핵심 강점 중 하나이다. 그들이 최고의 스마트폰 칩을 가지고 있다는 것은 여전히 의심의 여지가 없다. 그들은 이제 M1을 탑재한 저가형 맥까지 그 범위를 넓혔고, M1 맥이 출시된 이후 처음으로 개학식 쿼터는 맥의 역대 최고의 쿼터였다. 이제 M1 Pro와 Max는 프로 노트북에서 테이블을 리셋했다. 처음에는 그렇게 생각하지 않았는데, 이제 맥의 시장 점유율이 장기적으로 소폭 상승할 것 같다. 그것은 확실히 내 가정을 포함한 업그레이드의 물결을 촉발시켰다.

남은 것은 가장 낮은 볼륨 모델인 하이엔드 아이맥과 맥 프로다. 그들이 맥 프로를 출시하면 2023년 6월쯤이면 큰 성공을 거둘 수 있을 것이다. 왜냐하면 그것은 훨씬 낮은 전력 소비로 인텔과 AMD의 데이터 센터 최고 수준에 필적할 것이기 때문이다.

맥은 애플의 일부에 불과하고 앞으로도 그럴 것이지만, 그들이 운영하는 모든 제품 범주에서 칩 디자인을 위한 테이블을 리셋할 것이다.

구글
이는 구글의 첫 단계였고, 아마존(AMZN)의 첫 ARM 데이터 센터 칩과 약간 비슷한, 작은 실수였다. 아마존이 매달렸고 두 번째 데이터센터 칩인 그라비톤2는 클라우드 고객들에게 훨씬 더 인기가 있다.

구글은 퀄컴과 비교가 잘 안 되는 자체 칩이 있는 삼성과 손잡아 다소 장애인이며, 악명 높은 파워에 굶주린 열 몬스터다. 사용자 경험을 피하기 위해 한 세대를 내려가면서 그들이 미드코어에 대해 한 절충안은 명백하다.

하지만 다시 말하지만, 구글만큼 AI에 더 많은 노력을 기울인 사람은 없다. 픽셀 6에서 활성화된 기능은 시작에 불과해 애플에 한 번쯤 부담을 줄 수도 있다. 모바일 CPU와 GPU는 대부분의 사용자 작업에서 전력 소비량보다 현재 덜 중요한 성능을 발휘하고 있으며 칩의 다른 모든 것들도 마찬가지다.

내가 보기에 구글은 하드웨어에 새롭게 초점을 맞추고 있으며, 밸리에 새로운 연구 센터와 마이크로소프트(MSFT)와 같은 ARM 노트북 칩을 개발하고 있다는 루머가 있다. 구글은 때때로 이 과정을 따라가는 데 어려움을 겪지만, 나는 그들이 오랫동안 이곳에 머물기로 한 전략적 결정을 내렸다고 본다. 그리고 그것은 안드로이드 생태계를 더 흥미롭게 만들 뿐이다.

하지만 애플과 마찬가지로, 이것은 구글의 아주 작은 부분으로 남을 것이다.

퀄컴
모바일 부문에서는 퀄컴이 애플에 이어 2위 자리를 굳건히 지키고 있지만 애플의 리드는 줄어들지 않고 있다. 게다가 노트북과 자동차를 위한 다른 스냅드래곤 칩은 훌륭하지 않다.

좋은 소식은 도움의 손길이 오고 있다는 것이다. 퀄컴의 누비아 인수는 크게 평가받지 못하고 있다. 누비아는 제라드 윌리엄스 3세가 2019년 초 애플의 칩 디자인 유닛을 1위로 끌어올리는 일을 맡았던 회사다. 윌리엄스는 현재 퀄컴에서 SVP 엔지니어링을 맡고 있다. 우리는 곧 누비아 IP를 뽐내는 최초의 스냅드래곤을 보아야 하며, 그것이 바로 그 이유였다.

Qualcomm chart
YChart별 데이터
우리가 그렇게 하면 퀄컴은 성능과 전력 소비 모두에서 스냅드래곤 제품군 전체를 크게 도약시킬 것이다.

인텔에서는 PC칩이 2021년 9월까지 매출의 52% 300억 달러, 영업이익의 77% 110억 달러다. 그것은 PC가 훔칠 수 있는 훌륭한 ARM 칩을 가진 사람을 위한 것이다. 내 돈은 퀄컴에 있다. 만약 그들이 성공한다면, 그것은 회사의 거대한 규모다.

삼성
삼성의 브랜드는 "2위는 최고지만 그래도 꽤 좋다"고 말했다. 그들의 엑시노스 칩은 스냅드래곤에 버금간다. 그러나 TSM이 향후 3년 동안만 1000억 달러의 설비투자 규모를 갖춘 만큼 TSM의 최고 공정은 현재 한 명의 고객만 처리할 수 있고, 적어도 내년까지 애플은 처리할 수 있다는 것이 이들의 강점이다.

이것은 애플이 끝나기를 기다리는 것에 싫증이 난 다른 모든 사람들에게 나쁜 소식이었다. 퀄컴이 지난해 삼성 파운드리로 뛰어든 데 이어 AMD도 그 뒤를 따랐다. 이는 TSM이 애플의 연간 수주를 넘어설 때까지 삼성 파운드리에는 희소식이다. 앞으로 더 많은 제품들이 출시될 예정이기 때문에, 그것은 곧 일어나지 않을 수도 있고, 애플은 세계 최고의 반도체 공정을 가지고 있다.

마치 그들이 더 많은 이점을 필요로 하는 것처럼.
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