ARM에서 새로운 Cortex-A7 프로세서와 이를 이용한 고성능-저전력의 조합 big.LITTLE 프로세싱(Processing)을 발표했다.
ARM Cortex-A7 프로세서와 big.LITTLE 프로세싱은 며칠 전 ARM에서 공식 발표한 ARM Cortex-A15의 TSMC 20nm 공정 테이프 아웃과 연계되어 ARM 애플리케이션 프로세서(AP)들의 성능과 전력의 관계를 보다 유연하게 처리할 수 있는 새로운 방식이다.
고성능의 Cortex-A15, 저전력의 Cortex-A7
ARM Cortex-A15 MPCore는 현재 스마트폰과 태블릿에 널리 사용되는 Cortex-A9 아키텍처의 뒤를 잇는 강력한 프로세싱 능력을 갖춘 ARM 멀티코어 AP(애플리케이션 프로세서)다.
(이미지 출처: ARM)
그러나 이번에 발표된 ARM Cortex-A7 프로세서는 에너지 효율적인 저전력 애플리케이션 클래스 프로세서 시장을 겨냥한 모델로 Cortex-A8의 뒤를 이어 저전력 저가격의 엔트리 레벨 스마트폰에 사용되기 위해 만들어졌다.
28nm 공정 기술을 사용해 0.5mm2 미만의 크기를 차지하고 싱글 및 멀티코어 구성에서 뛰어난 성능을 제공하며 2013~2014년에 출시되는 100 달러 이하 엔트리 레벨 스마트폰에 오늘날의 500달러대 하이엔드 스마트폰이 처리하는 것과 동등한 수준의 성능을 제공하는 것을 목표로 한다.
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저전력에 특화된 아키텍처 설계와 28nm 제조 공정을 통해 기존의 Cortex-A8 프로세서에 비해 5배의 에너지 효율성을 제공하기 때문에 고성능 제품보다 장시간 사용이 가능한 제품을 원하는 소비자들에게 향상된 배터리 수명을 가진 스마트폰을 구입할 수 있도록 해준다.
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ARM의 고성능 Cortex-A15 MPCore 아키텍처와 저전력 Cortex-A7 MPCore의 아키텍처를 비교하면 두 멀티코어 아키텍처 모두 가상화와 넓은 물리 주소 확장 등 ARM v7A 아키텍처를 지원하고 있다. 두 프로세서 모두 1~4 코어까지 만들 수 있고 프로세싱 클러스터 내에 통합된 L2 캐시를 가지고 있다.
하지만 내부 파이프라인을 보면 Cortex-A7의 파이프라인이 A15에 비해 간략하게 줄어 성능보다 전력 효율성을 높이기 위해 설계될 것을 볼 수 있다.
(이미지 출처: ARM)
듀얼 또는 쿼드 코어로 만들 수 있는 Cortex-A15 MPCore는 오늘날 제공되는 스마트폰이나 AMR 기반 플랫폼에 비해 5배~10배 가량의 높은 성능을 제공하며 ARM의 저전력 특징이 결합되는 것으로 알려지고 있다. 그러나 높은 성능을 내기 위해서는 그 만큼 높은 소비 전력 증가가 발생하게 된다.
반대로 Cortex-A7는 최대 성능이 Cortex-A15의 최소 성능과 비슷한 수준이지만 소비 전력의 변화가 거의 없다는 것이 장점이다. 최대 소비 전력도 Cortex-A15의 최소 소비 전력보다 적기 때문에 배터리 절약에 큰 도움이 된다.
(이미지 출처: ARM)
ARM에서 공개한 자료에서는 Cortex-A15가 저전력 Cortex-A7에 비해 대부분의 성능이 2배 이상을 기록하는 것으로 나온다. 그러나 전력 효율 측면에서 Cortex-A7는 그보다 높은 3~3.5배 가량의 전력 효율 특성을 보인다.
big.LITTLE 프로세싱으로 고성능-저전력 하이브리드 AP 구현
ARM이 발표한 big.LITTLE 프로세싱은 이런 성능 위주의 Cortex-A15와 저전력 특성을 가진 Cortex-A7를 결합해 최고 성능과 극단적인 전력 효율성을 모두 제공하는 SoC(System on Chip)을 만들기 위한 방법이다.
(이미지 출처: ARM)
ARM Cortex-A15 MPCore와 에너지 효율 프로세서 Cortex-A7을 연결하고 이들 둘 사이에 전환이 가능한 애플리케이션 소프트웨어를 통해 각 작업에 대한 최적의 프로세싱을 선택해 최대 70%까지 배터리 수명을 연장하게 된다.
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가령 big.LITTLE 프로세싱을 사용하는 SoC는 4개의 코어(쿼드코어)를 모두 Cortex-A15나 Cortex-A7으로 채우는 대신 이들을 섞어서 듀얼코어 A15와 A7 조합으로 이종 멀티코어를 만들 수 있다. Cortex-A7은 가장 효율적으로 스마트폰 작업의 대부분을 처리할 수 있도록 만들어지고 Cortex-A15는 보다 무거운 처리 성능을 요구하는 작업에 투입할 수 있다.
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이 경우 'LITTLE'에 해당하는 Cortex-A7 프로세서는 언제나 켜진 상태에서 태스크에 연결되어 모바일 운영체제(OS)를 돌리고 음악 재생이나 SNS 수신 등 기본 애플리케이션을 실행하는데 쓰이게 된다.
그러다 내비게이션이나 게임, 기타 무거운 애플리케이션을 실행할 때는 고성능 프로세서 쪽으로 OS와 애플리케이션의 원활한 마이그레이션이 이어진다. 마이그레이션에 걸리는 시간은 20 마이크로초(100만분의 1초) 가량이 소요된다.
전력 관리 소프트웨어로 하여금 각 작업에 따라 최적의 프로세서를 매끄럽게 선택할 수 있게 한다. 하지만 소프트웨어 측면에서 프로세서는 동일하게 보여진다.
ARM은 이번에 발표한 Cortex-A7 MPCore 프로세서와 A15와 A7을 결합한 big.LITTLE 프로세싱의 라이센스를 얻은 기업으로 삼성전자와 LG전자를 비롯해 브로드컴, 후지쯔, ST에릭슨, 하이실리콘, 프리스케일, TI 등이 있다고 밝혔다.
ARM 계열의 당면 과제인 성능 향상과 전력 효율성의 두 마리 토끼를 잡기 위한 이종 멀티코어 big.LITTLE 프로세싱이 스마트 기기들의 성능과 배터리 시간에 얼마나 영향을 줄 수 있을지 기대된다.
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