삼성전자가 신형 모바일 프로세서 엑시노스 9820을 발표했다.

삼성전자는 14일 보도자료를 통해 향상된 CPU 성능과 통신 속도를 기반으로 인공지능(AI) 연산 속도를 약 7배나 향상시킨 프리미엄 모바일 애플리케이션 프로세서(모바일 AP) '엑시노스 9 (Exynos 9820)'을 공개했다고 밝혔다.

엑시노스 9820은 삼성전자가 자체 개발한 4세대 CPU 코어를 적용하고 설계를 최적화해 성능과 전력 효율이 동시에 향상됐으며, 영상 및 음성 인식 등에 활용되는 신경망처리장치(Neural Processing Unit, NPU)를 탑재해 인공지능 연산을 강화했다.

삼성전자는 엑시노스 9820을 연내 양산할 예정이며 내년 상반기 출시될 갤럭시 S10 시리즈에 탑재할 것으로 보인다.

3세대 10nm 대신 8nm FinFET 공정 제조

삼성전가 올해 출시한 엑시노스 9810 및 스냅드래곤 845에는 2세대 10nm FinFET 공정 기술(10LPP)을 사용했으나 내년에 나오는 엑시노스 9820에는 3세대 10nm 공정 기술(10LPU) 공정 대신 지난 해 10월 개발 완료된 8nm 파운드리 공정(8nm FinFET, 8LPP) 기술을 도입했다.

삼성전자는 이미 3nm 공정까지 파운드리 로드맵을 계획한 상태인데 8LPP는 EUV(Extreme Ultra Voilet) 리소그래피로 전환하기 전 마지막 10nm 파생 공정 기술이다. EUV 공정으로 전환하기 전에 가장 경쟁력있는 스케일링 이점을 제공하며, 엑시노스 9810에 사용한 10LPP 공정에 비해 성능 및 게이트 밀도 영역에서 추가적인 이점을 제공한다.

8LPP 공정은 기존 10LPP 공정에 비해 최대 10%의 전력 소비를 줄일 수 있으며, 엑시노스 9820은 동작 전압, 유휴(Idle) 상태, 누설 전력 감소를 통해 CPU 및 GPU 전력 소비를 최소화한다.

그러나 파운드리 경쟁 업체 TSMC가 이미 EUV 기술 없는 7nm Arf 공정으로 제품을 생산하고 있으며, 향후 삼성전자와 마찬가지로 7nm EUV 공정도 도입할 계획이어서 7nm EUV 공정으로 넘어가기 전까지는 삼성 8LPP 공정보다 숫자상으로 유리한 위치를 고수할 것으로 보인다.

또 다른 파운드리 업체인 글로벌파운드리(Globalfoundries)는 이미 7nm FinFET 공정 도입을 무기한 중단한다고 밝히면서 최신 공정 기술 경쟁에서 물러난 상태다.

별도 인공지능 프로세서 트렌드에 맞춰 NPU 탑재

엑시노스 9820은 인공지능 역할을 하는 NPU가 새롭게 추가됐다.

기존 엑시노스 9810에도 신경망(Neural Network)를 기반으로 한 딥러닝 기능과 보안성을 강화해 기기에 저장된 이미지들을 스스로 빠르고 정확하게 인식하고 분류할 수 있었는데, 엑시노스 9820은 NPU가 별도로 들어가는 경쟁 모바일 AP 추세를 반영해 별도의 NPU를 넣어 인공지능 연산 능력이 기존 대비 약 7배 향상됐다.

빠른 연산 속도는 증강현실(AR)과 가상현실(VR) 같은 분야에서 인물과 사물의 특징을 빠르고 정확하게 파악해 역동적이면서도 재미있는 사용자 경험(UX)을 제공할 수 있다.

예를 들어, 사진을 촬영 할 때 피사체의 형태, 장소, 주변 밝기 등의 환경을 순간적으로 파악하고 최적 값을 자동으로 설정해 최상의 이미지를 얻을 수 있다.

특히 독립적인 NPU 탑재는 인공지능 연산 성능 향상 뿐만 아니라 클라우드(Cloud) 서버와 데이터를 주고 받으며 수행하던 기존 인공지능 연산 작업을 모바일 기기 자체적으로 처리할 수 있어(On-Device AI) 민감할 수 있는 사용자 개인정보를 보호할 수 있는 장점이 있다.

다만 애플이 올해 발표한 A12 프로세서를 비롯해 내년에 나올 스냅드래곤 8150(855) 등 2세대 NPU가 들어가는 모바일 AP는 인공지능 연산 성능이 크게 향상될 것이기 때문에 엑시노스 9820에 들어간 삼성 1세대 NPU가 경쟁 모바일 AP 성능을 따라갈 수 있을지 지켜봐야 할 것이다.

트리플 CPU 아키텍처 들어간 엑시노스 9820

엑시노스 9820에는 삼성전자가 설계를 최적화한 자체 4세대 커스텀 CPU(M4)를 적용, 엑시노스 9810에 사용된 3세대 커스텀 CPU(M3) 대비 싱글코어 성능을 약 20% 높였고 동일 성능에서의 전력 효율도 약 40% 개선했다. 개선된 싱글코어 성능은 빠른 어플리케이션 실행과 전환, 그리고 신속한 데이터 로딩에 큰 장점이 있다.

그런데 기존 엑시노스 9810은 고성능 쿼드코어 커스텀 CPU와 저전력 쿼드코어 ARM Cortex-A55 CPU를 big.LITTLE 아키텍처로 결합한 옥타코어(8코어) CPU 구조였는데, 새로 나오는 엑시노스 9820은 커스텀 CPU 갯수를 2개로 줄이고 또다른 고성능 ARM Cortex-A75 CPU 2개를 넣은 2(M4)+2(A73)+4(A55) 형태의 옥타코어 CPU가 됐다.

전체 코어를 최소-중간-최대 코어로 구분하는 방식은 미디어텍(MediaTek)에서 만든 헬리오(Helio) X30 모바일 AP에 들어간 트라이 클러스터(Tri-Cluster) 프로세싱 아키텍처로 먼저 선보인 적 있지만 이는 Cortex-A7x 고성능 CPU의 동작 클럭을 2개로 구분해서 만든 것으로 엑시노스 9820처럼 물리적 계층이 다른 3개의 CPU를 쓰진 않았다.

삼성전자가 이 같은 3단 합체(?) CPU 구조를 도입한 이유는 경쟁사 애플의 A12 모바일 AP를 의식한 것으로 보인다. 애플은 올해 발표한 A12 바이오닉 프로세서에 자체 디자인한 헥사코어(6코어) CPU를 넣었는데 고성능 CPU를 듀얼코어로 만들면서 최대 15% 더 빠른 속도를 제공하며, 저전력 쿼드코어 CPU로는 40% 더 낮은 전력 소모를 구현했다. (물론 이는 TSMC 7nm 공정 기술의 영향도 있다)

CPU 코어를 3가지 형태로 넣으면 작업 스케줄링 시스템이 그만큼 복잡하고 정교해져야 하지만 싱글코어 위주의 애플리케이션이나 싱글코어 점수를 측정하는 벤치마크에서 성능을 향상시키는데 유리하다. 

삼성전자는 스마트폰 사용 환경에 맞게 각 영역의 코어가 유기적으로 동작할 수 있도록 옥타코어 CPU 구성을 최적화해 멀티코어 성능도 약 15% 향상시켰다고 설명하고 있다.

그래픽 성능 격차는 그대로? ARM Mali GPU 유지

내장 그래픽 기능은 삼성전자에서 자체 개발한 S-GPU가 들어가길 바라는 유저들의 기대를 저버리고 이번에도 엑시노스 9820은 ARM Mali-G76 GPU를 사용했다.

ARM Mali-G76 GPU는 프리미엄 시장을 위한 최신 Bifrost 기반 GPU로 쉐이더 코어당 3개의 실행 엔진(execution engines)이 들어간 구조는 동일하지만 각 실행 엔진에 들어가는 실행 레인(execution lanes)을 G72의 2배 넓은 8 레인으로 늘려 복잡한 그래픽 성능과 효율성이 향상됐다. 최대 쉐이더 코어 수가 32개에서 20개로 낮아졌지만 총 실행 레인 수는 25% 증가했다.

엑시노스 9820에 사용된 Mali-G76 MP12는 쉐이더 코어 숫자를 12개로 줄였지만 실행 레인은 오히려 기존 엑시노스 9810에 들어간 Mali-G72 MP18 대비 33% 가량 늘어나게 된다. Mali-G76의 텍스처 유닛도 업그레이드 되어 실행 엔진 향상에 보조를 맞출 수 있게 듀얼 텍스처 유닛으로 1사이클당 2텍셀을 처리할 수 있다.

10nm 공정으로 인한 발열 문제가 아키텍처 제한 요소였던 Mali-G72와 달리 Mali-G76은 7nm/8nm 공정 노드를 기반으로 구축되어 발열로 인한 성능 제한에서도 유리하다.

이런 결과를 토대로 삼성전자는 Mali-G76 MP12 GPU가 들어간 엑시노스 9820이 기존 엑시노스 9810 대비 성능 면에서 최대 40% 개선되거나 전력 효율 면에서 35% 향상되어 보다 몰입감 있는 중단없는 게임 플레이를 제공한다고 밝히고 있다. 엑시노스 9810 때는 그래픽 성능이 이전 세대보다 20% 향상된 수준이었기 때문에 이번에는 그래픽 성능 향상을 많이 고려한 것으로 보인다.

다만 스냅드래곤 845는 이전 세대 대비 그래픽 성능이 30%된 상태에서 엑시노스 9810보다 GPU 점수가 훨씬 높았기 때문에 엑시노스 9820으로 그 격차를 완전히 해소할 거라고 기대하긴 어렵다.

예를 들어 엑시노스 9810이 탑재된 갤럭시 노트9의 3DMark Sling Shot Extreme 그래픽 점수는 3,300점대에 불과했는데, 여기서 40% 성능이 올라봤자 스냅드래곤 845에 들어간 Adreno 630과 비슷한 수준이 된다. 만약 차세대 스냅드래곤 8510(855)이 GPU 성능을 20%만 올려도 엑시노스 9820보다 20% 빨라지게 된다.

업계 최초 8CA LTE 모뎀 적용, 5G 이동통신은 미지원

엑시노스 9820에는 업계 최초로 8개 주파수 대역을 묶는 LTE Cat.20 8CA(Carrier Aggregation) 기술이 적용되어 데이터를 최대 초당 2기가비트(2Gbps) 속도로 다운로드 할 수 있다. 이는 기존 엑시노스 9810의 LTE Cat.18 6CA 다운로드 속도(1.2Gbps) 대비 약 66.7% 더 빨라진 것이다.

2Gbps 속도는 FHD 고화질 영화(3.7GB)를 약 15초 만에 다운로드 가능한 속도로 고해상도 인터넷 방송을 실시간으로 시청하거나 다중 접속 온라인 게임(MMOG)을 지연 없이 구동할 수 있다.

엑시노스 9820에 들어간 LTE-Advanced Pro 모뎀은 8 CA 뿐만 아니라 4x4 MIMO, 256-QAM, eLAA 기술의 확장으로 모뎀 안정성과 속도가 더욱 향상됐다. 다운로드 외에 업로드 속도도 엑시노스 9810에 들어간 LTE Cat.18 2CA 속도(200Mbps)보다 58% 향상된 316Mbps까지 지원하는 LTE Cat.20 3CA 기술이 들어갔다.

또한 엑시노스 9820은 2세대 이동통신(2G)부터 4세대 이동통신(4G)까지 총 6가지 통신 모드를 모두 지원해 이 제품을 탑재한 모바일 제품은 전세계 어디에서든 사용이 가능하다는 장점이 있다.

그러나 빠르면 올해 말부터 시작될 차세대 5G 이동통신은 지원하지 않아 5G 모바일 기기에는 엑시노스 9820을 넣더라도 별도의 5G 모뎀이 추가되어야 할 것으로 보인다.

UFS 3.0 스토리지 기술, UFS 카드 본격 지원

이전 세대인 엑시노스 9810에는 낸드 플래시 스토리지 기술로 UFS 2.1 규격과 SD 3.0 규격이 들어갔지만 새로운 엑시노스 9820에는 올해 2월 정식 발표된 UFS 3.0 규격이 포함됐다.

UFS 3.0은 레인(lane)별 최대 11.6Gbps의 대역폭으로 기존 UFS 2.1 대비 2배의 성능을 구현한 MIPI M-PHY HS Gear4, 모니터링과 통신 채널 트레이닝을 통해 보다 신뢰할 수 있는 QoS를 지원하는 MIPI UniPro v1.8을 지원한다.

또한 새로운 포트 표준인 UFSHCI(UFS Host Controller Interface), 외장 메모리 카드 표준인 UFS 카드 익스텐션 v1.1 표준이 포함된다. 삼성전자는 일찍부터 UFS 카드를 개발해왔지만 실제로 제품을 출시하는 것은 올해 말부터다.

지난 달 발표된 삼성 노트북 Flash에 최초로 microSD와 UFS 카드를 동시 지원하는 콤보 슬롯이 들어갔는데, 내년에 출시될 갤럭시 S10을 비롯한 엑시노스 9820 탑재 스마트 기기들도 UFS 카드를 통해 microSD보다 훨씬 빠른 외부 스토리지 성능을 제공하게 될 것으로 보인다.

그런데 삼성전자 엑시노스 9820 소개 페이지에서 스토리지 스펙에 UFS 3.0, UFS 2.1만 들어가고 기존 SD 3.0 규격은 명시하지 않아 외장 메모리 카드 슬롯을 UFS 전용으로 만들 것인지 의문이다.

UFS 카드에 대한 보다 자세한 내용은 보드나라의 이전 기사 '차세대 모바일 스토리지 표준, UFS 기술과 제품 특징은?'에서 확인할 수 있다.

후면 트리플 카메라와 8K UHD 비디오 지원

엑시노스 9820의 카메라 스펙은 기존 9810보다 약간 낮아졌다. 올해 나왔던 엑시노스 9810은 전/후면 최대 2,400만 화소 카메라, 그리고 1,600만 화소 듀얼 카메라를 지원했는데, 새로운 엑시노스 9820은 듀얼 카메라 화소수는 동일하고 전후면 카메라 최대 화소수가 2,200만 화소로 줄었다.

물론 스마트폰 카메라가 단일 모듈 최대 화소수를 올리는 것보다 화소수를 낮추더라도 픽셀 크기를 키우거나 픽셀 결합 기술로 저조도 촬영 환경을 개선하고 화각에 맞춰 여러 개의 카메라를 탑재하는 멀티 카메라 방식으로 바뀌고 있어 크게 문제되는 부분은 아니다.

엑시노스 9820에 들어간 고급 이미지 신호 프로세서(ISP)는 유연한 멀티 카메라 솔루션을 구현할 수 있도록 IR 센서를 포함해 최대 5개의 센서를 지원한다. 홍채 인식 IR 카메라 및 전면 카메라에 사용할 2개의 센서를 빼면 후면 트리플 카메라를 탑재할 수 있다. 트리플 카메라는 지난 달 발표한 갤럭시 A7에 처음 적용됐는데 갤럭시 S10에서는 더욱 강화된 카메라 스펙을 가질 것으로 보인다.

뛰어난 사진 품질과 빠른 자동 초점(AF)을 위한 고급 디자인을 통해 동급 최고 수준의 사진 촬영 경험을 제공하며, 새로 추가된 NPU의 인공지능 연산 능력에 의해 더욱 강화된다.

비디오 기능에서는 8K UHD 동영상을 지원하게 된 점이 크다. 엑시노스 9820의 멀티 포맷 코덱(multi-format codec)은 10-bit HEVC(H.265) 지원은 기존과 동일하지만 최대 8K 해상도 30fps 비디오의 인코딩 및 디코딩이 가능해졌다. 기존 4K UHD 비디오 지원도 엑시노스 9810는 최대 120fps까지였는데 새로운 엑시노스 9820은 최대 150fps까지 25% 더 향상됐다.

보안 기술은 디스플레이 지문 인식 지원?

그 밖에 엑시노스 9820에는 사용자 정보를 안전하게 유지하기 위해 PUF (Physical Unclonable Function)를 사용하여 개인 데이터를 완벽하게 분리 저장 및 관리한다.

보안 기능과 관련해 자세한 내용은 나오지 않았으나 갤럭시 S10에 탑재될 것으로 예상되는 디스플레이 지문 인식 기술을 지원할 것으로 보인다.

내용 출처: 삼성전자