애플 실리콘 (Apple Silicon) 소개 및 SiP와 SoC

애플 실리콘은 Arm 아키텍처를 사용해 애플에서 설계한 SoC 및 SiP로 애플 기기에만 탑재되는 아키텍처입니다. 지금부터 Arm, SoC, SiP와 애플 실리콘을 차근차근 설명드리도록 하겠습니다.

 

 

목차

 

 

Arm 아키텍처

 

애플 실리콘은 Arm 아키텍처를 사용한다고 말씀드렸습니다. 그럼 Arm부터 알아봐야겠습니다. Arm은 영국 팹리스 반도체 기업입니다. 

 

팹리스는 Fabrication + less의 합성어로 '제작(생산)없이'란 의미입니다. 반도체 제품을 직접 생산하지 않고 반도체 설계를 전문적으로 하는 회사를 뜻합니다. 
파운드리(Foundry)는 반대로 외부 업체가 설계한 반도체 제품을 위탁받아 생산하고 공급하는 '반도체 위탁 생산'업체를 말합니다.

 

아키텍처란 말은 컴퓨터 시스템 전체의 설계방식으로 시스템을 구현하고 실현하기 위한 구성 방식입니다. 

Arm 아키텍처란 임베디드 기기에 많이 사용되는 RISC 프로세서로 Arm의 아키텍처와 명령어 집합 및 관련된 기능을 기술하는 문서를 포함합니다.

 

ARM 버전

• ARMv8-A - 2011년 10월. ARM 최초로 64비트를 지원하는 아키텍처
• ARMv9-A - 2022년 4월에 발표되어 ARMv8.x까지의 기능을 모두 포함합니다. 보안관련 기능과 머신 러닝, 벡터연산이 강화됩니다.

 

ARM 시리즈

• ARM Cortex-A 시리즈 - 2005년부터 라이센싱하는 주력 마이크로아키텍처. 중간급은 Cortex-A78
• ARM Cortex-M 시리즈 - MCU 전용 라인업
• ARM Cortex-R 시리즈 - Realtime 전용 라인업
• ARM Cortex-X 시리즈 - 2015년을 기점으로 고성능/중간급/고효율 3단계 라인업으로 구성이 정리되었고 ARM Cortex-X는 고성능급으로 A시리즈보다 30% 높은 성능을 가지고 있습니다.

 

 

SiP (System in Package)

 

그렇다면 애플은 Arm 아키텍처를 사용해 무엇을 만드는 걸까요?

 

SiP이란 여러 개로 독립된 IC 집적회로나 컴포넌트를 하나의 패키지 안에 통합해 복잡한 시스템을 작게 효율적인 형태로 구성하는 기술입니다. 프로세서, 메모리, 다양한 센서 등을 하나의 패키지 안에 통합시키는 것이죠. 

 

통합하면 기기의 크기가 작아지고, 전력 소모가 감소되며, 신호 전송 시간을 단축합니다. 스마트폰이나 웨어러블 기기에 꼭 필요한 기술이죠. 예를 들어, 애플워치9에 S9 SiP프로세서가 탑재되어 있습니다.

 

 

SoC (System on Chip)

 

SiP처럼 컴포넌트를 통합하는 기술이지만 여러 기능을 하나의 칩 안에 집적한다는 것이 차이점입니다. 하나의 칩에서 동작하기 때문에 전력 효율이 더 좋을 수 있지만 제작 과정이나 복잡해 비용이 높을 수 있다는 단점이 있습니다.

 

 

 

 

 

Apple Silicon

 

애플도 반도체 생산 라인이 없는 팹리스업체입니다. 초기에는 애플이 Arm에게 설계를 맡겼지만 현재는 Arm의 명령어 세트와 레퍼런스를 이용해 커스텀하는 형태입니다. 애플이 커스텀한 반도체는 대만의 파운드리 반도체 기업 TSMC가 전량 생산하고 있습니다. 이 제품들이 애플 실리콘이며 다음과 같은 시리즈가 생산됩니다.

 

A 시리즈

iPhone, iPad 등 주력 모바일 기기에 들어가는 핵심 라인업입니다. 

• A18 - iPhone 16, iPhone 16 Plus
• A18 Pro - iPhone 16 Pro, iPhone 16 Pro Max에 사용되며 ARMv9.2-A 기반 SoC로 M1의 기능을 추월

 

M 시리즈

iPad와 Mac에 사용되는 애플 실리콘 고성능 라인업 SoC입니다. 기존 A시리즈 강화버전인 AX 이후 모델입니다.

• M1 - 2020년 11월 발표되어 Mac과 iPad Pro 11, iPad Pro12에 사용되었습니다.
• M2 - 2022년 공개되어 MacBook Air, MacBook Pro에 탑재되었습니다. Pro/Max/Ultra로 나누어집니다.
  • M2 Ultra : 24코어 CPU, 76코어 GPU, 디스플레이 지원 8대, 메모리 대역폭 800GB/s
• M3 - 2023년 10월 공개되었습니다. M2대비 성능 코어 15%, 효율 코어 30%로 더 빠르다고 합니다. 
• M4 - 2024년 공개. 최대 10코어 CPU(M2 대비 최대 1.5배)

 

S 시리즈

Apple Watch와 HomePod에 들어가는 웨어어블 및 스마트 스피커 라인업입니다.

 

기타 시리즈

• W 시리즈 / H 시리즈 - 애플의 음향 기기, Apple Watch 등 소형 디바이스의 통신, 오디오 처리 등의 기능을 담은 칩입니다.
• T 시리즈 - 인텔 Mac에서 주 프로세서와 독립적으로 배치되어 보안 기능 등의 보조 프로세싱을 담당합니다.
• U 시리즈 - '나의 찾기'같은 초광대역 기반 서비스에 사용됩니다.
• R 시리즈 - Apple Vision Pro에 탑재된 센서들의 입력을 처리합니다.

 

 

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