이번 시그래프 2015에 참가한 기업들 중 ‘의외성’을 꼽는다면 퀄컴은 아마 첫 손에 들어갈 수 있을 것이다. 퀄컴은 이번 시그래프 2015에 전시 부스와 함께, 전 세계 미디어들에 차세대 스냅드래곤 SoC에 들어갈 아드레노 530, 510 GPU와 ISP 등에 대해 소개했다. 물론 GPU 정보에 대해서만 소개한 것은 아직 출시가 다소 남은 부분도 있겠지만, ‘시그래프(SIGGRAPH 2015)’의 성격을 고려한 면도 있을 것이라고 본다.

 

스냅드래곤 820 SoC는 퀄컴의 차세대 플래그십 SoC로, 내년에 선보일 차세대 플래그십 스마트폰들의 성능 기준점이 된다. 그리고 아드레노 530 GPU의 주요 특징은 차세대 스마트폰들의 그래픽 성능과 전력 효율 측면을 가늠할 수 있게 하며, 디스플레이나 카메라 등 스마트폰에서의 차별화 요소가 되는 부분들의 동향을 짐작할 수 있게 하는 측면도 있다. 그리고 이러한 변화는 모바일 플랫폼이 대단히 중요한 콘텐츠 소비 플랫폼이 된 만큼 산업을 움직이는 동력원이기도 하다.

 

차세대 SoC에 요구되는 가치들 중에는 높은 성능과 뛰어난 전력 효율, 작은 크기에서 나오는 다양한 기능 등 양립시키기 어려운, 상반되는 위치에 있는 것들이 많다. 하지만 공정의 개선과 아키텍처, 플랫폼의 최적화, 최신 플랫폼에 맞춘 소프트웨어 최적화 등은 상반된 위치에 있는 가치를 좀 더 높은 수준에서 충족시킬 수 있게 한다. 그리고 이번 아드레노 530 GPU 관련 기술 정보 공개에서는 SoC와 플랫폼 수준에서의 퀄컴의 고민과 해결책이 살짝 엿보이기도 했다.

 

▲ 이런 성능 향상은 SoC 수준의 변화도 수반한다는 것을 의미.

 

퀄컴은 아드레노 530 GPU가 기존 430과 비교해 그래픽 성능이 40% 이상 향상, 같은 워크로드 수준에서는 40% 가까운 전력 소비량 감소가 있을 것이라고 소개했다. 테스트 조건을 확신할 수는 없지만, 이런 성능 테스트가 최소한 FHD나 2K급 디스플레이에서 이루어졌다면 가장 먼저 따져봐야 할 것은 메모리 서브시스템의 대폭적인 성능 향상이 된다. 현재 플랫폼을 막론하고 메모리 공유형 GPU의 병목 포인트는 거의 예외없이 시스템 메모리 인터페이스이기 때문이다.

 

퀄컴은 아드레노 530의 디자인 목표는 성능과 전력 효율, 단위전력당 성능 최대화라고 소개한 바 있다. 이에 그래픽 처리에 있어 최대한 사용하는 메모리 대역폭을 줄이기 위해 하드웨어, 소프트웨어적인 다양한 기술을 이미 활용하고 있다. 이미 다른 GPU들도 활용하고 있는 기술로는 Z버퍼 기반으로 보이지 않는 렌더링 면을 처리하지 않는 기술이나 텍스쳐 압축 등이 있고, 이는 SoC에서 언제나 부족한 메모리 대역폭 사용량을 줄여 성능 향상과 전력소비 감소를 얻을 수 있다.

 

물론 근본적인 해결책은 사용할 수 있는 메모리 대역폭을 올리는 것인데, 820도 일단은 기존 810과 같이 LPDDR4를 사용하지만 동작 속도는 조금 더 올려볼 수 있을 것으로 기대하고, 메모리 컨트롤러 채널을 추가하는 것은 아무래도 크기와 비용 등에서 그리 현실적이지 않아 보인다. 이에 메모리 성능의 경우 외부 구성 측면에서는 기존보다 조금 더 나아지는 수준이 되지 않을까 예상하고 있는데, 지금도 LPDDR4 로 25.6GB/s 정도의 대역폭이면 그리 적은 수준은 아니다.

 

▲ 데이터 전송 양을 줄이는 ‘압축 기술’의 발전도 무시할 수 없는 부분.

 

이 복잡한 GPU의 메모리 문제를 해결하는 방법으로는 기존에도 있었지만 데이터 버스 내부에 적용하는 하드웨어적인 압축 기술도 있다. 개인적으로는 이 부분의 효율 향상이 이번 아드레노 530의 성능과 효율 향상에 꽤 큰 기여를 했을 것으로 보고 있다. 퀄컴에서는 이 압축률이 메모리에서는 2:1, VPU나 IPU 등으로의 연결에는 3:1 수준으로 압축이 이루어지고, 이전 세대 대비로도 효율은 50% 가량 증가했다고 언급한 바 있다.

 

최신 규격의 고속 메모리를 필요 최소한의 직렬 채널로 연결하고 압축을 통해 효율을 높인다는 발상은 모든 물리적, 논리적 자원이 제한적인 모바일 플랫폼의 구성에 있어 대단히 효과적인 방법이다. 만만치 않은 자원이 필요한 FHD 해상도 이상의 그래픽, 게이밍 환경을 구현하기 위한 성능을 확보하면서도 설계를 간소화하고 전력 소비를 줄이기 위한 노력 덕분에, 비교적 열악한 플랫폼 구성에서도 높은 성능을 기대할 수 있는 것이라 생각된다.

 

물론 데이터 압축 방식이 풀어야 할 과제도 남아 있다. 지금까지 데이터 압축 방식을 사용한 데이터 버스의 경우 데이터 유형에 따른 성능 편차 문제 등을 흔히 찾아볼 수 있었기 때문이다. 덕분에 일부 사용자들의 경우에는 이 방식을 선호하지 않는 경우도 있지만, 모바일 플랫폼 차원이라면 이점이 훨씬 많은 기술이다. 그리고 이런 성능 편차 등을 해결할 수 있는 방법으로는 SoC 자원의 QoS 관리 기술의 사용도 있는데, 퀄컴은 이 기술 또한 820에 탑재할 예정이다.

 

▲ 이제는 높은 잠재력을 가진 GPGPU의 ‘활용’에 본격적으로 나서야 할 시기.

 

또한 차세대 SoC들이 풀어야 할 과제 측면에서 생각할 것은 이미 SoC의 상당 부분을 차지하는 GPU를 그래픽 처리 이외의 기능에서도 활용할 수 있도록 하는 방법이다. GPU들은 이미 꽤 오래 전부터 통합 쉐이더 방식의 아키텍처를 사용하고 있으며, 이들 GPU의 상당수는 OpenCL 등 범용 연산으로의 활용이 가능하다. 하지만 현재 대부분의 SoC들은 필요 기능들을 구현하는 데 GPU를 활용하기보다는 별도의 IP를 내장하고는 하는데, 이는 효율 등의 이유 때문이기도 하다.

 

퀄컴은 아드레노 530 GPU의 성능 소개에서 그래픽 성능 이외에도 OpenCL 기반의 GPGPU 성능을 별도로 언급했다. 새로운 GPU에서는 OpenCL 2.0 규격과 공유 가상 메모리를 지원하는데, 사실 이 지원 자체는 이미 여타 최신 iGPU 등에서도 이루어지고 있다. 하지만 퀄컴의 OpenCL 지원이 좀 더 큰 의미를 가지는 이유는 별도의 IP로 처리할 만한 기술들을 GPGPU로 처리한다고 제안하고 있다는 것이고, 이는 소프트웨어와 하드웨어가 긴밀히 연결된 모바일에서 실질적인 경쟁력 향상으로 이어지기 때문이다.

 

모바일에서 OpenCL을 통한 GPGPU를 사용했을 때 가장 쉽게 성능 향상을 얻을 수 있는 부분은 기존에 프로세서나 별도 IP로 처리하던 이미지, 영상 처리 부분이 될 것이다. 그리고 별도 IP로 처리하던 부분을 GPU를 통해 처리하면서 전력 소비량 측면의 부담을 해결할 수 있다면, SoC의 면적을 효율적으로 활용하면서 전체 시스템 성능을 더욱 끌어올릴 수 있는 여지를 만들 수 있게 된다. 또한 향후 새로운 규격 등이 등장하는 경우에도 유연한 대응이 가능할 것이다.

 

▲ 일단 기본기능을 위한 제조사의 기본 앱들부터 활용에 나서야 한다.

 

스마트폰에서 카메라 성능이란 하드웨어 모듈의 성능과 소프트웨어 성능이 결합되어 나오며, 같은 하드웨어에서도 카메라 앱에 따라 성능은 천차만별로 달라진다. 그리고 기본 앱 차원에서 파노라마 이미지 합성이나 각종 필터, HDR이나 노이즈 감쇄 등 각종 전, 후처리에 GPGPU를 사용한다면 프로세서만 사용하는 여타 앱이나 경쟁 제품 대비 압도적인 카메라 처리 성능을 보여줄 수 있게 되는 것이다.

 

그리고 이를 가장 안정적으로 지원할 수 있는 것은 아무래도 디바이스 제조사가 제공하는 기본 앱이 될 것이다. 서드파티 앱의 경우 이미 파편화된 플랫폼과 수많은 디바이스, 소프트웨어 환경에서 GPGPU보다는 범용적인 프로세서 중심의 처리에 집중할 수밖에 없지만, 제조사의 기본 앱은 특정 하드웨어와 소프트웨어 조합을 한정하고 들어갈 수 있기 때문이다. 그리고 이런 전용 앱의 완성도는 대체적으로 첫 출시 때 기기의 완성도와 경쟁력 측면에 즉시 반영되는 만큼, 제조사들이 이 부분을 활용하도록 독려할 필요도 있다.

 

한편 GPGPU의 활용 확산 측면에서 퀄컴 등의 제조사들이 서드파티 개발사들에 대한 적극적인 활용 독려를 진행하는 것도 필요하지 않을까 싶다. 이미 GPU가 범용 연산 능력을 갖추고, API도 어느 정도 준비된 상황이지만, 이를 활용하는 애플리케이션이 적은 이유는 개발과 관련된 계기를 만들 수 있는 지원 등이 원인이기 때문이다. 이에 SoC와 제품의 경쟁력을 높이기 위해 GPGPU를 적극 활용하는 애플리케이션의 개발에 다양한 형태의 지원을 제공하는 것도 어떨까 싶다.

 

▲ 퀄컴의 시그래프 참여는 단순한 나들이 정도의 의미는 아닌 것 같다.

 

스냅드래곤 820과 관련해 많은 사람들이 주목하는 부분으로 ‘제조 공정’ 이 있는데, 현재까지는 ‘핀펫’ 기반을 이용할 것이라는 정보 정도만 흘러나와 있다. 물론 현재 이 핀펫 기반 공정에서 대량생산이 가능한 업체나 예정인 업체는 한 손에 꼽을 정도로 줄일 수 있을 정도고, 실질적으로는 잘 알려진 두 군데 중 하나가 될 가능성이 크다. 하지만 외부에서 보는 입장에서는 내부에서 얼마나 진행이 되었는지 알 수 없기 때문에, 심증은 가지만 확신은 망설여지기도 한다.

 

그리고 단순히 공정만을 바꾼다고 해서 물리적인 한계가 존재하는 상황에서 저 정도의 성능 향상이 쉽게 나오지도 않을 것이다. 이제 ARM 아키텍처도 예전처럼 저전력의 단순한 아키텍처가 아니며, 한정된 자원에서 최고의 성능을 내기 위해서는 결국 최신 트렌드에 맞는 개량이 요구된다. 그나마 레거시 환경 대응에 대한 부담이 적은 덕분에 최신 환경에 집중한 최적화의 성과가 확실하게 나올 수 있다는 점은 x86 기반 프로세서들과의 비교에서도 유리한 입장이기도 하다.

 

이제 차세대 모바일 플랫폼에서 디바이스의 경쟁력을 좌우하는 것은 SoC에서 상당 부분을 차지하는 고성능 GPU를 얼마나 다양하게 활용할 수 있을지에 달려 있을 것으로 보인다. 이것이 가능하다면 시스템 성능 최적화를 위한 SoC의 밸런스 자체를 바꾸고, 사용자가 체감할 수 있는 실질적인 성능 차이도 가장 확실하게 제공할 수 있을 것이기 때문이다. 그리고 새로운 스냅드래곤 820이 이런 방향으로 변화함의 계기를 제시할 수 있을 지도 흥미롭게 볼 만한 부분이다.

 

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