애플의 신제품 M1이 가져올 반도체 시장의 영향

애플이 최근 대표 제품인 맥북을 신제품으로 내놨습니다. 애플의 신제품 발표는 항상 많은 관심을 모으고 있지만 이번에는 좀 더 특별합니다. 바로 애플이 자체 개발한 PC용 반도체를 공개했기 때문입니다. 이 애플 칩이 어떤 특성을 가지고 있는지 그리고 반도체 시장 전체에 어떤 충격을 주는지 알아보겠습니다.

1. 애플의 특별한 신제품 맥북

애플은 11월 10일 열린 행사에서 독자 설계한 M1칩과 함께 이를 탑재한 노트북 맥북프로(MacBook pro) 맥북에어(MacBook air) 그리고 데스크탑 맥미니(Mac mini)를 발표했습니다.

M1 탑재 맥북 프로

많은 분들이 아시겠지만 애플은 1984년부터 독자 운영체제인 맥 OS를 이용해 왔습니다. 소프트웨어 영역에서 좀 독자적인 체계를 구축하고 있었습니다. 하지만 컴퓨터의 두뇌에 해당하는 프로세스는 직접생산하지 않았습니다. 애플이 개인용 컴퓨터를 1976년부터 IBM, 모토롤라 등의 프로세스를 이용했고 애플은 2006년부터는 인텔 제품을 썼습니다. 이번 발표로 15년간의 인텔과의 동맹이 깨진 것입니다. 이 발표로 인텔의 주가는 10% 더 하락을 했었습니다. 애플은 이제 하드웨어에서 독자적인 영역을 구축하기 시작한 것입니다. 애플은 향후 2년 내 나머지 제품군에 독자 개발한 프로세서를 탑재하고 완전한 독립을 할 것이라고 발표했습니다.

2. M1 생산이 가지는 의미

애플의 이번 M1칩 생산은 당연히 반도체시장의 변화와 큰 관련이 있습니다. 크게 두 가지 의미를 찾을 수 있을 것 같습니다.

M1 칩

첫 번째는 ARM 아키텍처 기반 PC 시장 진출입니다. 지금까지 PC 시장은 인텔에서 제공하는 x86가 시장을 장악하고 있었습니다. 이번에 애플이 암 기술을 바탕으로 M1 칩을 출시하게 되면서 암 기술의 PC 시장 진출을 됐었습니다. 앞으로 암 기술이 인텔이 독점하고 있는 PC 시장을 넘어서 데이터센터, 자율주행까지 넘볼 수 있는 가능성을 말합니다. 또 다른 의미는 독자적인 SoC (System On Chip)가 시작됐다는 것입니다. 기존의 인텔이나 엔비디아는 반도체 회사에서 칩을 구입해서 제품을 완성했는데 이제 하드웨어 제조사들이 독자적인 프로세스를 개발하기 시작한 것입니다. 이런 독자 규격 칩 개발 시도는 PC 시장을 넘어서 이제 자율주행, 인공지능까지 확대될 것으로 보입니다.

3. SoC란?

애플의 M1이 반도체시장에 던지는 충격파를 이해하기 위해서는 SoC 개념을 이해해야 됩니다. 흔히 컴퓨터 시스템이라고 하면 컴퓨터에 설치되어 있는 소프트웨어적인 무언가를 생각할 수 있습니다. 그것도 맞지만 컴퓨터 시스템 구성에는 CPU, GPU 등과 같은 하드웨어도 모두 포함합니다. 하나의 컴퓨터가 시스템을 이루기 위해서는 여러 가지 반도체들이 조화를 이루어야 된다는 것입니다. 주변에서 흔히 볼 수 있는 조립식 PC를 생각해 보면 PC가 기능을 하기 위해서 CPU, GPU, 파워, 메인보드 등 이렇게 하나씩 장착을 해서 하나의 PC로 완성을 합니다. 이 작업이 바로 컴퓨터 시스템을 구축하는 작업이라고 보시면 됩니다. 하지만 기술이 발전하면서 이 구성품들을 하나의 반도체 위에 모두 탑재할 수 있게 되었습니다. GPU나 CPU 등의 연산장치뿐만 아니라 저장장치까지 모두 탑재할 수 있게 되었습니다. 그래서 이 컴퓨터 시스템의 구성요소들을 하나의 칩 위에 올려놓았다, 여러 반도체 조합으로 이루어지는 시스템을 하나의 칩으로 구현했다, 그런 의미에서 이런 유형의 반도체를 SOC 시스템 온 칩이라고 부르는 것입니다. 이 칩은 CPU와 GPU 간 긴밀하게 협력해서
작업을 수행해야하는 인공지능이나 자율주행 시장 등에서 많이 활용될 수 있습니다.

System on Chip

4. SoC의 장점

그럼 시스템온 칩의 장점을 한번 살펴보겠습니다. 우선 크기입니다. 컴퓨터 구동에 필요한 각종 칩을 하나로 모아 둔 덕에 하드웨어 부피를 크게 줄일 수 있습니다. 덕분에 추가적인 배터리를 더 집어넣는다는 등에서 성능을 개선할 수가 있습니다. 이번 애플의 M1 침만 보더라도 8 코어, CPU, GPU, Neural Engine을 하나로 합쳤습니다. 노트북을 기준으로 했을 때 이것저것에 배치되어야 할 칩들이 하나의 칩에 모여있으니 배터리 크기를 더 크게 하는 등 여유있는 설계가 가능해집니다.

SoC 집약성

다음은 최적화합니다. 이곳 저곳에 흩어져 있던 칩들이 하나의 칩으로 통합되면서 칩과 칩 사이의 통신이 굉장히 빨라집니다. 자연이 데이터를 처리하는데 드는 전력이 감소하면서 같은 작업을 해도 배터리를 훨씬 더 오래 사용할 수 있게 되었습니다. 애플처럼 독자 소프트웨어를 보유한 경우에 이런 최적화 효과가 더 커지게 됩니다. 애플은 이번에 M1 탑재로 배터리 성능 2배, CPU 성능 3.5배 GPU 성능 5배를 올렸다고 합니다.

SoC의 성능

기존 반도체 업체들이 생산하는 범용 시스템 온 칩을 사용하는 것보다 훨씬 많은 비용이 들지만 기존 애플의 프로세스와 활용되면서 시너지 효과가 있는 것입니다.

5. Soc의 필요성

시스템 온 칩이라는 개념이 등장한 것이 하드웨어의 부피를 줄이기 위해서였습니다. 칩 하나에 CPU 와 GPU 기능을 모두 탑재하기 위해서였습니다. 이런 칩의 형태가 꼭 필요한 분야가 바로 스마트폰입니다.

스마트폰 AP

시스템 온 칩이 가장 활발하게 이용되는 분야가 스마트폰에 탑재되는 모바일 AP 분야입니다. 특히 AP 시장에서는 독자적인 규격의 시스템 온 칩 설계가 가장 활발합니다. 발열이나 배터리 문제를 해결하기 위한 최적화 관점에서도 많은 스마트폰 제조사들이 직접 설계를 하고 있습니다. 작은 스마트폰 안에 하나의 칩에 CPU와 GPU 모두를 집어넣어야 하기 때문에 자연적으로 성능이 최신 개발품에 비해서는 조금 떨어질 수밖에 없습니다. 하지만 스마트폰 성능으로는 충분하기 때문에 제조사들이 SOC를 개발하고 있었습니다.

삼성 엑시노스

그 결과 등장한 것이 퀄컴의 스냅드래곤, 삼성전자의 엑시노스, 화웨이의 기린, 엔비디아의 테그라입니다.

6. 활용도가 높은 SoC

애플 아이폰 4에 내놓던 2010년부터 독자 규격 AP를 시작하면서 시스템 설계 역량을 갖추었고 이 기술을 바탕으로 PC 용 시스템 온 칩인 M1을 내놓으면서 PC 시장으로 첫 걸음을 내리는 것입니다. 이제 PC 반도체 설계로 확장되어 버린 애플은 당연히 AMD 그리고 엔비디아와도 경쟁관계로 이어지게 되었습니다. 이로써 많은 기업들이 자사제품에 꼭 맞는 크기의 칩 그리고 소프트웨어의 최적화를 위한 독자적인 시스템을 개발해 나설 것으로 전망 됩니다. 이미 외신에서는 HP나 레바노 등이 뒤를 이어서 노트북용 시스템 온 칩을 독자개발 것으로 전망하고 있습니다. 지금까지는 애플 회사를 통해서 PC 시장에서의 시스템 온칩 변화를 알아보았습니다. 이미 여러 영역에서 독자규격 시스템온칩 반도체 물결이 일고 있습니다.

SoC 활용분야

특히 각 영역에서 선두를 달리고 있는 기업들이 굉장히 적극적입니다. 비용이 좀 들더라도 자신의 서비스나 제품의 최적화 시스템온 칩을 생산해서 기술발전을 어느 정도 가속화한다는 구성입니다. 대표적으로 자율주행 시장에서의 테슬라와 데이터센터 시장에서의 아마존 있습니다. 테슬라는 원래 모빌아이 그리고 엔비디아에 자율주행용 칩을 사용했는데 2017년부터는 최적화를 이유로 독자개발에 선언했습니다. 그리고 2019년 4월 독자 개발한 자율주행용 시스템 온 칩은 이미 생산되고 있는 테슬라의 차에 탑재가 되고 있습니다.

테슬라 MCU와 AP

엔비디아의 입장에서는 한때 고객인 테슬라가 이제 자율주행용 칩셋을 놓고 경쟁하는 사이가 돼버린 것입니다. 아마존의 경우도 마찬가지입니다. 세계 최대의 클라우딩 컴퓨팅 업체에 아마존은 원래 인텔의 데이터센터용 시스템 온 칩을 사용해 왔는데 서비스 최적화를 이유로 2016년부터 독자 개발을 시작했고 최근에 시스템 온칩 1과 2를 연달아 내놨습니다. 아마존은 단계적으로 인터넷 칩을 자체 칩으로 대체할 것이라고 발표했습니다. 또 다른 클라우드 사업자 마이크로소프트와 구글 등도 자체 개발을 한다고 하니 앞으로 시장 구분이 없이 각 IT 대기업끼리 맞붙는 경쟁구도가 될듯합니다.

7. 마무리

애플 신제품 출시를 시작으로 해서 반도체 시장의 불어오는 시스템 온 칩 설계 열풍까지 다루었습니다. 반도체 설계과는 거리가 멀어 보이던 기업들까지 나서서 칩을 개발하고 있는 이유를 한번 살펴봤았습니다. 이런 경향은 IT 산업 전반에 걸쳐 반도체가 탑재되는 분야면 어디든 영향을 가리지 않고 나타날 것으로 보입니다. 그동안의 시장을 점유하고 있던 전통 반도체 기업 입장에서는 언제 자신의 고객이 다시 돌아올지 모르는 상황에 대한 것과 심지어 애플과 테슬라 그리고 아마존이 반도체를 두고 경전을 펼치는 날이 올 줄 모르겠습니다.