오늘날 세계 임베디드, 모바일 프로세서 시장을 장악하고 있는 회사는 ARM 입니다. ARM 자체는 제조사는 아니지만 자신의 프로세서 관련 라이센스를 퀄컴이나 삼성 같은 대기업이 판매해 ARM 계열 프로세서를 제조할 수 있도록 하고 라이센스를 받는 방식으로 영업을 하고 있습니다. 오늘날 매년 수십억개의 ARM 계통 칩들이 양산되는데 목적에 따라서 엑시노스나 스냅드래곤처럼 고성능의 어플리케이션 프로세서에서 냉장고나 혈당기 같은 기긱에 들어가는 다양한 칩이 여기에 속합니다.
ARM 은 스마트폰 등을 노리는 가장 고성능의 프로세서인 Cortex - A 시리즈와 그 아래 하위 제품군인 Cortex - R, 그리고 마이크로컨트롤러와 가장 저가, 저전력 시장을 노리는 Cortex - M 시리즈로 제품군을 나누고 있습니다. (아래 슬라이드 참조) 최근 ARM 은 M 시리즈의 최고 성능 제품인 M7 을 공개했습니다.
(Source : ARM)
ARM 은 2004 년 M 시리즈를 처음 내놓았는데 2013 년 한해 동안만 29 억개의 칩을 판매했고 2014 년 상반기에만 17 억개를 판매했다고 발표했습니다. M 시리즈의 라이센스를 구매한 기업만 175 개라고 하네요.
사실 M 프로세서는 기본적으로 메모리 관리 유닛 memory management unit (MMU) 이 빠져 있는 단순한 구조라서 리눅스 계통 같은 범용 OS 를 지원할 수 없는 프로세서입니다. 따라서 마이크로컨트롤러 (MCU) 에 가까운 구조입니다.
OS 역시 리눅스나 윈도우보다 단순한 구조의 RTOS (Real Time Operating System) 같은 임베디드용 OS 가 여기에 사용되는데 여러가지 프로그램을 구동하는 게 목적이 아니라 몇가지 기능만을 구현하는 것이 목적이므로 사용 목적을 감안하면 문제될 게 없는 구성입니다. (예를 들어 혈압계나 혈당계 안에 들어가는 프로세서가 윈도우나 리눅스를 구동할 이유는 없다는 이야기)
그러나 점차 웨어러블 기기 및 IoT 의 수요가 증가하면서 현존하는 M 시리즈 프로세서보다 더 강력한 프로세서의 요구가 발생하고 있으므로 여기에 맞춰 M7 이 등장한 셈입니다. 이 기기는 앞으로 인텔의 에디슨이나 이메지네이션 테크놀로지스의 워리어 등과 대결을 벌이게 될 것으로 보입니다.
(Cortex - M7 의 구조 Source : ARM )
Cortex - M7 은 6 Stage, in order, superscalar pipeline (dual-issue, 단정밀도 및 배정밀도 유닛 포함) 을 가지고 있으며 데이터 캐쉬, 분기 예측, SIMD 유닛도 포함한 비교적 복잡한 구조를 지니고 있습니다. 그런만큼 M 시리즈 프로세서 가운데서는 가장 연산 능력이 높아 DMIPS 기준 MHz 당 공식 2.14, 최대 3.23 정도 되는 연산 능력을 지니고 있으며 코어 마크 결과는 MHz 당 5 점 정도를 기록하고 있습니다.
(M 시리즈 간의 비교 Source : ARM)
그러나 M7 프로세서가 단독으로 기기를 제어하는 경우만 있는 것은 아닙니다. 사실은 많은 경우에서 Cortex A 프로세서와 코프로세서로 작동하는 경우들이 많습니다. 본래 ARM 프로세서들은 매우 작은 크기의 프로세서를 지향하는데 Cortex A5, A7 같은 프로세서들은 최신 공정에서 L2 캐쉬를 포함해도 수 ㎟ 미만의 크기를 지니고 있다고 합니다.
(역시 웨어러블 및 IoT 기기, 임베디드 시장에서 널리 사용되는 Cortex A 프로세서의 크기 비교 Source : ARM)
A7 같은 작은 저전력 범용 프로세서와 M7 같은 프로세서들은 다양한 웨어러블 및 IoT 기기에 사용될 수 있습니다. 아주 단순한 업무만 반복하는 기기에는 M 시리즈 프로세서가 어울리고 스마트 시계 같이 좀 더 복잡한 업무를 해야 하는 기기에는 A7 과 같은 프로세서가 필요할 것입니다.
아무튼 IoT 및 웨어러블 시장이 각광을 받으면서 인텔이나 ARM 같은 회사들에서 여러 제품들을 내놓는 것을 보니 시대가 변하고 있다는 생각이 듭니다. 여기서는 고성능 보다는 더 작아지는 게 관건이라고 할 수 있는데 아무튼 엄청나게 작아진 모습을 위의 슬라이드 (비교를 위해 실물 크기의 연필과 비교) 보면 알 수 있을 것 같습니다.
참고
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