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5nm 공정 ARM SoC의 극한을 보여주는 애플 M1 프로와 M1 맥스











 (출처: 애플)



 애플이 맥북 프로를 위한 M1 Pro와 M1 MAX를 공개했습니다. M1 프로와 맥스는 모두 TSMC의 5nm 으로 제조한 거대 ARM SoC로 뛰어난 전성비와 강력한 성능을 보여주고 있습니다. M1 프로의 경우 무려 337억개의 트랜지스터를 집적해 SoC인 점을 감안해도 x86 CPU + GPU를 넘어서는 집적도를 자랑합니다. 



 이렇게 많은 트랜지스터를 집적하고도 다이 사이즈는 18.95 x 12.98mm (246㎟) 수준에 불과합니다. 클럭이 낮은 모바일 칩의 다이 사이즈가 작은 편이라는 점을 감안해도 1㎟ 당 1.37억 개라는 고밀도는 아마도 현존 노트북 프로세서 가운데 최고 수준일 것입니다. 이렇게 많은 트랜지스터는 10코어 CPU (8+2)와 16코어 GPU, 16코어 NPU, 128bit LPDDR5 컨트롤러, 대용량 SLC 메모리를 탑재하는 데 사용됐습니다. 



 성능 역시 놀라운 수준으로 30W 정도 전력 소모에서 CPU 성능은 x86 버전에 비해 1.7배, GPU 성능은 같은 성능 기준으로 70% 전력 소모가 적습니다. 30W급 프로세서임에도 GPU 성능은 5.2TFLOPS로 웬만한 외장 그래픽 수준입니다. 참고로 게임에서의 성능은 좀 다를 수 있으나 단정밀도 기준으로는 RTX 2060과 비슷한 수치입니다. 물론 30W급 모바일 SoC에서는 경쟁 상대가 없는 수준입니다. 



 그런데 높은 성능의 CPU와 GPU가 제 성능을 발휘하려면 넓은 대역폭과 빠른 속도를 지닌 메모리가 필요합니다. GDDR 메모리를 별도로 탑재하는 외장 그래픽과 달리 시스템 메모리를 CPU와 공유하는 내장 그래픽의 속도가 제한적일 수밖에 없는 이유입니다. 



 애플은 이 문제를 256bit LPDDR5 로 극복했습니다. 사진을 보면 16GB 메모리 블록을 프로세서 바로 옆에 붙여 속도를 극대화한 것으로 보입니다. 물론 메모리 대역폭은 200GB/s 수준으로 (아마도 LPDDR5 6400 을 사용한 것으로 보임) GDDR6를 사용한 RTX 2060의 336GB/s보다 낮지만, 대용량 SLC 메모리 블럭 (아마도 32MB)를 통해 이를 보완할 수 있을 것입니다. 



 









(출처: 애플) 



 더 고성능 칩인 M1 MAX의 경우 무려 570억 개의 트랜지스터를 집적해 두 배의 GPU 성능을 자랑합니다. 연산 능력은 프로 버전의 두 배인 10.4TFLOPS로 엑스박스 시리즈 X (XSX)와 견줄 수 있는 수준이나 전력 소모는 50W급입니다. 참고로 XSX에 사용된 프로세서의 트랜지스터 집적도는 170억 개로 애플이 클럭과 전력 소모를 낮추는 대신 연산 유닛 숫자를 크게 늘러 상쇄했다는 점을 알 수 있습니다. 



 메모리 대역폭은 400GB/s로 역시 부족하지만, 아마도 64MB 급으로 생각되는 대용량 SLC 메모리로 이를 극복한 것으로 보입니다. M1 맥스의 다이 사이즈는 19.96 x 21.66mm로 432㎟입니다. 최신 미세 공정을 도입한데다 크기가 매우 커서 칩 하나의 비용은 상당히 비쌀 것으로 생각되나 RTX 3060급 GPU와 최신 x86 CPU보다 더 빠른 모바일 CPU가 같이 내장된 걸 생각하면 납득할 수 있는 가격이 될 것으로 보입니다. 오히려 GPU 가격이 지금처럼 비쌀 때는 가성비가 높은 제품이 될 것입니다. 그게 아니더라도 이 정도 무게와 발열에 이 정도 성능을 보이는 노트북은 현재로써는 대안이 없는 수준입니다. 



 신형 맥북 프로 14인치와 16인치는 1999달러와 2499달러부터 시작하며 다음주부터 출시됩니다. 실제 벤치마크 결과가 주목됩니다. 



 참고 



https://www.anandtech.com/show/17019/apple-announced-m1-pro-m1-max-giant-new-socs-with-allout-performance



https://www.tomshardware.com/news/apple-m1-pro-max-everything-we-know

 
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