스마트폰 애플리케이션 프로세서(AP)란?

애플리케이션 프로세서에 대해서 공부해봐요

 

 

반도체 공정에 대해 공부하다 보니 어느 순간 스마트폰 애플리케이션 프로세서를 공부하고 있었습니다. 그래서 이번 포스팅에서는 모바일 AP 칩에 대해서 이야기를 해볼까 합니다. IT 뉴스에 애플이 A16 칩을 출시했네, 퀄컴에서 차세대 스냅드래곤 칩을 개발했다는 소리는 들어보셨을 겁니다. 주변에 얼리어답터가 계신다면, 이런 내용에 대해 이야기하려고 하지만 내용을 몰라 외면해야 했던 아픈 기억을 가지고 계실 수도 있습니다. 그래서 AP의 정의, 구성, 스마트폰에서 어떤 역할을 하는지, 추가로 2023년 1월 기준 어떤 AP 칩의 성능이 우수한지까지 다뤄보도록 하겠습니다. 

 

 

1. Application Processor(AP, 애플리케이션 프로세서)란?

 

AP의 정의

 

애플리케이션 프로세서는 컴퓨터로 보면 CPU라고 할 수 있습니다. 스마트폰의 머리 역할을 한다고 이야기 할 수 있습니다. 그런데 왜 CPU라고 부르지 않고 애플리케이션 프로세서라고 하는 걸까요? 

 

컴퓨터에 들어가는 CPU는 주로 정보를 처리하는 연산장치라고 이야기 하죠. 하지만 스마트폰의 AP칩은 컴퓨터의 CPU, 메모리, GPU 등의 기능을 한꺼번에 가지고 있습니다. AP를 SoC(System on Chip)이라고 부르는 이유가 바로 모든 기능이 하나의 칩에 들어가 있기 때문입니다. 그래 AP칩의 성능이 곧 스마트폰의 성능이라고 할 수 있습니다.

 

스마트폰 이전 세대인 피처폰이나 그 전 세대인 말 그대로인 핸드폰(휴대폰)은 통신의 목적이 강했습니다. 요금제도 문자, 통화 위주로 구성이 되어 있었죠. 스티브 잡스가 스마트폰을 들고 나온 후, 핸드폰이 스마트 해지긴 했으나 인터넷으로 자료를 찾아보기도 힘들었고, 저의 기억에서는 주로 카카오톡을 사용하기 위해 스마트폰으로 교체하던 시기가 있었습니다.

 

그리고 아이폰이 아이패드와 같은 태블릿을 내놓으면서 비로소 AP칩에 대한 중요성이 커지기 시작했습니다. 

 

 

AP칩 시장이 성장하는 계기

 

스마트폰이라는 혁신기술이 애플에서 나오다 보니 설명도 애플을 중심으로 하겠습니다. 애플의 오리지널 아이폰부터 아이폰 3까지는 삼성이 만드는 AP칩이 사용되었습니다. 하지만 삼성 스마트폰인 갤럭시가 시장점유율을 높여가면서 애플은 독자적으로 AP칩을 설계하기 시작했습니다. 

 

그리고 이때부터 대만의 TSMC가 폭발적으로 성장할 수 있었던 파운드리 시장의 황금기를 열게 됩니다. 바로 애플의 A8 AP칩을 TSMC가 수주하게 됩니다. TSMC는 파운드리 회사기 때문에 칩에 대해 설계를 하지 않습니다. 애플은 삼성이 자신들의 칩을 복제할 수 있는 위험을 안기 싫었기 때문에 TSMC에 동시 생산을 맡기게 됩니다. 이것이 AP칩 시장이 성장하는 첫 번째 계기입니다. 

 

두 번째 계기는 동영상 스트리밍 서비스 시장이 폭발적으로 성장하면서 덩달아 AP칩이 기술적으로 성장하게 됩니다. 시작은 유튜브가 열었습니다. 그리고 몇 년 지나지 않아 OTT 플랫폼 기업들이 코로나를 맞이하면서 엄청나게 성장을 합니다. 스마트폰으로 유튜브를 보고, 태블릿으로 OTT 서비스를 이용하죠. 그럼 당연히 AP칩 성능이 좋아야 합니다. 아무래도 영상은 문자나 카톡과 같은 텍스트보다 처리용량이 크기 때문입니다. 

※ AP 칩 시장이 성장하는 계기는 개인적 분석에 따른 저의 개인 의견일 뿐 실제 성장계기와는 다를 수 있습니다. 

 

 

2. AP 칩을 구성하는 요소

 

 

AP칩의 구성

다양한 기능이 하나의 칩에 들어가 있습니다.

 

조그만 칩에 그림에 표시된 많은 기능이 들어간다니 정말 신기합니다. 하지만 스마트폰 기기 하나에 최대 들어갈 수 있는 용량이 현재는 256G 정도이니 충분히 가능할 것 같다는 생각도 듭니다. 

 

1) CPU 역할

AP를 CPU라고 생각하는 분들이 많듯이 AP의 주요 기능입니다. AP 또한 컴퓨터의 CPU와 같이 32bit와 64bit 같은 종류가 있고, 싱글 코어, 멀티 코어 등이 있습니다. 현재 나오는 AP칩들은 기본적으로 쿼드코어로 나오는 것 같습니다. 참고로 애플의 A16 Bionic은 64비트 6 코어입니다. 

 

2) GPU 역할

컴퓨터의 GPU와 마찬가지로 그래픽을 처리하는 기능을 합니다. AP칩을 제조하는 회사에 따라 다른 GPU가 들어가며 알려진 바로는 Qualcomm사는 Adreno(아드레노)라는 GPU를 사용하고 있고, 다른 주요 회사들은 영국 ARM 사의 Mali를 사용한다고 합니다. 스냅드래곤에 사용하는 아드레노는 퀄컴이 AMD의 그래픽 사업부를 인수하면서 퀄컴에서 자체 설계한 GPU입니다. 

 

3) 인터넷을 연결하는 모뎀

퀄컴이 초기 AP칩 시장에서 선두로 치고 나갈 수 있던 이유가 바로 AP 칩에 모뎀을 같이 넣었기 때문입니다. 참고로 Qualcomm사의 AP칩은 바로 '스냅드래곤'입니다. 퀄컴은 어떻게 AP칩에 모뎀을 넣을 생각을 했을까요? 

 

퀄컴은 지금 세대는 모를 수 있는 CDMA(Code Division Multiplex Access, 코드분할 다중접속)통신방식의 원천기술을 보유한 칩셋 제작사였습니다. 퀄컴이 내놓은 최초의 스냅드래곤 칩에는 통신모뎀과 GPS 모듈도 포함하여 출시되었다고 합니다. 

 

4) 영상을 볼 수 있게 해주는 VPU

고화질의 영상을 끊기지 않고 볼 수 있게 해주는 프로세서입니다. 최근 트렌드는 VPU를 GPU에 통합하여 출시된다고 합니다. GPU의 성능이 더 성장해야 하는 이유가 될 것 같습니다. 

 

이외에도 AP칩을 구성하는 요소는 5) 디지털 신호 처리 프로세서, 6) 카메라의 렌즈역할을 하는 이미지 처리 프로세서 등이 존재합니다. 

 

 

3. AP칩 기업별 시장 점유율(AP 칩 랭킹)

 

시장점유율

 

그럼 글로벌 마켓에서 AP칩을 선도하고 있는 기업은 어디일까요? 그리고 어떤 AP칩이 가장 성능이 좋을까요? 2022년 3분기를 기준으로 제시된 자료는 대만의 Mediatek이 시장점유율면에서는 1위입니다. 그리고 그 뒤를 Qualcomm, Apple, UNISOC, 삼성전자, Huawei 순으로 점유율이 제시되었습니다. 

 

중요한 점은 Mediatek, Qualcomm, Apple 등 3사가 시장에서 차지하는 비중이 84%입니다. AP 시장의 대부분을 이 세 회사가 차지하고 있는 것입니다. 

 

산업의 형태가 ICT 중심으로 바뀌면서 생긴 한 가지 트렌드는 한 번 속도에서 뒤쳐지면 따라잡기가 힘들다는 것입니다. 국민기업인 삼성전자가 과연 AP칩 시장에서 기술과 시장점유율을 따라잡을 수 있을지도 궁금한 포인트이긴 합니다. 

 

AP칩 주요 3사의 시장점유율이 압도적이다.

 

 

AP 칩 Ranking(2022년 12월)

 

AP 칩을 기준으로 보면 1위는 A16 Bionic이 뽑혔습니다. (분석사이트마다 결과는 다를 수 있습니다.) 그리고 그 뒤를 바로 이어 Qualcomm의 스냅드래곤 8 Gen2가 선정되었습니다. 시장점유율은 Mediatek이 1등이긴 하지만 AP 칩 성능 랭킹에서는 아직 애플과 퀄컴을 따라잡기는 어려웠나 봅니다. 

 

삼성의 Exynos는 겨우 10위에 들어있습니다. 1위와 3위는 애플의 A 시리즈입니다. 분석 사이트에서 제공하는 자료를 보면 A16과 A15는 성능에서 별반 차이가 없다는 이야기가 많습니다. 스마트폰 바꾸실 때 참고하시면 좋을 것 같습니다. 성능만을 고려하면 A15로 골라도 되겠지만 또 연령별, 성별마다 스마트폰을 이용하는 용도가 다르기 때문에 용도에 맞춰서 골라보시면 될 것 같아요. 

 

AP칩 Ranking(출처 : TechRankUp)

 

AP 칩에 대해 이해하시는데 조금이라도 도움이 되셨는지 모르겠습니다. 조금 더 전문적인 이야기들은 반도체에 대한 내용을 다룰 때 이야기해보도록 하겠습니다. 감사합니다. 

 

By. POLF