애플의 아이패드3 Apple A5X CPU 전략

Apple는, 소문의 iPad3를 미 샌프란시스코의 발표회에서 발표했다. 디바이스로서의 큰 포인트는, 디스플레이 해상도가 2048 x1536 Retina 디스플레이가 된 것, SOC(System on a Chip)가 「Apple A5X」가 된 것.이 2가지는 밀접하게 결합되고 있다. 그것은, Apple A5X가 그래픽스 파이프라인의 수를 2배로 했기 때문이다.
종횡 배가 된 화면에 맞추고, 그래픽스의 최대프로세싱 성능도 증가했다.

　Apple A5X는, 이름으로부터 iPad 2/iPhone 4 S에 사용되고 있는 Apple A5 SoC의 진화형인 것을 알 수 있다. CPU 코어는 Apple A5와 Apple A5X와도, 듀얼의 Cortex-A9라고 볼 수 있다.ARM에는 차세대의 Cortex-A15 코어가 있지만, 탑재 제품을 투입할 수 있는 것은 2012년 후반이 된다.
GPU 코어는 A5가 「PowerVR SGX543MP2」로 듀얼 코어.
A5X에서는, PowerVR 코어가 쿼드구성의 PowerVR SGX543M4가 되고 있다고 추정된다. Imagination Technologies의 PowerVR의 신아키텍쳐 6 시리즈는, 아직 늦는기 때문에, PowerVR SGX5 세대에 머물 것이다.

　이와 같이, 프로세서 아키텍쳐적으로 보면, 이번 iPad의 타이밍은, 정확히 코어 아키텍쳐의 변환기의 전이며, 현행 세대를 확장 할 수 밖에 없는 시기에 있는 것을 알 수 있다.칩의 코어 아키텍쳐적으로는 혁신이 없는 제품일 가능성이 높다.

　프로세스 기술 세대로는 어떤가?. 현행의 A5는 Samsung의 45nm프로세스로 제조되고 있다.대기업의 파운드리는 작년(2011년)부터 28nm프로세스를 시작하고 있지만, iPad 정도의 물량을 생산할려면  28nm프로세스에 거는 것은, 아직 위험한 모험이다.그렇게 되면, 선택사항은 45nm, 40nm, 32nm가 된다.Samsung으로 제조하는 경우는, Samsung의 프로세스는 45 nm→32 nm→28 nm이므로, 45nm나 32nm 2가지 방법이 있다.

　어느 업계 관계자는, 작년의 가을에, Samsung이 32nm프로세스를 Apple에 추천했었다고 말하고 있었다.그것은, 2012년 봄의 제품에서는 28nm는 늦지만, 32nm라면 늦지 않기 때문이라고 설명하고 있었다. 시기적으로 생각하면, Samsung의 32nm여도 이상하지는 않다. 그러나, 일부의 보도로는 45nm인 이라고 되고 있다. 

Cortex-A9의 블록 다이어그램 

●Apple의 차세대 SoC A6와의 관련되어 

　
Samsung의 32nm로 이행하면, 장점은 얼마든지 있다. iPad 2/iPhone 4 S의 A5는 45nm프로세스로, 그 때문에 다이가 매우 컸다. 휴대 디바이스의 어플리케이션 프로세서 SoC는, 50~70평방 mm정도가 보통인데, A5는 120평방 mm를 넘고 있었다. 다이가 크면 코스트가 증가한다. A5X는, GPU 코어로서는 비교적 유닛이 큰 PowerVR SGX5계의 코어를 2개 늘리기 위해, 한층 더 다이 면적은 증가해 버린다.그 만큼, 코스트가 오른다.

　소비 전력에서도 이점이 있다.칩의 트랜지스터 규모가 증가하면, 전력도 증대한다. 그러나, Samsung의 프로세스에서는, 32nm로부터 High-k/Metal Gate(HKMG)을 채용해 누설전류(Leakage)를 억제한다. 그 때문에, 45nm세대에 대해서 32nm는 전력의 면에서 유리하게 된다.
아래는, Samsung의 32 nm프로세스의 퍼포먼스와 리크 전류로, 우수한 것을 알 수 있다.

 

HKMG의 특징

 

　게다가 Samsung은 32nm에서는, 보디바이아싱을 채용한 Cortex-A9의 매크로를 가지고 있어 한층 더 누설전류가 억제되고 퍼포먼스를 높인 실장할 수 있다. 즉, 프로세스 기술 뿐만이 아니라, 회로설계 기술의 면에서도 우수하다. 그 때문에, Samsung의 32nm로 A5X를 만드는 것은, 그 나름대로 매력적이다. 이러한 이점을 생각하면, Samsung의 32nm를 사용하는 것은 자연스럽게 생각된다.

　하지만, 그러한 이점이 있는 것에도 불구하고, 만약, Apple가 Samsung의 45nm프로세스를 A5X에 사용한다고 하면, 그 의미는 1개다.
Apple가, 아이패드3에는, 반도체 칩의 설계 노력을 걸치고 싶지 않았다고 하는 것이다. 예를 들면, 사내의 개발 자원을, 다음의 「A6」에 집중시키고 있어 A5X에는 코스트도 사람도 억제한다고 한다면, 그러한 전개도 있을 수 있다.

●아쉬운 A5X 세대의 메모리 대역폭 
 

　아이패드3의 디스플레이 해상도는 2,048×1,536으로, 종래의 iPad의 리니어에 2배로 면적 4배다. 당연, 생 픽셀 타자치기 퍼포먼스는 보다 필요하게 되기 위해, 그래픽스 프로세싱 능력이 증가하는 것은 이치에 필적하고 있다. 픽셀 해상도가 증가해도 정점 연산이 4배는 필요없기 때문에, 4배의 GPU 퍼포먼스까지는 필요가 없다.
듀얼구성에서는 해상를 구현하기에 부족한건 사실이다.

　그러나, 여기에는, 기본적인 문제가 있다.그것은, 메모리대역폭이 해상도를 뒷받침해줄수 있는지 하는 문제다.

　현재의 모바일 SoC에서는 LPDDR2의 듀얼 채널(x64) 구성에서도, 6.4 GB/sec의 메모리 대역이 겨우.LPDDR2를 1,066 Mbps에 올리는지, 메모리채널수를 늘리면 대역을 올릴 수 있지만, 소비 전력이나 칩개수(채널을 늘렸을 경우)로 불리가 된다. PC로 말하면, 6.4 GB/sec은 DDR-400 2 ch(x128)의 메모리 대역으로, 그것을 CPU와 그래픽스로 공유하고 있기 때문에, 매우 괴롭다.

 

모바일을 위한 메모리의 대역폭 

　물론, PowerVR 아키텍쳐는 타일링으로 그래픽스 파이프라인중에서 가장 대역을 먹는 ROP(Rendering Output Pipeline) 회전의 대역이 큰폭으로 세이브되고 있다.그런데도, 해상도가 오르면, 메모리 대역은 필요하게 된다.그 때문에, 만약, 아이패드3로 메모리 대역이 오르지 않으면, 모처럼의 초고해상도는, 2D나 동영상에서는 혜택이 있어도, 3D그래픽스로 다 메우는 것은 어려워진다.즉, 고해상도의 3D게임은 어려울 가능성이 높다.

　무엇보다, 게임에서는 당면은 레티나디스플레이의 해상도는 대응하지 않는, 또는, 필요없을지도 모른다. Apple도, 그것을 예기 하고 있을 가능성이 있다. 그것은, 제대로 해상도가 오리지날 iPad의 정수 배가 되고 있어 종횡비도 같기 때문이다. 오리지날 iPad의 게임을, 종횡을 각각 2배에 스케일 하면 아이패드의 해상도가 되기 때문이다.

　이것이, 종횡비가 다르거나 해상도가 깨끗이 곱셈 할 수 없으면 문제가 생긴다.여백을 조정해야 하거나, anti-aliasing이 더럽게 걸리거나라고 하는 문제다.아이패드3의 방식이라면, 그러한 문제는 일절 생기지 않는다.즉, 4배의 고해상도는, 우선은 2D의 ibook이나 iphoto등의 컨텐츠를 타겟으로 한 것으로, 게임은 나중에 반도체가 진보하면 따라 오면 된다고 Apple는 생각하고 있을 가능성이 있다.

　모바일메모리의 대역에 관해서는, 현재, JEDEC(미국의 전자 공업회 EIA의 하부조직으로, 반도체의 표준화 단체)의 메모리 규격에서는, LPDDR3가 온 트럭으로 제조로 향하고 있어 금년의 후반부터 내년에는 듀얼 채널로 12.8 GB/sec의 대역을 실용이 된다고 보여지고 있다.LPDDR3에서는, LPDDR2보다 소비 전력이 올라 버리지만, 2013년 후반부터 2014년에는, LPDDR2로부터 소비 전력을 올리지 않고 12.8 GB/sec을 실현할 수 있는 Wide I/O SDR 메모리가 일어선다.Wide I/O의 문제는 SoC 칩과 DRAM의 코스트가 올라 버리는 것이지만, Apple만한 대량주문이 있으면, 그것도 희석될지도 모른다.

　 또다른 방법은, Rambus의 Mobile XDR DRAM를 채용하는 것이다. Mobile XDR DRAM라면 x32 구성으로 12.8~17.1 GB/sec, x64 구성으로 25.6~34.1 GB/sec의 대역을 실현할 수 있다.다만, 이 선택의 경우는, DRAM를 공급해 주는 벤더도 세트로 찾아낼 필요가 있다.

　어쨌든, Apple가 A6세대에 이러한 기술을 채용하면, 메모리 대역의 제약은 완화되어 해상도에 알맞은 픽셀 퍼포먼스를 얻을 수 있게 된다. 그러나, A5X 세대로는, 아마 메모리대역폭 문제로 인해 3D게임은 힘들것이라고 본다.

●이름에 의미가 있는 The new iPad 

　Apple는, 이번 신제품에 「The new iPad」라고 하는 단순하기 짝이 없는 이름을 선택했다.사전에 소문 되고 있던 「iPad 3」에서도 「iPad HD」도 아니고, 단지, 새로운 iPad다. 영어적으로 보면, 여기서 「The」라고 하는 정관사와 「new」라고 하는 형용사가 도착했던 것에 의미가 있다.

　우선, new를 붙이면, 영어의 규칙으로서 정관사의 The를 붙이지 않을 수 없기 때문에, 문법적으로는 올바르다. 그러나, 영어적으로는, 원칙으로서 고유 명사에는 관사는 붙지 않기 때문에, 본래라면 iPad에 관사는 적지 않는다. 물론, new까지가 제품 고유 명사여도 같다.게다가, the라고 하는 관사를 적은 것은, Apple가 iPad를 일반 명사라고 생각하고 있는 것을, 알리게 하려 하고 있다고 생각할 수 있다.

　즉, 그것은, iPad가 벌써 고유의 상품명이 아니고, 일반 명사물로서 인지되는 보편적인 물건이 되었다고 하는 메세지다.그 만큼, Apple는, iPad라고 하는 제품에 자신을 가지고 있다.타블렛이라고 하는 일반 명사안의 iPad라고 하는 제품 고유 명사가 아니고, iPad는 iPad라고 하는 카테고리를 나타내는 일반 명사다.

　이것은, 일찌기, 소니・컴퓨터 엔터테인먼트(SCE)가 PlayStation에 The를 붙이고, The playstation라고 밝혔을 때와 잘 비슷하다.


결론
아이패드3는 2048 x1536 레티나디스플레이로 사람들 열광시켰지만 CPU와 메모리대역폭문제로 제품의 완성도가 떨어진다.

2048 x1536  레티나디스플레이를 확실히 커버해줄 28nm A6칩(Cortex-A15 )을 장착한 후속제품을 기다리자.

잡스의 완벽함은 없었다.