ARM (feat. NVIDIA)

세계 최대 반도체 설계 회사인 영국의 암 홀딩스 (ARM Holdings)는 어떤 회사인지 알아보겠습니다. 

 

1. ARM 개요

ARM (Advanced RISC Machine 또는 Acorn RISC Machine) 은 모바일(스마트폰)의 중추적 역할인 CPU(중앙 연산처리장치)/AP(Application Processor)를 ARM architecture(아키텍처) 기반으로 거의 독점적으로 설계하는 유일무이한 회사입니다. 설계만 하고 제조하지 않는 팹리스 기업으로 제조품을 판매하지 않고 라이선스를 제공해서 받는 로열티로 수익을 냅니다. ARM 기반 AP는 스마트폰 PDA, 닌텐도 3DS, PS Vita, 닌텐도 스위치, iPad, 갤럭시 탭 등의 최근 거의 모든 임베디드 시스템에 사용되고 있다 해도 과언이 아닙니다.

삼성전자, 애플, 퀄컴, 화웨이, 미디어텍 등 모두 ARM 아키텍처 기반으로 한 설계에 대해 ARM에게 라이선스 비용을 지불하고 AP를 사용하고 있습니다.

• 애플 : 라이센스를 받아 재설계하여 자체 Apple Silicon AP를 만듭니다.
• 삼성전자 : 엑시노스 시리즈로 설계하여 만들고 있습니다.
• 퀄컴 : 스냅드래곤으로 AP를 만들고 있습니다.

2. ARM 아키텍처

ARM 아키텍처는 RISC (Reduced Instruction Set Computing) 개념으로 설계되어 더 빠른 실행을 위해 명령을 단순화하여 프로세서 성능을 최적화되어임베디드 기기에 많이 사용되고 있습니다. 명령어 구조가 간단하고 명령어 수가 작아서 빠르고 효율적인 처리가 가능하며 하드웨어 구조를 간단하게 만들기 때문에 저전력이고 열이 많이 발생하지 않아 팬이 필요하지 않아 모바일에 이상적인 프로세서로 현재 시장의 90% 이상이 ARM 아키텍처 기술을 적용한 CPU(AP)를 적용하고 있습니다.  
☞ 임베디드 기기는 특정한 목적을 가진 프로그래밍 가능한 모든 컴퓨터와 같은 기기를 의미 합니다.

☞ RISC (Reduced Instruction Set Computer) 개념은 프로그램에서 자주 사용되는 명령어만 효율적으로 구현하여 프로세서를 단순화하고, 덜 일반적인 작업은 서브 루틴으로 구현하여 드물게 사용하여 H/W 구조를 단순하게 하였습니다. 즉 축소 명령어 집합 컴퓨터로 CPU 명령어의 개수를 줄여 하드웨어 구조를 좀 더 간단하게 만드는 방식입니다. 반대 개념으로 많이 사용되는 개념인 복잡한 명령어 세트 컴퓨터 (CISC)에는 많은 특수 명령어가 있으며, 그중 일부는 실제 프로그램에서 거의 사용되지 않을 수 있어서 H/W가 복잡하지만 특정 명령에 대하여 최적화되어 설계되는 경우에는 속도가 RISC보다 훨씬 더 빠를 수 있습니다.

3. ARM의 역사​

1980년대 중반, 영국의 컴퓨터 회사 Acorn Computer는 비즈니스용 신형 고성능 컴퓨터를 만든다는 목표를 세워 설립을 하였지만 새 컴퓨터에 쓸 만한 기성품 CPU를 찾을 수 없자 직접 RISC 기반 CPU 아키텍처를 개발하기로 하는데, 이것이 "Acorn RISC Machine", 즉 ARM의 시작이 됩니다. ARM은 1985년 Micom 밴더인 Acorn사에서 6502 CPU의 후속 제품인 ARM1으로 출시되었습니다. ARM 아키텍처의 처음은 컴퓨터용으로 설계되어 1987 년에 출시된 Acorn Archimedes는 ARM 기반 CPU를 갖춘 최초의 컴퓨터였으며 Apple은 Newton MessagePad에 들어갈 적절한 성능에 적절한 전력을 소모하는 마이크로프로세서에 ARM 아키텍처를 쓰기로 결정하였고 Acorn은 아예 ARM 개발 부문을 떼어내 Apple과 VLSI Technology와의 합작회사를 설립하고 이름을 ARM(Advanced RISC Machine)으로 변경했으며 이후로는 주로 저전력 위주의 SOC (System on a Chip) CPU 개발에 집중하게 됩니다. 

 

1998년 ARM은 ARM7 TDMI 아키텍처를 출시하여 현재의 저전력, 고성능 특징의 ARM9, 10, 11의 기초를 다지게 됩니다. ARM9, ARM10, ARM11 출시 후 모바일 단말, PDA, 고성능 컨트롤러, DSP Codec으로 점차 확대되었으며 특히 90년대 후반에서 2000년대 중반까지 유행했던 임베디드 리눅스 열풍으로 더욱 ARM 계열 CPU를 선호하게 되었습니다. 2000년대 중반 이후 공유기, 차량용 내비게이션, PMP 등의 시장에서 성공했고 스마트폰의 시대를 맞아 독보적인 자리를 잡게 되었습니다.  

ARM은 Cortex-A/R/M 제품군의 도입을 하면서 두 번째 전성기를 맞이하여 기존의 ARM 사의 CPU 구조 개발 방식은 단순히 세대마다 성능과 기능을 향상한 후 동일 CPU 구조에 메모리 유닛을 구별하여 제품군을 나누는 정책이었으나 Cortex 이후부터는 용도에 따른 각각의 코어 정책을 유지하게 됩니다. 일반 OS 상에서 실행되는 애플리케이션 실행 능력에 중점을 둔 Cortex-A, Real-Time 용도에 특화된 Cortex-R, 그리고 마이크로컨트롤러 시장을 타깃으로 한 Cortex-M으로 제품군을 분리하였습니다. 

 

• Cortex-A5와 Cortex-A7은 성능보다는 저전력에 중점을 둔 모델로 성능은 Cortex-A7의 경우 Cortex-A8보다 조금 낫고 A9보다는 떨어집니다. Cortex-A5는 현재의 스마트폰 업계가 워낙 성능 위주로 가서인지 소수의 저가형 기기에만 쓰이고 있습니다. 
• Cortex-A7은 저전력 중심의 CPU로, 구조가 간단하고 멀티코어 묶어 성능을 높여 사용하게 되어 중국제 태블릿 컴퓨터 등에서 A7 쿼드코어를 많이 사용했습니다. 삼성의 엑시노스 3000번대 제품이나 퀄컴의 스냅드래건 400의 하위 라인이나 저가 칩의 대명사 MTK의 상위 라인업, 그리고 중국 박스칩의 대표주자인 Allwinner 등 여러 회사에서 주력으로 많이 사용했습니다. Cortex-A15의 다음 세대인 ARMv8 기반 Cortex-A53과 Cortex-A57이 개발되었다. A53은 A9와 비슷한 성능을 가지고 A57은 크고 성능이 좋은 아키텍처입니다.  
• 2015년경부터 Cortex-A57의 후속으로 성능 및 전력 효율을 향상한 Cortex-A 72가 출시되었고 Cortex-A53을 이어 성능을 최대한 유지하고 전력 효율을 높인 Cortex-A35가 발표되었습니다. 

1990년대 초부터 x86/MIPS/PowerPC 등과 같은 고성능을 지향했던 경쟁 업체들과 달리 수십 년의 노하우로 이전부터 저전력/고효율을 목표로 달린 ARM사는 제조업이 아닌 CPU 설계를 파는 사업 모델을 채택하여 IT 산업의 대세가 단일 칩에 시스템의 기능을 집적하는 SoC(System on a Chip)로 CPU 설계를 하는 방향에 부합하여 2010년 이후 스마트폰용 AP 시장의 부흥으로 ARM 사의 CPU 제품이 주도권을 쥐게 되었습니다. 

4. ARM  Coretex 시리즈 구분

• Cortex-A : 엔트리 레벨부터 서버급까지 다양한 플랫폼에서의 지원을 목적으로 만들어진 제품군으로 ARM의 주력 상품군입니다. 스마트폰, TV 등의 멀티미디어 기기나 아래의 M/R 제품군보다 많은 양의 리소스를 처리해야 하는 임베디드 기기에서 주로 사용되며 A는 Application입니다.
• Cortex-R : RTOS 기반으로 작동하는 제품을 위한 라인업, R은 말 그대로 Real-time이며 MPU(메모리 보호 유닛)이나 TCM(Tight-Coupled memory)등 RTOS에서 신뢰성 높은 동작을 위한 장치들을 포함하고 있습니다. Cortex-A보다 대체로 낮은 성능을 가지고 있지만 R7 같은 모델은 일부 A 계열 제품을 능가하는 성능을 가지고 있습니다. 주로 3G/LTE 모뎀이나 RTOS 기반의 스탠드-얼론 제품, DSP 등의 용도로 사용됩니다.
• Cortex-M :  MCU (Microcontroller unit)을 위한 라인업이며 매출 기준으로 32비트급 MCU가 전체 MCU 시장에서 1등 자리를 차지하면서 32비트급 MCU 코어가 주력인 ARM의 Cortex-M이 MCU 시장의 1위입니다. 
• Cortex-X : 스마트폰의 높아지는 성능 요구에 따라 Cortex-A보다도 높은 성능입니다. 

5. 차량용 반도체 ARM 적용

자율주행 및 커넥티드 자동차의 전자화에 따른 산업 분야에서 ARM 아키텍처 기술 적용 가능성은 무궁무진할 것으로 예상됩니다....

 

ARM 사의 자동차 분야 적용

 

​6. 인수 합병

미국 그래픽 카드(GPU) 전문기업 엔비디아(NVIDA)가 소프트뱅크 그룹으로부터 세계 최대 영국계 반도체 설계기업 Arm Holdings를 400억 달러(47조원) 에 인수하였습니다. 엔비디아는 미국 팹리스(반도체 설계 전문) 업체로서 시총 경쟁에서 인텔을 제치고 현재는 인텔의 1.5배 수준으로 덩치를 키운 초우량 기업입니다.

(코인 채굴)

암호화폐 채굴에 그래픽 카드를 사용하는 이유 / CPU / GPU / 엔비디아 / AMD

 

엔비디아의 ARM Holdings 인수는 전 세계 IT 디바이스 및 안드로이드, 애플 두 진영 모두 ARM 아키텍처를 탑재하고 있고 삼성, MSsoft 등의 기업에서도 채택이 되고 있는 대세 ARM의 CPU 기술력으로 그간 약점으로 작용된 서버와 모바일 시장을 보완하는 것이 목적일 듯 합니다. 기존의 그래픽 카드(GPU) 사업뿐만 아니라 CPU, AI, 자율주행 등 공격적인 사업 확장이 가능하고 데이터센터, AI, 자율주행 등 4차 산업혁명을 선도하려면 CPU와 GPU 기술을 모두 가지고 있어야 하는데 엔비디아가 ARM 인수를 통해 가능성을 높이게 되었습니다. ARM의 AP 기술력이 엔비디아의 GPU 기술력과 만나면 그 시너지는 엄청날 듯 합니다..

 

 

NVIDIA, ARM 로고 이미지