Apple 의 감성 반도체 M1 에 관하여

 애플 M1 을 구글에 치면 제일 많이 볼 수 있는 문장 중 하나가 애플의 ISA 는 ARM 기반이라는 것이다. ISA 는 무엇이고 또 ARM 이란 무엇일까?

 ISA (Instruction Set Architecture) 는 마이크로프로세서가 인식해서 기능을 이해하고 실행할 수 있는 기계어 명령어를 말한다. 마이크로프로세서마다 기계어 코드의 길이와 숫자 코드가 다르다. 한글로 된 책을 영국인이 읽게 하려면 영어로 번역해야 하고, 일본인이 읽게 하려면 일본어로 번역해야 한다. CPU 도 마찬가지로 제각기 언어가 달라서 개발자가 짠 코드를 해당 CPU 에 알맞게 번역해줘야 그 CPU 가 돌아가는데, 이런 CPU 들의 언어를 ISA 라고 이해하면 된다. 대표적인 ISA 는 x86, x86-64 가 있는데 1981년 x86이 대세가 된 이후로 모든 pc 프로그램은 x86 cpu 용으로 만들어지게 되었다고 한다. 인텔이나 AMD 도 x86 cpu이다. 이미 대세가 된 마당에 굳이 비용을 들여 다른 ISA 용 프로그램을 개발할 필요가 없었던 것이다. 하지만 x86 이후로 아예 다른 ISA 가 없던 것은 아니다. 바로 ARM 이다.

 ARM 은 방식이 조금 다르다. CPU 를 처음부터 끝까지 설계하지 않고, 뼈대까지만 만들어놓고 다른 설계사에 제공하여 돈을 받는다. 설계도를 산 회사는 거기에 살을 붙여서 CPU 칩을 완성한다. ARM 은 스마트폰에 주로 사용되었다. 스마트폰은 인터넷도 되어야 하고, 게임 및 영상도 문제 없이 장시간 동안 실행되어야 하기 때문에 이를 위해서는 배터리 수명을 늘려야 한다. 그렇기 때문에 스마트폰은 저전력으로 설계되어야 하고 한정된 공간내에서 배터리의 부피를 더 많이 확보해야 했기에 칩은 더 작아져야 했다. 저전력과 칩의 경량화에 실패한 인텔과는 달리 ARM 기반 AP 는 무섭게 진화해갔고 모두 알다시피 이제 스마트폰으로도 고사양 게임과 고화질 촬영까지 (심지어 영화도 제작하기도 한다) 가능하다. 하지만 스마트폰 시장을 점령한 것과는 달리 ARM 은 인텔의 x86 이 지배하고 있던 서버 시장은 침투하지 못하고 있었다.

 하지만 2020년 11월, 애플은 인텔칩의 손절을 선언하고 맥북에 탑재하는 CPU 칩인 M1 칩을 발표한다. M1 칩은 애플 자체 설계 칩이며 ARM 기반이다. M1은 8코어(일부 모델은 7코어) 그래픽 처리 장치(GPU)를 통합하고 있으며, 동시에 약 25,000개 스레드를 실행할 수 있으며 16코어 뉴럴 엔진의 전용 신경망 하드웨어는 초당 11조개 명령을 실행할 수 있다고 한다. 기존 인텔칩보다 성능은 최대 6배, 배터리 사용시간은 2배 증가시키고, 특히 스마트폰에 들어가는 AP를 개량해 만들었다는 점에서 큰 주목을 받았다. 위에 설명을 기준으로 이것을 해석해본다면 '스마트폰의 칩을 엄청나게 강력하게 만들어서 맥pc 에 넣어놨다' 고 할 수 있다. 아이폰과 아이패드에 들어가는 것이 ARM 프로세서이기 때문에 애플은 여기에 경험이 많다. 그래서 애플이 인텔칩을 버린 이후 ARM 을 선택한건 자연스러운 일이었다고 할 수 있다.

 스마트폰의 강력한 이점은 뭘까? 스마트폰들은 SoC(System On Chip) 로 구동되고 있다. 애플은 바로 이걸 노트북으로 구현한 것이다. M1 칩은 SoC 방식이다. 일반 노트북들을 분해해보면 우리가 아는 RAM 메모리, GPU, 그래픽 카드 등의 컴퓨터 부품들이 메인보드에 연결된 모습을 찾아볼 수 있다. 하지만 M1 칩이 탑재된 맥북을 열어보면 전혀 그 모습을 찾아볼 수가 없다. 바로 이 M1 칩 안에 CPU, RAM 메모리, 그래픽카드 등이 모두 들어가 있는 것이다. 
 M1 칩은 '통합 메모리 아키텍쳐'를 사용하는데, 이것은 더 빠른 스피드와 배터리 향상에 도움을 준다. 보통 컴퓨터에서는 CPU, GPU가 각각 별개로 구분되어 있고, 각 메모리도 나눠져 있다. 따라서 만약 CPU 가 GPU의 도움이 필요하면 CPU 는 해당 데이터를 복사해서 GPU에 보내야 하는데 이것은 느리고 비효율적이다. 그러나 애플의 통합 메모리 아키텍쳐 에서는 CPU 와 GPU는 같은 메모리를 공유한다. 따라서 데이터를 복사해서 주고 받는 느린 방식이 필요가 없다는 것이다. 이와 같은 SoC 의 장점 때문에 애플은 소프트웨어부터 하드웨어까지 커스터마이징이 자유롭게 가능하고 스피드를 향상시키는 아키텍쳐를 설계할 수 있는 것이다.

 애플은 어떻게 이런걸 해낼 수 있었을까. 애플은 인텔, AMD 와 달리 아이폰, 아이패드 등 모바일 스마트 기기용 프로세서 제작 노하우가 많이 누적되어있다. 또한 인텔, AMD 의 경우, 운영체제는 마이크로소프트사, PC제조는 del, hp 등 복잡한 이해관계가 얽혀 있지만 애플은 독자적이다. 애플은 서로 다른 작업들의 순서를 조절해서 작업의 효율을 높이기가 더 유리한 환경에 놓여있다.

이러한 괴물같은 M1 칩을 발표한 이후에 애플은 그 괴물을 잡아먹는 M1 Max, M1 Pro 칩까지도 발표했다. 이런 배경과 지식을 알기 전에는 아무 생각 없이 썼던 맥북이였는데 이제 좀 애플이 무서워졌다..(ㅎㅎ