Apple이 iPhone SE 및 iPad Pro 9.7 인치를 발표

 

Apple은 소문대로 소형 염가 판의 iPhone 인 'iPhone SE'를 발표했다. 따라 최고봉 태블릿 iPad Pro의 소형 염가 판 인 'iPad Pro 9.7 인치'를 발표했다. Apple의 현재의 설명대로라면이 두 기종 모두 반도체 칩으로 큰 진전은 없다. iPhone SE는 현재 iPhone 6s / 6s Plus와 같은 "Apple A9 'SoC (System on a Chip)를 채용. iPad Pro 9.7 인치도 선행 iPad Pro 12.9 인치와 같은 "Apple A9X"SoC를 사용한다. Apple의 발표에서도 성능으로 손색이없는 것이 강조되었다.

　이번 발표 내용은 Apple의 모바일 SoC의 지금까지의 흐름을 개관한다고 이해할 수있다. Apple의 Ax 시리즈의 모바일 SoC (System on a Chip)는 iPhone 4의 「Apple A4」까지 상식적인 모바일 애플리케이션 프로세서 (Application Processor ​​: AP)의 범위에 들어가고 있었다. 비용의 기준이되는 다이 크기는 A4는 당시 주류였던 Texas Instruments의 OMAP 시리즈 등과 같은 수준 또는 그 이하의 다이 크기였다. 예를 들어 동일한 45nm 공정에서 OMAP4은 69.7 평방 mm, A4는 53 평방 mm. A4까지 AP의 제조 비용과 설계 비용은 낮게 억제되어 있었다.

 

Apple의 모바일 SoC의 다이 크기의 변화 
 

　그러나 iPhone 4s의 "Apple A5 '이후 Apple은 성능을 추구하고 다이를 대형화. Ax 시리즈 SoC는 스마트 폰용 SoC의 최고를 달리기 시작했다. A4 및 A5는 같은 Samsung 45nm 프로세스이기 때문에 A4 → A5에서 SoC의 다이 크기는 단번에 2 배 이상 122.2 평방 mm로 확대. 구성 요소에서 차지하는 SoC 비용 비율이 높아졌다. 그렇다고해도, A5의 부재 비용은 조사 기관 iSuppli의 당시 보도 자료를 보면 15 달러에서 20 달러 이상 지금의 Ax SoC보다 훨씬 낮다. 덧붙여서, 모바일 SoC는 비용이 낮은 것처럼 보이지만, 커스텀 칩이되면, 제조 비용보다 보이지 설계 및 검증 비용의 비중이 크다. SoC가 복잡하고 맞춤 설계와 독자적인 아키텍처가 많아지면 총 비용이 늘어난다.

태블릿 용 SoC를 파생시키는

　Apple은 또한 태블릿 iPad 용으로도 파생 SoC를 일으킴으로써 성능의 추구를 가속화했다. 태블릿은 iPad 2까지 스마트 폰 iPhone 계와 같은 SoC를 사용했다. 그런데 iPad 3는 성능을 크게 늘렸다 "Apple A5X '를 출시했다.

　A5X는 A5와 비교하여 GPU의 규모가 두배 메모리 인터페이스 128-bit 폭으로 확대됐다. 모바일 SoC 메모리 인터페이스 x128 구성은 지금까지 없었던 풍부한 구성으로 화제가되었다. GPU 아키텍처는 동일한 PowerVR SGX543 계열이지만, A5가 MP2 2 코어 인 반면, A5X는 MP4의 4 코어. 단 정밀도 부동 소수점 연산 유닛 수는 32MAD에서 64MAD와 배되었다 (각 코어에 vec4 단위가 4 개).

Apple의 모바일 SoC의 구성의 변화 
 

　GPU 방향의 강화는 iPad 2 iPad 3의 패널 해상도가 단번에 올랐기 때문이다. 해상도가 올라가면 그리기 및 픽셀 처리 성능이 필요하다. iPad 2가 1,024 × 768 픽셀 인 반면 iPad 3는 2,048 × 1,536 픽셀. 픽셀 수는 4 배 늘었다. 따라서 GPU를 대폭 강화한 A5X도, iPad 3 화면 해상도에 대해서는 최대한의 성능 밖에 없었다. 그러나이 대폭 강화의 결과 A5X의 다이는 163 평방 mm와 당시의 메인 스트림 PC 용 CPU와 같은 수준의 다이 크기로 부풀어했다. 다이에 비교한다면 엔트리 레벨 PC 용 다이의 것이 A5X보다 작다.

　계속 32nm 공정의 A6 세대에서도 스마트 폰 iPhone 5는 "Apple A6"태블릿 iPad 4은 "Apple A6X"고 Apple은 X 시리즈의 파생 SoC를 만들었다. 다이는 A6는 95 평방 mm와 100 평방 mm 이하의 라인에 들어가지만, A6X는 123 평방 mm와 한층 커졌다. CPU 코어는 A6 세대에서 Apple의 자사 마이크로 아키텍처 (실제로는 Apple이 인수 한 PA Semi가 설계를 담당 보인다)이되었다. 또한 Apple은 A6X의 GPU 아키텍처도 SGX 550 시리즈의 SGX554로 확장. PowerVR의 쉐이더 클러스터 인 Universal Scalable Shader Engine (USSE) 당 연산 유닛 수를 2 배로했다. 결과적으로 GPU의 부동 소수점 유닛 수는 A5X의 배가되었다.

단일 SoC 노선의 A7 세대와 다시 분기 한 A8 세대

　28nm 공정의 "Apple A7 '세대에서는 Apple은 2 개의 전략을 중지. Apple A7로 집약시킨다. 28nm의 A7은 iPhone 5s 및 iPad Air의 SoC는 기본적으로 같다. 다이 사이즈도 102 평방 mm와 여전히 모바일 SoC로는 크지 만, Apple 사는 억제 한 크기였다.

　이 세대는 CPU와 GPU의 두 프로세서의 명령어 아키텍처 체인지 타이밍이었다. 위험을 줄이기 위해 파생 칩의 설계를 포기했을지도 모른다. A7에서는 CPU 코어는 64-bit 명령어를 지원하는 ARMv8-A 명령어 세트 아키텍처 기반이되었다. GPU 코어는 같은 Imagination Technologies의 PowerVR 계열이지만 구조가 개선 된 PowerVR Series6 (Rogue)가되었다.

　지금까지의 PowerVR 5 계는 vec4의 SIMD (Single Instruction, Multiple Data)를 기반으로하고 있지만, PowerVR 6 계는 32 요소의 스칼라 아키텍처를 취한다. 한마디로 말하면, A6X까지의 GPU 코어는 저해상도 화면을 그리는 데 뛰어난 아키텍처 이었지만, A7에서의 GPU 코어는 고해상도 화면에 최적화 된 아키텍처되었다.

A7에서 채택 된 Imagination Technologies의 PowerVR Series6 (Rogue) 아키텍처 
 

　A7에서 하나에 집약 된 iPhone과 iPad의 SoC는 다음의 20nm 프로세스의 "Apple A8 '계에서 다시 2 계통으로 나뉜다. iPhone 6/6 Plus의 A8은 듀얼 CPU 코어와 4 클러스터의 PowerVR 6.반면 iPad Air2의 A8X 트리플 CPU 코어에 A8의 2 배의 8 클러스터의 PowerVR 6. GPU 코어의 부동 소수점 연산 유닛 수는 단정 256 단위가되었다. 이 세대에서 드디어 태블릿 GPU의 최대 연산 성능은 이전 세대의 게임 콘솔 PlayStation 3 (PS3) / Xbox 360의 수준에 도달하게된다.

　A8은 미세화의 혜택에서 다이 크기는 90 평방 mm 이하로 축소. 반면 A8X는 128 평방 mm와 A6X 클래스의 대형 다이되었다. 이 근처의 세대까지에서 iPhone 용 SoC 다이가 100 평방 mm 전후, iPad 용 SoC는 120 평방 mm 이상이라는 다이 크기의 거주지 분리가 명확하게 시작한다.

FinFET 세대 또한 GPU 성능을 강화했다 Apple

　아키텍쳐 적으로는 A8의 연장이지만, 16 / 14nm FinFET 3D 트랜지스터 공정됐다 "Apple A9 '시스템은 또한 성능 및 성능 / 전력을 향상시킨다. iPhone 6s / 6s Plus의 A9는 GPU 코어가 PowerVR 7XT 세대가되어, 6 클러스터에서 부동 소수점 연산 유닛이 단정 192 단위가되었다. 메모리 LPDDR4가 된 것으로, 메모리 전송 속도는 3,200Mbps로 x64 메모리 대역폭은 25.6GB / sec가되었다.

　그리고 태블릿은 동 세대 iPad Pro와 더 스텝 업. SoC의 A9X는 GPU 코어에 PowerVR 7XT을 총 12 클러스터 부동 소수점 연산 유닛은 단 정밀도에서 384이되었다. PS3 / Xbox360을 크게 넘어선 GPU 성능이다. 메모리 LPDDR4를 4 채널 128-bit 인터페이스. 메모리 대역폭도 51.2GB / sec되었다. DDR4-3200 2 채널 PC의 메모리 대역폭과 동등 즉, PC와 동일한 수준의 메모리 대역폭에 따라 잡았다. 이러한 확장으로 인해 iPad Pro의 2,732 × 2,048 픽셀의 고해상도 현실적되었다.

iPhone은 LPDDR의 x64, iPad는 많은 LPDDR x128 구성 
 

　다이는 A9이 TSMC의 16nm 공정 버전이 100 평방 mm 이상, Samsung의 14nm 공정 버전이 100 평방 mm를 조금 자르는 수준이되었다. 대해 TSMC가 제조하는 A9X는 147 평방 mm와 A5X에 잇는 거대한 SoC되었다. 16 / 14nm 프로세스 세대에서는 프로세스가 복잡하게함으로써 다이 면적 당 생산 비용도 상승하고있다.

해상도 당 픽셀 처리 능력이 뛰어나다

　이번 Apple이 발표 한 iPhone SE 및 iPad Pro 9 인치는 모두 현재 A9 / A9X을 그대로 사용할 것으로 보인다. 그러나 SoC가 같아도 케이스 크기가 다시 설정한다. 따라서 디스플레이 해상도가 낮아진다. iPhone SE는 iPhone 5s까지와 같은 1,136 × 640 픽셀. 픽셀 수는 iPhone 6s의 72 %, iPhone 6s Plus의 35 %이다. 마찬가지로 9.7 인치의 iPad Pro는 2,048 × 1,536 픽셀로 현재 12.9 인치의 iPad Pro에 픽셀 수는 56 %가된다.

　Apple의 Ax 시리즈는 지금까지의 역사를 보면, 디스플레이 해상도와 함께 강화되어왔다. SoC가 향상된 해상도가 증가되는 사이클이다. 그 사이클의 정점에 도달 한 것이 A9 시리즈이다. 해상도와 GPU 성능, 메모리 대역은 밀접한 관계가있다. 그런데 iPhone SE 및 iPad Pro 9.7 인치에서는 SoC는 그대로 디스플레이 해상도 만 후퇴 할 것으로 보인다.

SoC의 구성이 그대로 디스플레이 크기 축소 
 

　이 구성이 의미하는 것은 픽셀 당 프로세싱 능력이 성장하는 것이다. 물론 간단하게 측정 할 수는 없지만 기본적으로 해상도가 떨어지는 데 GPU의 피크 성능이 유지되면 픽셀 하나에 가하는 처리가 늘어난다. 렌더링 막힐듯한 애플 리케이션은 iPhone SE 및 iPad Pro 9.7 인치로 큰 혜택을 받게된다. 게임 플레이로 좋은 기계가 될 것 같다.