비메모리 반도체 AP(Application Processor)의 모든 것

AP란 무엇인가?

AP라고 불리는 Application Processor(애플리케이션 프로세서)는 스마트폰, 태블릿에서 명령해석, 연산, 제어 등 사람의 두뇌, 즉 중앙처리장치(CPU) 역할을 하는 핵심 부품인 비메모리 반도체입니다. 다시 말해서

PC에는 CPU가 있다면 스마트폰은 크기가 작기 때문에 CPU, GPU, 센서 등의 정보를 합친 Chipset이 바로 AP라고 칭합니다. 2024년에는 삼성 휴대폰에 컬퀌의 AP를 탑재할 가능성도 높다고도 할 정도로 앞으로 AP의 역할도 더 커질 거라고 보입니다.

엄밀히 말하면 CPU보다 상위 포지션이라고 말할 수 있는 이유는 CPU + @ = AP라고 불릴 수 있을 정도로 하나의 CHIP에 여러 기능을 탑재한 형태라고 볼 수도 있습니다. 따라서 AP를 SoC(System On Chip)이라고 불리기도 한다고 합니다. SoC에 대한 개념과 설명은 다음 챕터에서 다루도록 하겠습니다.

 

모바일 AP는 CPU와 어떻게 다를까?

모바일 애플리케이션 프로세서(AP)는 스마트폰이나 태블릿 등 모바일 기기에서 사용하기 위해 특별히 설계된 중앙처리장치(CPU)의 특수한 유형입니다. AP와 CPU 모두에서 동일한 기능이 실행되지만 이러한 기능에는 몇 가지 중요한 차이가 있습니다.

소비전력: AP는 배터리 전원으로 작동하기 때문에 전력 효율이 뛰어난 설계로 되어 있습니다. 저전력 수준에서 작업 실행에 최적화되어 있어 배터리 지속 시간을 최대한 높일 수 있습니다. 이와는 대조적으로 CPU는 종종 전력 효율을 희생하여 최대한의 성능을 제공하도록 설계되었습니다. 기타 컴포넌트와의 통합: AP는 종종 그래픽 프로세서(GPU) 및 메모리 컨트롤러와 같은 다른 컴포넌트와 통합되어 있기 때문에 모바일 디바이스 전체의 크기가 작아집니다. CPU는 일반적으로 완전한 시스템을 형성하기 위해 다른 컴포넌트에 연결해야 하는 독립형 컴포넌트입니다.

 

하드웨어 기능: 모바일 AP에는 종종 셀룰러 데이터 네트워크 및 GPS와 같은 모바일 장치 고유의 하드웨어 기능이 포함되어 있습니다. 한편 CPU는 보다 범용적으로 설계되었으며 폭넓은 애플리케이션에서 사용할 수 있는 기능을 갖추고 있습니다.

 

 

소프트웨어 지원: 모바일 AP는 모바일 장치에서 올바르게 기능하기 위해 장치 드라이버 및 운영 체제 최적화와 같은 특수 소프트웨어 지원을 필요로 하는 경우가 종종 있습니다. CPU는 일반적으로 폭넓은 소프트웨어 지원을 제공하며 많은 다른 운영 체제와 호환됩니다.

전체적으로 AP와 CPU 모두 동일한 기능을 수행하는 반면 모바일 AP는 전력 효율이 높고 다른 모바일 고유의 컴포넌트와 통합되어 모바일 애플리케이션에 최적화되도록 설계되었으며 CPU는 다양한 애플리케이션 및 운영체제와의 최대한의 성능과 호환성을 제공하도록 설계되었습니다.

 

AP의 구성요소와 구체적인 역할

Application Processor(AP)는 스마트폰이나 태블릿 등 Mobile Device의 중요한 컴포넌트입니다. 주요 역할은 운영 체제 및 애플리케이션 실행 및 디바이스 리소스 관리를 담당합니다. AP의 주요 구성 요소와 역할을 간단히 요약해 보았습니다.

 

CPU(중앙처리장치): 이는 AP의 '두뇌'이며 명령의 실행과 메모리나 입출력 디바이스 등 시스템 리소스 관리를 담당합니다.

 

GPU (그래픽 처리 장치): 이 컴포넌트는 게임 및 기타 멀티미디어 애플리케이션에 필수적인 그래픽과 이미지 렌더링을 담당합니다.

 

메모리: AP에는, RAM(랜덤 액세스 메모리)이나 ROM(읽기 전용 메모리) 등, 다양한 타입의 메모리가 포함되어 있습니다. RAM은 애플리케이션 실행 및 임시 데이터 저장에 사용되며 롬은 운영 체제 및 디바이스 펌웨어와 같은 영구적인 데이터를 저장합니다.

 

입출력: AP는 터치 스크린, 카메라, 마이크, 스피커 등 다양한 입출력 장치를 관리합니다.

 

 

운영 체제: AP는 운영 체제를 실행하고 장치의 자원을 관리하며 사용자가 애플리케이션과 대화하기 위한 인터페이스를 제공합니다.

 

드라이버 및 펌웨어 : AP에는 디바이스와 다른 하드웨어 컴포넌트 간의 통신을 가능하게 하며, 디바이스 부팅과 같은 저 레벨 기능을 수행하는 소프트웨어 컴포넌트인 드라이버 및 펌웨어도 포함되어 있습니다.

AP는 모바일 장치의 절대적인 중요한 구성 요소이며 운영 체제 실행, 리소스 관리 및 애플리케이션 개발을 위한 플랫폼 제공을 담당합니다.

 

AP 반도체를 개발하는 기업 소개

1. 삼성전자

삼성전자는 모바일 디바이스의 대기업이며, 독자적인 AP 반도체 Exynos 라인도 개발하며 작년부터 이 분야 선두주자로 나서고 있습니다. 스마트폰의 CPU에 해당하는 AP 반도체를 갤럭시 S에 이어 태블릿 PC인 갤럭시탭에도 탑재하고 있습니다. 모바일 반도체가 각광받는 이유는 조만간 스마트폰 신규 판매대수가 PC 대수를 추월하기 때문입니다.

2. Qualcomm

Qualcomm은 세계 최대 AP 반도체 생산 기업 중 하나이며, 스마트폰 및 기타 모바일 장치에서 광범위한 프로세서를 다루고 있습니다. 또한 스냅드래곤 시리즈 프로세서는 하이엔드 디바이스에 적용되는 제품으로 개발되고 있습니다.

갤럭시 탭 S9 시리즈에 갤럭시 S23에 적용된 퀄컴 애플리케이션프로세서(AP)인 '갤럭시용 스냅드래곤8 2세대'가 장착될 것이란 관측이 많이 나오고 있습니다.

3. Apple

Apple은 독자적인 AP 반도체를 설계하고 있으며 자체 모바일 장치에서만 사용되고 있습니다. 이 회사의 A 시리즈 칩은 높은 성능과 효율성으로 알려져 있습니다.

4. MediaTek

MediaTek은 AP 프로세서를 포함한 모바일 장치용 다양한 반도체를 제조하는 대만 기업입니다. Helio 시리즈 프로세서는 많은 중저가 스마트폰에서 사용되고 있습니다.

전체적으로 AP 반도체 개발은 경쟁이 치열한 분야이며, 많은 기업들이 시장 점유율을 다투고 있습니다. 이들 기업은 강력하고 효율적이며 최신 모바일 애플리케이션과 운영체제를 실행할 수 있는 프로세서를 개발하기 위해 연구개발에 많은 투자를 하고 있습니다.

 

출처 : Counter point

Home - 카운터포인트 (counterpointresearch.com)

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※ 참고

<출처 : 하이닉스 뉴스룸>

모바일 AP는 제조사마다 설계가 다르지만 디바이스 구동에 꼭 필요한 제품과 시스템 유형은 비슷합니다. 모바일 AP를 구성하는 것과 그 기능은 아래와 같습니다.

초소형의 모바일 AP안에 CPU를 비롯한 다양한 기능들이 모두 들어있다는 기술이 엄청납니다. 역시 스마트폰의 두뇌라 할만합니다. 성능 좋은 스마트폰을 선택하고 싶다면, 디자인만 볼 게 아니라 중요 기능을 담당하는 반도체의 구성 요소를 꼭 살펴봐야겠습니다.

 

1. 데이터 처리를 실행하는 중앙처리장치 CPU
AP의 중앙처리장치 CPU는 컴퓨터의 CPU와 동일한 역할로 명령을 해독하고 산술논리연산이나 데이터 처리를 실행하고 있습니다. 차이점이 있다면 설계하는 명령어 세트와 명령어 집합인 ISA(Instruction Set Architecture)입니다. 컴퓨터의 CPU는 x86, 모바일 AP의 CPU는 ARM 계열인데요. 탑재되는 기기가 아니라 각각의 방식 자체에 차이가 있어 달리 불립니다. 각각의 계열에 따른 방식을 살펴보면, x86은 CISC(Complex Instruction Set Computer), ARM은 RISC(Reduced Instruction Set Computer)로 나뉩니다. CISC는 복잡한 명령어를 통해 연산을 하는 방식으로, 반도체를 구성하는 트랜지스터의 직접도가 과다하게 높아 소비전력과 발열 또한 높습니다. 이와 다르게 RISC는 명령어를 최소로 줄여 단순하게 만든 방식으로, 트랜지스터의 직접도가 낮아 소비전력과 발열 또한 낮습니다.
2. 그래픽 처리 GPU
GPU는 그래픽 작업을 처리하는 장치로 CPU와 함께 가장 복잡한 반도체 중 하나입니다. CPU 설계보다는 간단하지만 벡터 부동소수점 연산 등 3D 그래픽에 필요한 기능은 오히려 CPU를 능가하기도 합니다. 스마트폰에서 처리하는 2D, 3D 그래픽 작업을 모두 이 칩셋에서 처리하므로, 모바일 AP 성능에 중요한 부분입니다.
3. 인터넷 연결 모뎀
3G나 LTE, 그리고 Wi-Fi(802.11a/b/g/n/ac) 인터넷 연결을 가능하게 해주는 모뎀 Modem 칩도 AP에 포함되어 있습니다. 지금까지 공개됐던 다수의 AP 중 퀄컴 스냅드래곤이 모뎀칩을 AP에 통합했고, 이로 인해 세계에서 가장 높은 점유율의 AP 제조사가 되었습니다.
4. 화려한 영상 VPU
공중파를 통해 4K UHD 콘텐츠를 즐길 수 있는 세상이죠. 초고화질 콘텐츠를 재생하기 위해서는 영상처리장치 VPU(Video Processing Unit)(이하 VPU라 불리는 동영상 재생에 특화된 프로세서의 성능이 중요합니다. VPU의 성능이 뒷받침될 때 스마트폰에서 4K UHD 영상을 끊김 없이 재생할 수 있으며 최근 AP 업체들은 VPU를 GPU에 통합하는 방식을 택하고 있습니다.
5. 디지털 신호 처리 프로세서 DSP
디지털 신호를 빠르게 처리할 수 있는 직접회로를 말합니다. 주로 오디오, 영상 신호 처리를 위해 사용하는데요. 그래픽(영상) 처리나 음악(오디오) 재생과 같이 단순한 반복 계산에 특화되어 있습니다. 모바일 AP의 디지털 신호 처리 프로세서 DSP(Digital Signal Processor)는 보통 영상 신호 처리에 높은 비중을 두고 있어요. 최근 스마트폰에는 모바일 AP 칩 외에 별도의 디지털 아날로그 변환기 DAC(Digital-to-Analog Converter) 칩을 추가해 오디오 성능을 업그레이드 중입니다.
6. 스마트폰 사진 촬영 ISP
스마트폰으로 사진을 찍는 경우가 많아지면서 AP에 이미지 처리 프로세서 ISP(Image Signal Processor)(이하 ISP)가 기본 내장되어 있습니다. 보통 ISP는 디지털카메라에 들어가는 이미지 처리장치를 말하는데 CIS(CMOS Image Sensor) 영상 센서에서 들어오는 RAW 데이터 가공 업무 등 전반적인 이미지 프로세싱 과정을 수행하고 있습니다.