“M1성능은 가짜“...인텔의 “진실“일까 “진상“일까?

"M1성능은 가짜"...인텔의 "진실"일까 "진상"일까?: 김민 / 2021-02-11 21:24:28

작년 11월, 애플은 자사 키노트(맥 OS의 PPT 역할을 하는 프로그램) 발표회에서 자체 ARM 칩셋인 애플 실리콘 M1을 탑재한 맥북 2종류, 맥 미니를 선보였다. 애플이 공개한 정보에 따르면, 기존 인텔 칩셋을 사용한 같은 종류의 맥북과 상호 비교를 해 보았을 때, M1의 칩셋이 인텔 칩셋보다 최소 2배부터 최대 8배까지의 성능을 구현한다.

많은 매체와 미디어에서 M1의 성능향상을 말하는 가운데 인텔이 자체적으로 실시한 실험 결과를 발표하였다. 과연 이 실험이 공정하게 실행되었는지 오늘 이 기사를 통해 알아보고자 한다.

-"2배에서 5배 이상의 성능 차이...M1의 놀라운 성능" 가능한 이유는 무엇일까?

애플 공식 홈페이지에 올라온 맥북 에어(2020)의 성능 향상 수치. 이전 세대의 맥북 에어와의 비교치를 직접적으로 비교하고있다.

[애플코리아 공식 홈페이지]

위 사진은 애플 공식 홈페이지에서 발췌한 사진이다. 첫 번째 사진은 영상 편집 앱인 "Final Cut Pro"를, 두 번째 사진은 사진 편집 앱인 "Affinity Photo"의 직접적인 성능 비교를 보여주고 있다. 각각 성능이 5.8배, 2.7배 향상되었다고 한다. 애플의 M1칩셋은 어떻게 이런 성능 향상을 이루었을까? 이 비밀은 바로 M1 칩셋의 구조에 있다.

Silicon M1칩셋의 구조. 모든 칩을 CPU에 넣는 Soc방식을 채택하였다.

[Apple Official Homepage(US)]

사진은 애플 실리콘 M1 칩셋의 내부 구조를 보기 쉽게 표현한 것이다. 사진을 보면 알겠지만, 이 칩셋 안쪽엔 단순히 연산을 위한 CPU와 그래픽 작업을 위한 GPU, CPU의 임시 저장소 역할을 하는 캐시만 가지고 있지 않다.

일반적인 컴퓨터에서는 따로 설치되어있는 램 같은 부속적인 컴퓨터 부품들도 CPU로 통합이 되어있는 것이다. 이러한 구조를 SoC(System on Chip)구조라고 한다. SoC 구조는 기존에 컴퓨터에 필요한 부속들(CPU, 램, GPU, 기타 보안이나 추가 기능을 위한 연산 프로세서 등)을 메인보드에 개별적으로 배치하지 않고 CPU 하나에 몰아서 설계하는 방식이다.

즉, 말 그대로 모든 시스템을 CPU 상에서 처리할 수 있도록 구조를 만드는 것이다. 이러한 구조는 우리가 흔히 사용하는 스마트폰에 사용된다. 이러한 방식이 가지는 장점은 무엇일까?

첫 번째로는 컴퓨터에서 이루어지는 모든 연산 및 동작이 빨라진다. 메인보드에 연산 장치들과 저장 장치들이 각각 분리되어있을 경우 연산 후 저장 장치들로 가는 데 시간 지연이 생기게 된다.

하지만, 이 장치들을 모두 한 칩셋으로 설계할 경우 연산과 저장의 과정에서 지연이 생기지 않는다. 그렇기에 자연스럽게 컴퓨터로 하는 모든 동작들이 같은 스펙이어도 더 빠르게 진행될 수밖에 없는 것이다.

두 번째로는 소형화 및 경량화가 가능하다는 것이다. 기존의 부속들이 차지하던 자리가 비워진다. 그렇기에 제품을 조금 더 소형화, 더 가벼워지는 경량화가 가능하다. 실리콘 칩셋을 사용한 맥북 같은 경우에는 로직보드(메인보드를 애플에서 칭하는 명칭)의 크기가 줄어들고 그 자리를 배터리로 대체하여 더 많은 배터리 자리를 확보하였다.

세 번째로는 전력을 상대적으로 적게 소모하며 이에 대한 배터리 성능의 이득을 얻는다. 앞서 말한 연산 동작에 연장선으로 각 부속들을 돌리기 위한 전력을 한 칩셋에 집중시킨다. 모든 동작을 하기 위한 칩셋을 단 한 개만 돌리면 되기 때문에 전력 소모가 낮아지고 이는 곧 배터리 소모량이 줄어든다는 의미이다.

물론 기존 x86 계열의 CPU용 프로그램과의 호환성, 발열, 발열과 전력 소모를 잡기 위하여 연산 능력이 떨어진다는 점, 사용자가 마음껏 성능을 업그레이드를 못 한다는 단점이 있다. 그러나 최근 들어서 이러한 문제는 기술에 발전에 따라 업그레이드 문제를 제외한 SoC 구조를 사용하는 칩셋(대표적으로 ARM사 계열의 칩셋)의 성능이 월등히 올라가 문제가 상대적으로 덜 한 편이다.

애플은 자사의 스마트폰 AP(스마트폰용 CPU) 개발 기술을 바탕으로 M1 칩셋은 성능이 좋으면서도 SoC의 장점을 극대화했다고 주장한다.

-"M1의 성능은 과장된 것..." 인텔의 자존심? 자충수?

인텔이 직접 비교한 M1과 코어 i7 11세대 배터리 비교(위)와 성능 비교표(아래).

[인텔 북미 공식 홈페이지]

이에 인텔은 자사 자체적으로 테스트한 M1칩셋과 자사의 Core i7의 성능 및 배터리 비교 테스트 결과 사진을 올렸다. 위 사진에서만 보면 M1 칩셋의 성능은 과장되어 보이며, 오히려 인텔의 CPU가 더 성능 및 전력 관리 부분에서 우수한 것으로 보인다. 하지만, 이 결과는 외신을 비롯한 여러 언론에서 비판을 받고 있다. 왜 그런지도 분석을 해 보자.

첫 번째, 인텔은 자사 칩셋을 연구하기 위한 표본을 한 가지로 두지 않았다. 다시 말한다면, 인텔을 사용한 같은 맥북이나 CPU를 제외한 나머지 성능이 같은 노트북 한 대로 비교 실험을 했어야 하는 것이 옳다.

그런데, 인텔은 자사의 CPU를 사용한 노트북을 여러 대를 사용하였다. 이는 곧 자사의 목적에 부합한 결과만 취합해, 마치 한 가지 결과처럼 발표하였다는 것이다. 고정적인 표본이 없다 보니 당연하게 특정 상황에서 더 좋은 결과가 나올 수밖에 없다는 것은 독자들도 알 것이라고 믿는다.

두 번째, 벤치마크 프로그램과 실행 프로그램 목록을 인텔의 최적화된 프로그램으로 구성하였다. 여러 벤치마크 프로그램과 여러 프로그램의 평균적인 실행 능력을 비교하지 않고 자사에 특화된 프로그램들만 사용하여 자사의 결과가 유리할 수밖에 없는 상황을 조성한 것이다.

-"지금은 연구해야 할 시간.." M1칩셋과 인텔의 미래는?

그렇다면 인텔이 이러한 자사 테스트를 발표하며 공개적으로 애플의 실리콘 칩셋을 비판한 이유는 무엇일까? 아무래도 점점 발전하는 ARM 계열 칩셋의 성능을 견제하기 위한 발표라고 생각한다. 실제로 애플 실리콘은 기존 인텔 칩셋 대비 더 좋은 성능을 보여주고 있으며, 성능 테스트 결과에서도 인텔의 최고사양 칩셋인 i9시리즈를 따라잡는 결과까지 나왔다.

그렇다면 이제 인텔이 준비해야 할 것은 무엇일까? ARM 계열 칩셋보다 우위를 점하고 있는 동시 처리 능력의 강화와 성능 향상에 집중하는 것이다. 인텔은 그동안 성능을 올리는 것에 소극적이었다. 경쟁사들 대비 최적화와 인지도가 좋았으며, 경쟁사 자체도 AMD 하나밖에 없었기 때문에 기존 성능을 유지하더라도 크게 문제가 없었다.

하지만, AMD도 라이젠을 발표하며 인텔의 성능 이상을 보여주는 기술 수준이 되었으며, ARM 구조를 잘 활용하여 발표된 애플의 실리콘 칩셋이라는 예상치 못한 경쟁자가 나타났기 때문이다. 그렇기 때문에 기존에 x86 계열 칩셋이 가지고 있는 장점을 극대화하며 성능 향상에 더 집중해야 그동안 가지고 있던 명성을 유지 할 수 있을 것이다.

그렇다고 해서 M1 칩셋이 장점만 가지고 있다는 뜻은 아니다. 특히, 호환성 부분을 중심으로 단점을 지니고 있다.

기존 x86 시스템 위에서 돌아가던 프로그램들이 명령어 호환의 문제로 번역을 거쳐야 한다. 애플에서는 현재 이 번역 과정을 로제타 2(Rosetta 2)라는 앱을 통해 시행하고 있다. 그럼에도 불구하고 번역이 불가능하거나 일부 번역이 잘못돼, 오류가 생기는 경우도 있다. 그렇기에 자사 칩셋 명령 체계에 맞는 지원을 더 적극적으로 밀고 나갈 필요가 있다.

이러한 경쟁이 소비자를 위한 더 좋은 성능을 지닌 컴퓨터 출시로 이어지기를 기원한다.