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| 삼성전자의 AP 브랜드 삼성 엑시노스 Samsung Exynos Platform | |
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| <colbgcolor=#000><colcolor=#fff> 공개 | <colbgcolor=#fff,#1f2023>2011년 |
| 점유율 | 5%[a] (2023년 3분기 / 출하량) 7%[a] (2023년 3분기 / 매출액) |
| 링크 | |
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1. 개요
삼성 엑시노스(Samsung Exynos)는 삼성전자의 프로세서 브랜드다.2. 라인업
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3. 특징
| Samsung Exynos, Together with you |
엑시노스는 그리스어로 "똑똑하다"라는 έξυπνος(éxypnos) 와 "푸르다" 라는 뜻의 Πράσινο(prasino) 를 합친 이름이다. 한국을 포함한 글로벌 브랜드로서 Exynos라고 명시하나, 중화권 현지에서는 Exynos 그대로 표기하거나 猎户座(엽호좌; 오리온자리)로 부르기도 한다.[3]
ARM Holdings와 AMD에서 개발한 마이크로아키텍처의 라이센스를 구매하여 설계하고 있다.[4] 엑시노스 SoC의 설계와 개발은 삼성 S.LSI 사업부에서, 생산은 파운드리 사업부에서 담당하고 있다.
삼성 갤럭시 플래그십 제품 상당수에 엑시노스 AP가 사용된다. 미국, 중국 등 법적 문제가 복잡한 일부 국가에서는 퀄컴의 퀄컴 스냅드래곤이 고정적으로 사용되는데, 세계 최대의 이동통신 시장인 중국은 중국 당국의 통신 모뎀 인증 문제가 큰 국가고, 미국은 로열티 문제 등이 있기 때문이다. 드물게 갤럭시 외의 기기에서도 엑시노스를 쓴다. 대표적으로 오드로이드나 ZTE·메이주 같은 중국계 스마트폰 제조사의 제품, 삼성에서 제조하는 크롬북 일부 모델에 엑시노스가 채택되었고 최근에는 아우디의 인포테인먼트 시스템에도 공급했다. 이외에도 내비게이션이나 임베디드 기기 등을 제작하는 다른 회사에서 쓸 수 있도록 엑시노스 기반의 SoC를 따로 제작한다.
공급이 수요를 따라가지 못한다는 차량용 반도체 브랜드를 런칭했는데 "Exynos Auto"이다. # 다른 하나는 "아이소셀 오토". 2021년 11월 차세대 엑시노스 오토[5]를 런칭했으며#, LG전자 VS본부에서 제작한 폭스바겐 ICAS 3.1 인포테인먼트 시스템에 탑재돼 곧 신차에 적용될 예정이다. #
3.1. CPU
기본적으로 Arm Holdings의 레퍼런스 코어를 사용하지만, 아키텍처를 라이센싱 받아 세미 커스터마이징하여 사용한 적이 있었다.한때 미국 지사인 SARC[6]에 CPU 개발인력을 두어 이를 중심으로 커스텀 CPU 인 몽구스 시리즈의 개발을 시도했었다. 엑시노스 8890의 M1이 그 첫 발걸음. 자세한 내용은 삼성전자/마이크로아키텍처 참조. 하지만 경쟁력이 떨어져 삼성 엑시노스 990을 마지막으로 포기하였고, 개발팀 인원을 대부분 해고조치했다. 향후 삼성에서는 NPU와 GPU에 역량을 집중하여 미래 AP 시장에서 주도권을 가져오겠다는 포부를 밝혔다.
Arm 라이센스 모델이 개편되면서 다시한번 독자 CPU로 반강제 선회해야 할 가능성도 점쳐졌으나, 종합반도체사에 해당하는 삼성전자와, Arm의 공동창업자인 Apple의 경우에는 별도의 라이센스 계약이 적용된다고 한다. 수직계열화 및 비메모리 반도체 기술의 완전한 내재화를 추구하고 있는 삼성전자 특성상 궁극적으로는 또다시 독자 CPU개발을 시도할 가능성이 높지만, 당분간은 Arm 레퍼런스 IP에 의존할 예정일 것으로 보인다.
3.2. GPU
과거 한두번 PowerVR을 사용할 때를 제외하고는 전부 ARM-Mali를 주력으로 써왔으며, 엑시노스 2200을 기점으로 AMD의 RDNA 아키텍처를 라이센싱 받아 이를 커스텀한 독자 GPU IP로 전환하였다.====# ARM-Mali #====
ARM Mali 그래픽을 사용한 칩들의 경우 퀄컴 Adreno 시리즈 대비 성능, 전성비, 발열 특성&스로틀링 특성이 떨어지고 벤치마크 성능과는 별개로 실제 성능마저 폐급이라는[7] ARM Mali 그래픽의 단점을 그대로 떠안게 되었다. ARM Mali가 최신 API를 Adreno보다 더 잘 지원한다고는 하지만 아이러니하게 퀄컴 Adreno가 그것을 지원하지 못하는 상황에서는 Adreno에 맞춰서 개발해야 하기 때문에 장점이 되지는 못한다.
2010년 초중반대에는 삼성전자 파운드리가 공정 경쟁력에서 당시 퀄컴 스냅드래곤이 생산되던 TSMC보다 좀 더 앞서던 시절인지라 이를 무기로 삼아 이를 어느 정도 메꾸는 것이 가능했다.[8] 하지만 이러한 우위는 7nm 를 기점으로 TSMC가 삼성전자를 상대로 공정 기술력 측면에서 역전을 이루어 내는 데에 성공하면서 삼성 파운드리로 생산처가 고정되어 있는 엑시노스 입장에서는 퀄컴이 TSMC를 선택하게 될 경우 오히려 생산 측면에서 불리한 조건을 안고 가야 하는 상황이 되었다.
ARM Mali-T800번대 시리즈로 넘어오면서 동세대 경쟁작 대비 성능이 20%가량 낮고, 전력효율이나 호환성 측면에서 Midgard 아키텍처의 한계점을 보여주며 불안한 모습을 보여주었다. Bifrost 아키텍처가 사용된 Mali-G71에 들어서면서 성능, 호환성 측면에서 꽤나 큰 개선이 이뤄졌지만, 엑시노스 9810에 들어간 Mali-G72에서는 처참한 성능개선으로 꽤나 많은 비판을 받았다. Mali-G76에서는 연산 레인을 두 배로 늘리고, 셰이더의 효율을 높여서 최대 코어수를 줄이는 등 크게 개선되기는 하였으나, 경쟁사의 Adreno GPU 대비 아쉬운 모습을 보이고 있다.
Mali-G77부터는 다시 새로운 GPU 아키텍처를 사용하였으며, 이는 엑시노스 990에 들어가게 된다. 허나 엑시노스 990은 지속성능과 전성비에서 동시대 Apple, 퀄컴의 GPU에 처참하게 밀렸다. 엑시노스 2100의 경우 G77에서 근본적으로 크게 변화가 없는 G78을 사용하였으나, 연산유닛 수를 늘리고 최적화/전력제한 수준을 높여 Vulkan API 한정으로는 동세대 Adreno를 앞서는데 성공하였다. 다만 대부분의 게임에 쓰이는 OpenGL에서는 아직도 크게 밀리는 수준을 보여준다.
플래그십급에선 엑시노스 2100, 보급형에서는 1380을 마지막으로 ARM-Mali 탑재는 종료되었으며, 후술된 RDNA기반 커스텀 아키텍처로 넘어가게 되었다.
3.2.1. RDNA
2019년 6월 3일, 삼성전자는 AMD과 협력을 공식적으로 발표했으며, 첫 결과물은 2022년에 RDNA2의 모바일 축소형인 mRDNA2 아키텍처 기반의 Xclipse 920이 탑재된 엑시노스 2200에서 선보였다. 첫세대의 경우 처음 시도하는 탓에 떨어지는 아키텍처 역량과[9] 제조공정의 수율의 한계로[10] 인해 퀄검의 Adreno를 따라잡기는커녕 대체하고자 했던 동세대의 ARM Mali를 채용한 Dimensity 9000보다도 떨어지는 성능과 전성비로 실망감을 안겨주었다.
2023년, 삼성이 AMD와의 GPU 협력 지속을 발표하였고, 더 많은 엑시노스 제품군에 AMD의 GPU 적용을 계획하고 있음에 따라 이르면 2024년부터 중급기를 타깃으로 하는 엑시노스 1000번대 AP에도 RDNA 아키텍처 기반 커스텀 GPU가 적용될 것으로 보였으며, 실제로 2024년 엑시노스 1480에 Xclipse 530이 탑재되었다.
2024년에는 RDNA3 커스텀 아키텍처 기반 Xclipse 940을 탑재한 엑시노스 2400에서 크게 일신된 모습을 보여주긴 하였으나, 아직도 실사용환경에의 전성비가 경쟁사들 대비 동 세대 제품이라고 볼 수 없을만큼 떨어지는 상황이다. 다만 삼성은 2023년 6월 AMD와 RDNA IP 라이센스 다년계약을 체결하며 지속적으로 RDNA IP 기반 커스텀 아키텍처 사용을 확대할 계획이다.#
3.3. NPU
엑시노스 9820부터 독자 개발한 NPU 아키텍처를 사용하고 있으며, 플래그십만이 아닌 중급 AP부터도 탑재되고 있다.
이쪽 역시 현재 주력으로 쓰이는 정수 연산 분야에서 퀄컴에게 상당히 밀리는 편이다. 다만 동시에 매 세대마다 큰 성능 향상폭을 이루어 내는 등 가시적으로 성과가 나타나고 있는 분야이기도 하며, 자사 완제품 기기가 없어 특화반도체인 AI가속기를 최대한 범용성 있게 만들어야 하는 모순적인 상황에 처해있는 퀄컴/미디어텍의 AP들과는 달리 수직계열화가 잘 이루어진 삼성전자의 자사 완제품에 넣는 것이 목적인 엑시노스의 NPU는 확실한 방향성이 있어 그 미래를 기대해볼만하다고 할 수 있다.
3.4. SCI
엑시노스 8890부터 코어간의 캐시 데이터 일관성 유지를 위해 Arm의 CCI가 아닌 Samsung Coherent Interconnect를 직접 설계하여 사용하였다.하지만 CCI가 DynamIQ 세대에서 DSU(DynamIQ Shared Unit)로 변경되고 CPU와 더 긴밀하게 상호작용하게 변경됨에 따라, 개발해왔던 SCI를 포기하고 Arm의 DSU를 사용하게 된다. 삼성은 DSU와 자체 제작한 GPU와 NPU를 연결하기 위해 Interconnect를 자체 개발하게 되었고, 이 Interconnect가 SCI의 이름을 물려받게 되었다.
이후 ARMv9.2를 맞이하여 Arm을 사용하는 SoC의 구조는 다시한번 변혁을 겪게 되는데, 이에 SCI역시 큰 규모의 구조 변경이 이루어져야만 했다. 이를 위해 삼성은 ARM의 Interconnect 전문가였던 나이젤 페이버 박사를 영입했다.
4. 기타
4.1. 퀄컴 스냅드래곤과의 성능 우위 비교
4.2. 파생형
삼성전자가 자체적인 파운드리를 보유하고 있는 데다가 SoC 제조와 관련하여 타 기업들과 협력을 하기도 하는 만큼, 공식적으로 엑시노스 라인업에 속해 있지는 않지만 사실상 삼성 엑시노스의 파생형으로 취급되는 SoC들도 일부 존재한다.- Apple A5X까지의 Apple Silicon: 특히 이 중에서도 A4는 같은 시기에 출시된 엑시노스 3110과 구성이 거의 동일하여 사실상의 파생형으로 취급된다.
- Google Tensor SoC (GS101): Google Pixel 6 / Google Pixel 6 Pro에 탑재되는 SoC이다. S5P9845라는 삼성식 파트넘버가 프린팅되어 있는데, 바로 전작인 엑시노스 2100의 파트넘버가 S5E9840이라는 점을 고려하면 2100의 개량형으로 볼 수 있다. 구성 및 기술 측면에서도 엑시노스 2100과 유사하지만 세세한 부분에서 차이가 있다.[11]
4.3. 보안 문제
2012년 12월, 엑시노스 4 시리즈의 커널소스에서 보안 취약점이 발견되었다. 피지컬 메모리에 직접접근이 가능한 결함이다. 이것을 이용하여 원클릭으로 루팅을 하는 애플리케이션이 공개되기도 했다. 삼성전자에서는 해당 문제를 파악하고 패치 작업을 진행 중이라고 밝혔다. 이 문제는 갤럭시 노트 10.1를 시작으로 하여 2013년 상반기에 패치를 완료하였다.2023년 구글프로젝트 제로[12]에서 18개의 제로데이를 발견했다. 그중 4개는 휴대폰 번호만 있으면 원격코드실행까지 가능한 취약점이라고 한다. 현재는 수정된 패치가 세트업체에 발행됐다.[13]
5. 관련 문서
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[a] #[a] [3] 하필 猎户座(엽호좌)인 까닭은 오리온자리에 삼성(參星)이라 불리는 3개의 별이 일렬로 늘어서있는 '오리온의 허리띠'가 있기 때문. 또한 갤럭시 S II에 탑재된 엑시노스 4 듀얼 (4210)의 코드네임이 Orion인 것에서 착안한 것으로 보인다.[4] 엑시노스 2200부터 플레그쉽 라인업에 한해서 AMD의 GPU IP를 라이센싱 받아 이를 기반으로 설계하여 탑재하고 있다.[5] 엑시노스 오토 V7이라고 하며, ARM 코어텍스-A76코어 8개와 말리-G76 그래픽처리장치(GPU) 코어 11개로 구성된다.[6] Samsung Austin R&D Center[7] 이는 그렇지 않아도 별로 뛰어나지 못한 Mali가 범용 연산과 최신 API 최적화에 치우쳐 설계되기 때문에 발생하는 문제점으로, 구형 API를 이용한 셰이딩 방면에서의 연산력이 주로 요구되는 대부분의 게임에서는 벤치마크 점수 대비 저조한 성능을 보여주는 원인이 된다.[8] 전력 대 성능비 부분에서는 호평을 받은 우드가르드 아키텍처를 사용한 ARM Mali-400 쿼드코어는 문제되지 않고, 전력 대 성능비로 인해 비판받는 미드가르드 아키텍처를 사용한 ARM Mali-T628 헥사코어의 경우 3~4 W 정도 전력을 소모[14]하고, ARM Mali-T604는 스마트폰에는 탑재되지 않았으며 엑시노스 7 Octa (5433)의 ARM Mali-T760 헥사코어는 5~6 W 정도 소모하지만 실제 갤럭시 노트4를 보면 배터리쪽으로 큰 문제는 터지지 않았다. ARM Mali-T760 옥타코어는 20nm HKMG 공정에서 14nm FinFET LPE 공정으로 미세화된 효과까지 받아 4W 후반대 정도의 전력을 소모되는 것으로 추산되고 있다.[9] 당시 삼성은 아예 GPU개발 이력 자체가 거의 없고, AMD역시 퀄컴에 모바일 그래픽 사업부를 매각한 뒤로 모바일 그래픽에 대한 이력은 사실상 백지 수준이었다.[10] 엑시노스 2200을 생산하던 SF4E 공정은 밀도 당시 목표 클럭을 한참 낮추고도 20%대의 수율을 보여주는 등 그야말로 처참한 모습이었다.[11] 빅코어(Cortex X1)의 개수가 2개로 늘어난 대신 미들코어가 Cortex-A78 3개에서 Cortex-A76 2개로 감소했으며, 전반적인 클럭도 감소했다. GPU는 Mali-G78로 동일하지만 코어 수가 14에서 20개로 증가했다.[12] 매뉴얼 읽다가 멜트다운 취약점을 발견한 그 팀이다.[13] 한국어: 이 취약점에 영향을 받는 장비와 스마트폰 기종 정보 #