엑시노스5 옥타 (5410) GPU 추정.

갤럭시S4 발표까지 보름정도 남았는데 슬슬 뭐라도 예상을 해봐야할 것 같아서 써봅니다.

ISSCC 2013 에서 발표된 자료를 바탕으로 엑시노스5 옥타의 GPU를 추정해보겠습니다.
(ISSCC 2013 삼성 세션 정보 (엑시노스5 옥타))

추정은 공개된 다이 사진에서 시작합니다.

사진을 보면 하단을 제외한 삼면은 다이의 경계로 보입니다.
왼쪽과 상단 왼쪽에 메모리 인터페이스 버스가 보이니 왼쪽과 상단은 경계가 확실하고 오른쪽로 끝부분 형태로 봐서 경계입니다.
전체 다이 사진을 가로로 자른 것 중 윗부분이라는 얘기입니다.
다이의 한변의 길이를 알 수 있다는거지요.

1st 쿼드코어가 19mm² 이고 2nd 쿼드코어가 3.8mm² 라는 내용을 토대로 계산해보면 가로길이가 11.7mm 내외입니다.
역대 엑시노스 다이를 보면 가로, 세로 비율이 정사각형에 가깝습니다. (엑시노스 5250 은 아직 몰라서 제외)
가로, 세로 비율 차이가 많아야 4% 정도입니다.
상식적으로도 원형 웨이퍼에서 가장 많은 다이를 얻으려면 다이 형태가 정사각형인게 이상적이지요.
참고로 스냅드래곤을 비롯한 대부분의 AP가 최대 10% 정도의 차이를 보이고 있고, 애플은 17%까지 차이가 나는 경우가 있습니다.

그렇다면 나머지 변의 길이는 11.7mm ± 4% 라는 얘기가 됩니다.
(계산한 변이 긴 변일수도 있고 짧은 변일수도 있으니까...)
계산해보면 11.3~12.2mm
다이사이즈는 130mm² ~ 144mm² 정도로 추정해볼 수 있습니다.

다이 사이즈로 GPU를 추측해보려는데, 가장 좋은 근거가 엑시노스 5250입니다.
하지만 정보가 없으니 삼성이 설계 혹은 생산했던 삼성과 애플의 AP를 근거로 추측해보겠습니다.
(엑시노스 5250이 그 전의 AP들과 다른 패턴을 보인다면 이 추측은 틀린 것이 되겠지요.)

애플 A5X, A6X 같은 특이한 경우를 제외한 삼성 생산 AP에서 CPU 영역 + GPU 영역이 차지하는 면적은 전체 다이의 절반 정도입니다.
이 가정대로면 엑시노스5 옥타에서 CPU영역 + GPU영역의 면적은 70mm² 정도로 볼 수 있는데, 공개한 다이 사진에서 CPU 영역은 40mm² 정도입니다.
GPU영역이 30mm² 정도라는 얘기가 됩니다.
그렇다면 30mm² 내외의 면적을 갖는 GPU는 뭐가 있을까요.

루머 및 가능성이 있어보이는건 다 검토해보겠습니다.

- Mali-450MP8

ARM의 자료에서는 40nm LP 공정에서 면적이 15.1mm² 라고 하지만 실제 저 수치는 잘 안 맞습니다.
Mali-400MP4 를 기준으로보면 32nm 공정에서 6.8mm² 와 비슷한 면적이 나옵니다.
엑시노스5 옥타는 28nm이니 32nm보다 조금이나마 작아지겠지만 큰 차이가 없을테니, 그냥 28nm 에서 위의 표의 값이 나온다고 가정하지요.
그러면 면적은 15mm² 정도겠고 면적만 보면 충분히 들어갈 수 있습니다.

- Mali-T604/T624/T628/T658/T678

ARM 자료에 따르면 20mm² 정도입니다.
뒤에서 다룰 엔비디아의 자료에서도 비슷한 수치를 언급하는 것으로 보아 28nm 공정에서 20mm² 정도가 맞는듯.

Mali-T62x 는 POP(Processor Optimization Packages)를 통해 다이사이즈가 최대 24% 줄었다고 합니다.
TSMC 28nm HPM 기준의 내용이라서 삼성 공정에서도 그럴지는 의문이지만 어찌됐든 다이사이즈 감소가 있다고 봐야할듯 합니다.

Mali-T624는 15mm² 내외까지 줄어들 수 있겠네요.
Mali-T628은 30~40mm² 정도로 예상.
Mali-T658/678은 45~55mm² 정도 될 것으로 추정.


- SGX계열
최근에 엔비디아가 공개한 자료를 참고하겠습니다.

(써있듯이 28nm 기준.)
SGX543MP4 가 26.2mm²
SGX554MP4 가 37.3mm²


- 하나씩 체크해보지요.

Mali-450MP8 : Mali-T604급은 가능할 것 같고, 그래픽 성능 대비 소비전력은 T604보다 훨씬 낮을테니 절대성능만 아니면 쓸만합니다.

(http://www.anandtech.com/show/6536/arm-vs-x86-the-real-showdown/12)
최대 3.5~3.8W를 소비하는 32nm T604

32nm Mali-400MP4 266MHz 소비전력. (110mW 정도)
아무리 스펙이 두 배가 되고 클럭을 올려도 1.5W 넘기가 힘들어보입니다.

Mali-T604 : 533MHz에서 클럭을 50% 정도 올리지 않는한 테그라4 못 잡습니다.
그런데 800MHz가 가능할리가...
절대적인 성능 우위를 포기한다면 들어갈 가능성이 제일 높다고 봅니다.

Mali-T624 :
ARM 자료에 따르면 T624는 T604 대비, 동일 전력에서 30% 성능 향상, 클럭 향상까지 추가되면 총 50%의 성능 향상이 있다고 합니다.
클럭까지 올려서 50% 향상이면 좋겠지만 그게 쉬울런지는 의문.
50% 향상이면 테그라4와 동급인데 그러자면 아무리 효율 향상을 높게 잡아도 클럭이 640MHz 이상.
소비전력 증가를 어디까지 감수할지가 문제.

Mali-T628 : Khronos 인증 목록에 없습니다.
(http://www.khronos.org/conformance/adopters/conformant-products#opengles)

Mali-T658 : ARM의 로드맵에서 사라진게 걸립니다. 소비전력도 문제고요.

Mali-T678 : 이게 들어간다면 애플 수준으로 GPU를 강화하는건데 과연 들어갈 수 있을런지...
T658도 그렇지만 클럭을 낮춰서 소비전력을 낮추는 방법이 있는데 애플 스타일이라서 삼성에서 그렇게까지 할지는 미지수.

SGX 계열 : 성능적인 측면만 따져보면 들어갈 수도 있습니다.
ARM과 삼성의 밀접한 관계를 생각하면 Mali가 들어갈 가능성이 99%일뿐이지요.


-
Mali-T600 은 파워게이팅, 클럭게이팅, DVFS 등 왠만한 소비전력 절감 기술은 대부분 지원하고 있어서 스펙이 늘어나도 최대 소비전력(클럭)만 높지 않으면 소비전력 문제는 어느 정도 잡을 수 있을겁니다.
엑시노스 5250의 T604에는 DVFS가 적용된 것으로 알려져있는데 (ISSCC 2013에서 나온 정보.)
만약 파워게이팅까지 적용되지 않았다면 엑시노스 5410 GPU의 평균소비전력이 엑시노스 5250보다 낮을 가능성도 있습니다.
엑시노스 5410의 CPU에 MTCMOS, 코어단위의 파워게이팅이 적용되었는데 그것이 GPU에도 적용되었을 가능성이 높으니까요.

-
Mali-400MP4 경우를 보면 삼성은 최초에 GPU를 바꿀 때는 최상급으로 넣고, CPU 세대가 바뀔 때까지 그걸 계속 쓰는 형태를 보입니다.
ARM이 제시하는 레퍼런스 구성을 충실히 따른다고 볼 수도 있습니다.
한 번 뿐이라서 이번에도 그런 패턴이 반복된다는 보장이 없지만, 만약 그렇다면 T658/T678 이 들어갈겁니다.

물론 Mali-400MP 때와는 상황이 다르긴 합니다.
Mali-400MP4는 소비전력도 낮은 편이고 면적이 20mm² 미만이었으니까요.
그런 기준에서보면 T628 이 한계겠지요.

-
Mali-T604가 삼성 스마트 TV와 에볼루션 키트에도 들어갑니다.
(Cortex-A15 쿼드코어, Mali-T604, CPU 클럭이 1.35GHz라는 얘기가 있음.)
이에 대한 해석 방향에 따라 예측은 달라집니다.
(http://www.arm.com/about/newsroom/global-businesses-select-arm-mali-gpu-technology.php)

스마트 TV 보다 스마트폰 성능이 낮으면 안 된다는 해석이라면 T624 이상이 들어가겠지요.
하지만 같은 AP가 스마트폰에도 들어가고 스마트 TV에도 들어간다는 해석이라면 빼도박도 못 하고 T604로 굳어져버립니다.

여기서 일단 둘 중 하나.
1. 엑시노스 5410 과 스마트 TV의 SoC는 같은 제품이다. 따라서 엑시노스 5410의 GPU는 Mali-T604 이다.
대신 클럭이 다르게해서 성능의 차이를 뒀다.
2. 엑시노스 5410 과 스마트 TV의 SoC는 다른 제품이다. 엑시노스 5410의 GPU는 Mali-T604보다 높은 사양이다.

-
전례를 봤을 때 극적인 성능 향상은 없다. 라는 생각과 그래도 50% 정도의 성능향상을 있을 것이다.라는 생각이 공존하고 있습니다.
전자는 Mali-400MP4가 장수했기때문이고, 후자는 그 와중에도 4210 -> 4412 에서 50%의 GPU 성능향상이 있었기때문입니다.
전자의 생각대로면 T604가 들어갈겁니다.

하지만 T604를 쓰면서 50%의 성능향상은 어렵습니다.
엑시노스 4210의 Mali-400MP4는 ARM의 레퍼런스 클럭의 70% 수준으로 나왔기때문에 후속작이 클럭상승을 통해 성능을 올릴 수 있었지만, 엑시노스 5250의 Mali-T604는 이미 ARM의 레퍼런스 클럭보다 높은 상태로 나왔습니다.
여기서 클럭을 더 올리는건 한계가 있지요.

-
저번 CES 2013 에서 나왔던 그래픽 성능에 대한 언급도 T604를 강하게 지지한다고 봅니다.
'이전 세대 대비 2배의 성능.'
삼성 입장에서 타사 제품과 비교했을리가 없다고 봅니다.
엑시노스 4412와 비교했다고 보는게 타당합니다.
이전 세대인 Mali-400MP4 대비 2배 성능은 Mali-T604 로도 충분히 가능합니다.

-
개발 기간도 고려해야한다고 봅니다.
T604가 나온지 얼마되지도 않았는데 그 사이에 다른 GPU를 설계하고 시험생산해서 양산단계에 이르렀다고 보기는 힘들지 않을까요.
삼성에서 AP에 모뎀(CP), RFIC를 통합하려다가 엎어진걸로 아는데, 그렇다면 더더욱 추가 개발 여력이 없었겠지요.

-
종합하면 Mali-T604일 가능성이 높다고 봅니다.