갤럭시S4 사양 분석. (2) 엑시노스 5410

전편에서는 갤럭시S4 스냅드래곤 600 탑재 버전을 다뤘습니다.
이번 편에서는 엑시노스 5410 탑재 버전을 다루겠습니다.


- CPU : Cortex-A15 쿼드코어 + Cortex-A7 쿼드코어. 빅리틀(big-LITTLE) 지원.

삼성전자 블로그에서는 1.6GHz 라고 밝히고 있습니다.
(http://www.samsungtomorrow.com/4146)
1.6GHz라는 클럭이 A15의 것인지 A7의 것인지 논란이 있을 수 있지만, 정황상 A15 클럭으로 생각됩니다.

ISSCC 2013 삼성 자료.
빅코어가 최대 1.8GHz, 리틀코어가 1.2GHz

Cortex-A15 코어가 1.6GHz 아니라면 Cortex-A7 코어가 1.6GHz 라는 얘기가 되는데,
이 경우 삼성은 A15 코어를 놔두고 A7 코어의 클럭을 대표 사양으로 선택하였다는 얘기가 됩니다.
이상하지요.
Cortex-A15 1.6GHz 로 보는 것이 타당합니다.

ISSCC 2013 에서 밝힌 클럭보다 0.2GHz 낮은 클럭을 선택한 것은 왜 일까요.
만만한게 소비전력 문제.
그럼 0.2GHz 낮췄다고 소비전력이 얼마나 줄어드나 확인해보겠습니다.

ISSCC 2013 삼성 자료.

1.6GHz면 22400 DMIPS 이고, 그래프에서 그 지점을 확인해보면 3900mW 정도입니다.
1.8GHz에서는 4500mW 정도 나오는 것으로 확인했습니다.
(ISSCC 2013 삼성 세션 정보 (엑시노스5 옥타))
1.8GHz 일 때보다 15% 정도 감소하니 소비전력 절감 효과가 있습니다.

(http://mobile.it168.com/tu/1462254.shtml)
위 사진은 중국에서 유출된 분해사진으로 엑시노스 탑재 버전의 테스트 타입으로 보입니다.
보면 AP가 닿는 부분에 써멀패드가 크게 자리잡고 있습니다.
엑시노스 5410의 발열이 적지 않다는 증거지요.
소비전력과 발열이 그렇게 여유있는 상황은 아닌 것으로 보입니다.

갤럭시노트3 를 대비한 것일수도 있습니다.
전례를 보면 갤럭시노트는 갤럭시S 보다 CPU 클럭이 0.2GHz 높았습니다.
사양 차이로 인해 요구성능이 더 높아서일 수도 있고, 크기가 커서 배터리에 여유가 있기때문일 수도 있습니다.
어쨌든 갤럭시S4의 CPU 클럭이 1.8GHz면, 갤럭시노트3는 2.0GHz 입니다.
부담스러운 클럭일겁니다.

갤럭시노트3에 1.8GHz로 넣고, 갤럭시S4에 0.2GHz 낮은 1.6GHz로 넣는 선택을 한 것일 수도 있습니다.
애초에 ISSCC에서 발표할 때, 자신들이 설정한 최대 클럭을 발표했다고 보는게 맞겠지요.


- GPU : SGX544MP3, 다운클럭의 가능성?
이건 중국발 유출정보에서 확인된 것으로 거의 맞다고 봐도 무방할듯 합니다.
디자인이나 CPU클럭 등으로 보아 테스트 타입으로 보이는데,
그렇다면 최소한 이 제품에서 나타나는 엑시노스 5410의 대략적인 사양은 맞다고 볼 수 있지요.
(http://mobile.it168.com/a2013/0313/1461/000001461394_all.shtml)

일단은 533MHz로 알려져있는데, SGX544MP3 533MHz라면
GLBenchmark 2.5 이집트 HD 1080p offscreen 기준 40 fps 내외가 나올 것으로 보입니다.
스냅드래곤 600이 보여주는 최대 그래픽 성능과 비슷한 수준이지요.

Z2580 결과를 근거로 계산한 것인데 A6 결과를 참고해야한다는 의견도 있습니다.
그럴 경우 58 fps가 나옵니다만 개인적으로 이 정도로 높은 성능이 나올 것이라는데 회의적입니다.

삼성은 CES 2013에서 엑시노스5 옥타의 그래픽 성능이 이전 세대의 2배라고 밝혔는데,
이전 세대라 함은 아무래도 엑시노스 4412의 Mali-400MP4 533MHz 를 말하는 것이겠지요.
삼성 반도체 블로그에서도 엑시노스4 쿼드, 즉 엑시노스 4412 대비 2배 이상의 그래픽 성능이라고 밝히고 있습니다.
(http://samsungsemiconstory.com/285)
Mali-400MP4 533MHz가 17 fps 정도 나오는데 두 배면 34 fps 정도입니다.
만약 A6 기준으로해서 58 fps 급이라면 과연 삼성이 어떻게 말했을까요.
기존 대비 3배 이상의 성능이라고 말했을겁니다. (17 x 3 = 51 < 58)

여기서 생각해볼 부분이 있습니다.
갤럭시S4에서 CPU가 ISSCC에서 발표한 최대 클럭보다 낮게 들어가는데 GPU라고 다를 것인가.
GPU 클럭도 533MHz보다 낮을 가능성이 있습니다.

만약 클럭이 낮아지다면 얼마일까요?
전례를 생각한다면 440MHz가 아닐까요?
갤럭시S3가  Mali-400MP4 440MHz였고, 갤럭시노트2가 Mali-400MP4 533MHz 입니다.

SGX544MP3 440MHz에서의 성능을 예상해보면
GLBenchmark 2.5 이집트 HD 1080p offscreen 기준 34 fps 정도입니다.
이전 세대 대비 2배라던 CES 2013의 발표와 일치합니다.

이 경우 문제는 그래픽 성능이 스냅드래곤 600의 최대성능보다 낮다는 것.
갤럭시S3나 갤럭시노트2 때도 그래픽 성능이 스냅드래곤을 앞섰던건 아니었기때문에 그래픽 성능의 우위에
삼성이 의미를 둔다고 보기는 어렵고, 그렇다면 별 문제가 아닐수도 있습니다.
만약 신경을 쓴다면 스냅드래곤 버전 갤럭시S4에서 그래픽 성능을 조절하겠지요.
(최대 클럭보다 낮게 설정해서 비슷하게 맞추는 식으로...)

정확한 성능 테스트 결과가 나와봐야 삼성의 속내를 알 수 있을듯.


- 램 : LPDDR3 2GB, 듀얼채널(32bit x2)
중국에서 유출된 분해사진이 참고가 됩니다.
(http://mobile.it168.com/tu/1462254.shtml)

램은 PoP 상태인데 파트넘버가 K3QF2F200C-XGCE
삼성의 제품 카탈로그를 보면 맨 뒷자리가 XGCE인건 LPDDR3 입니다.
구체적인 클럭을 확인할 수는 없는데 넥서스10의 엑시노스 5250이 K3QF2F200M PoP입니다.
넥서스10은 1600MHz (12.8GB/s)로 알려져 있고요.
갤럭시S4 역시 같은 속도일 것으로 생각됩니다.
12.8GB/s


- 공정 : 삼성 28nm HKMG 공정.
(http://www.samsung.com/global/business/semiconductor/foundry/process-technology/32-28nm)
(http://www.samsung.com/us/business/oem-solutions/pdfs/28nmLPH-DS-Final-0212.pdf)
삼성의 28nm 공정은 LPP와 LPH가 있습니다.
LPH는 2GHz 이상이 가능한데, 동일 누설전류에서 LP(P)대비 20% 이상 높은 성능(클럭)이라고 합니다.
(SRAM의 차이, 고성능을 위한 모듈이 들어갔다고 하는데...)

(http://www.semiwiki.com/forum/content/584-synopsys-arm-samsung-globalfoundries-part-1-2.html)
다른 정보를 보면 32/28nm LP가 Cortex-A15 1.35GHz, 28nm LPH가 Cortex-A15 2.0GHz 타겟이라고 합니다.
엑시노스 5410은 28nm LPH 공정이 아닌가 추측해봅니다.

삼성 스마트 TV나 에볼루션 키트에 Cortex-A15 1.35GHz 가 들어간다고 하는데 이건 32nm LP 혹은 28nm LP 공정일지도 모르겠네요.

MWC 2013의 삼성 부스.

45nm 엑시노스4 와 28nm 엑시노스5를 비교했을 때, 28nm 엑시노스5의 평균전력이 23% 정도 낮다고 합니다.
32nm 공정의 전력효율을 홍보할 때는 순간 피크치를 보여주더니, 이번엔 평균치를 보여줍니다.
빅리틀의 유용성을 보이기 위한 것으로 생각됩니다.
최대값을 보여주기에 Cortex-A15의 소비전력은 높으니까요.

45nm 엑시노스4 라면 엑시노스4210 일겁니다. 오리온 보드.
28nm 엑시노스5 가 무엇일까요.

이전 포스팅에서 약간의 가정을 섞어서 엑시노스5410의 평균전력을 1.112W 정도로 예상했습니다.
(엑시노스5 옥타, 5250 소비전력 추정 및 비교.)
위 사진에서 평균전력은 540mW 로 나옵니다.

가능성은 둘 중 하나입니다.

엑시노스5410 평균전력 예측이 잘못 되었다. -> 엑시노스5410
-> 엑시노스5410의 실제 전력소비는 매우 낮다. -> 스냅드래곤과 비슷하거나 앞서는 전력효율.

엑시노스5410 평균전력 예측이 제대로 되었다.
->시연한 제품의 평균전력은 540mW로 엑시노스5410 평균전력 예상값을 절반 수준이다.
-> 시연한 제품은 코어수가 절반인 엑시노스5210 이다. -> 저 시연은 같은 듀얼코어끼리의 비교이다.
왠지 후자쪽에 마음이 가네요.ㅋ


- eMMC 5.0
I/O 성능은 체감성능에 큰 영향을 끼치고, 벤치마크앱에서도 평가 비중이 높기때문에 나름 중요합니다.
(http://samsungsemiconstory.com/285)
삼성에서 엑시노스5410이 eMMC5.0과 USB3.0을 지원한다고 언급했습니다.
하지만 사실 eMMC 5.0의 구체적인 사양에 대한 정보는 없습니다.

그나마 가장 최근에 나온 것이 eMCC 4.5 기반 제품.
(http://samsungtomorrow.com/3017)
64GB eMMC Pro Class 1500
Sequential R/W : Up to 140/50 MB/s
Random R/W : Up to 3500/1500 IOPS

그 이후에 삼성은 '독자규격'의 eMMC 버전을 적용한 제품을 출시했는데 아무래도 이게 eMMC 5.0 이지
않을까 싶습니다.
'차세대 스토리지 기술 표준'을 주도할 것이라는 포부와 함께 말이지요.
(http://samsungtomorrow.com/3615)
64GB eMMC Pro Class 2000
Sequential R/W : Up to 260/50 MB/s
Random R/W : Up to 5000/2000 IOPS

갤럭시S4에서 쓰일지는 미지수.

(http://mobile.it168.com/tu/1462254.shtml)
앞서 언급했던 출처에서 올린 분해 사진 중에 낸드플래시 사진도 있는데, 이 제품이 16GB라는 것 외에는 정보가 없습니다.
제품 코드 자체가 카탈로그에 없는 유형입니다.
밑에서 언급하겠지만 유출된 테스트 타입의 안투투, 쿼드란트 점수가 사양을 생각했을 때 낮게 나온 편인데,
그 원인이 I/O 성능때문일 가능성이 있다고 봅니다.
테스트 타입에 낮은 성능의 낸드플래시를 넣었고, 그 때문에 벤치마크에서 점수가 낮게 나왔을 가능성이 있다는거지요.


- SD3.0
엑시노스5250은 eSD3.0 을 지원합니다.
엑시노스5410에서 이를 지원할 가능성이 높습니다.
이게 왜 중요하냐면, UHS-1 규격 SD카드를 제대로 쓸 수 있습니다.

각 규격별 최대 속도를 보면 다음과 같습니다.
SD4.0 - 읽기 312MB/s, 쓰기 312MB/s
SD3.0 - (UHS-1) 읽기 104MB/s, 쓰기 104MB/s
SD2.0 - 읽기 25MB/s, 쓰기 25MB/s
SD1.0 - 읽기 10MB/s, 쓰기 10MB/s

물론 스마트폰에서 쓸 마이크로SD 카드가 저 지원속도보다 느리면 아무 의미도 없겠지요.
그럼 현재 시중에 나온 제품들 상황이 어떤가...
많이 팔린다는 삼성 제품을 보면 UHS-1 지원 제품이 최대 읽기 70MB/s, 쓰기 20MB/s 입니다.
SD2.0 으로는 읽기에서 많이 손해보지요.

지원할지 모르겠지만, 지원한다면 eMMC와 함께 의미있는 부분입니다.


- 성능
현재 확인할 수 있는건 유출된 테스트 타입의 벤치마크 결과뿐입니다만 신뢰도에 문제가 있어보입니다.
(http://mobile.it168.com/a2013/0313/1461/000001461394_all.shtml)

쿼드란트 결과를 보면,
CPU : 25388?
MEM : 7404
I/O : 4911
2D : 1000
3D : 1935

2D, 3D는 해상도의 영향이 있으니 큰 차이가 없어도 그렇다치고, CPU는 높으니까 이상할게 없는데,
메모리와 I/O 성능은 사양을 생각했을 때 낮게 나왔습니다.
스냅드래곤S4보다 낮은 수준이니 뭔가 문제가 있다고 볼 수 밖에 없습니다.

그나마 안투투는 괜찮게 나왔습니다.
스냅드래곤 600 버전 갤럭시S4와 비슷한 수준.

1.6GHz 기준에서 스냅드래곤600 1.9GHz와 성능이 비슷할 것으로 보이는데 나와봐야 알 일이지요.


- 2분기부터 엑시노스5410 양산.
(http://samsungsemiconstory.com/285)
4월 말 출시로 알려져있는데 이래저래 양산이 늦어진 것으로 보입니다.
언팩 때 엑시노스 버전이 나오지도 않았고요.

지연 이유를 정확히 알 수는 없지만 추측해 볼수는 있습니다.
삼성이 AP에 CP, RFIC까지 통합하려다가 만족스러운 결과를 얻지 못해서 엎어버렸다든지 말이지요.

기존에 CP를 DMC(지금은 사업부 개편하면서 없어졌지요.)에서 설계했는데(아마도 무선사업부)
S.LSI 사업부에 M&C(Modem & Connectivity) 사업팀이 생겼습니다.
(언론 기사에 M&C팀이 처음 나온게 작년 12월)
CP통합과 관련된 것으로 생각됩니다.

수율 문제를 이유로 드는 의견도 있는데 수율이 낮다고 시제품이 안 나오는건 아니지요.
제품 발표 때까지 완제품이 나올 수 없게 만든 이유가 존재하고, 부품 구성상 가장 유력한 것이 AP의 완성 지연이 아닐까요.
CP와 RFIC를 통합하려다가 상용화할 수 있는 성능에 도달하지 못 했고, CP가 통합되지 않은 일반적인 AP 설계, 생산으로 전환했다는게 저의 시나리오.


- 플랫폼 : 2칩?
엑시노스 버전 갤럭시S4에 삼성 모뎀이 들어갈 것이라는 얘기가 있습니다.
내부적으로 성능과 소비전력에서 퀄컴 모뎀보다 우위에 있다고 생각한다는 내용은 덤입니다.
저야 관계자가 아니니 진위여부는 모르겠지만요.

만약 삼성 모뎀이 들어간다면 어떤게 들어가느냐도 궁금한 부분인데 가장 최근에 나온 CMC221D가
유력해보입니다.
CMC221S의 마이너 업데이트 버전쯤으로 보는 의견이 있더군요.
어쨌든 중요한건 갤럭시 그랜드에 CMC221D가 들어가는데 통신3사 공통 사양이라는겁니다.
갤럭시S3 때처럼 LG U+ 사양만 추가로 CDMA모뎀이 들어가고 그런거 없습니다.
(http://downloadcenter.samsung.com/content/UM/201302/20130214093826154/SHV-E270L_User_Manual_Rev.1.1.pdf)

갤럭시S4 지원 주파수 대역.(추정)
LTE700 (746-787MHz/Band13)
GSM850 (824-894MHz)
GSM900 (890-960MHz)
GSM1800 (1710-1880MHz)
PCS1900 (1850-1990MHz)
UMTS2100 (1920-2170MHz/Band 1)

CMC221S 사양.
GSM 900/1800/1900
DCS 1800
PCS 1900
WCDMA(UMTS) 1900/2100
LTE 850/1800/2100

CMC221D 사양.
LTE 850(Band5)/900(Band8)/1800(Band3)/2100(Band1)
WCDMA 2100(Band1)/1900(Band2)
GSM 900/850
DCS 1800
KPCS 1800
US PCS 1900