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스마트폰/애플 APPLE

애플 A9 논란에 관하여. (3) IYD 테스트 분석 (update 2015.12.17.)

by gamma0burst 2015. 12. 15.

 

- 애플 아이폰6S에 들어간 A9 제조사 문제가 한동안 잠잠했었는데 새로운 테스트 결과로 '약간'의 반향이 있었습니다.

IYD의 아이폰6S 리뷰에서 두 제조사 탑재 제품의 배터리 테스트, 쓰로틀링 테스트 결과가 나왔습니다.

(링크 : http://iyd.kr/840)

원문이나 리플에서도 누누히 강조하듯이 한 두개 제품의 결과로 구체적인 수치나 단정적인 결론을 이끌어내는건 무리가 있습니다.

대략적인 결론을 낼 수 밖에 없습니다.

이 글도 이런 점을 바탕에 깔고 읽으시길.

 

 

- (일단) 결과(부터)

제조사 간 비교 결과는 3가지입니다.

GFX벤치 배터리 테스트, 긱벤치3 배터리 테스트, 긱벤치 루프라는 자체 기준에 의한 배터리 테스트.

이 중 기존에 없던 새로운 데이터는 긱벤치 루프 결과입니다.

테스트 자체는 긱벤치의 반복실행이라는 (어찌보면) 단순한 테스트인데, 여기에 점수(=클럭=쓰로틀링 모니터링) 결과가 함께 있다는게 중요한겁니다.

 

긱벤치 루프 결과를 분석하기에 앞서 다른 배터리 테스트 결과에 대해 간단히 말하면,

GFX벤치는 유의차 없습니다.

긱벤치 배터리 테스트는 TSMC제가 20~30% 정도 높습니다.

모두 기존 결과와 대동소이합니다.

이 정도로 교차검증이 됐다면 슬슬 일관성있는 결과로 인정해도 문제없을듯 합니다.

 

 

- 긱벤치 루프 결과 분석

(그래프의 직접 인용 등이 저작권 침해의 여지가 있다면 내리겠습니다.

IYD내 공지에서 저작권이나 불펌에 대한 내용을 찾지 못해서 일단 인용합니다.)

 

긱벤치 루프 배터리 테스트 결과를 보면,

아이폰6S : 141 - 135min (삼성-TSMC)

아이폰6S 플러스 : 169 - 208min (삼성-TSMC)

 

아이폰6S에서는 차이가 없고, 아이폰6S 플러스에서 TSMC가 앞선다는 점.

각 테스트의 시간이 2~3시간 정도라는걸 기억하고 그래프를 보겠습니다.

 

우선 이 그래프는 매직그래프입니다.

삼성제라고 클럭이 반토막 나고 이러는거 아닙니다.

 

Y축 값이 다 표현되면 이렇습니다.

 

1. 쓰로틀링 클럭

먼저 쓰로틀링 클럭을 보겠습니다.

TSMC제는 거의 없습니다.

그에 반해 삼성제는 크게 떨어졌습니다.

얼마나 떨어졌을까요.

 

구체적인 수치가 없지만 그래프가 정확한 값을 근거로 작성돼을테니 각 그래프의 비례관계로 역산해보면 쓰로틀링 최종 클럭(쓰로틀링으로 하향되던 클럭이 안정화되는 수준)에서의 점수는 각각 아래와 같습니다.

 

(멀티 총점)

아이폰6S TSMC : 4435

아이폰6S 삼성 : 3865

아이폰6S 플러스 TSMC : 4419

아이폰6S 플러스 삼성 : 4107

 

아이폰6S 긱벤치 결과를 보면 잠정적인 싱글코어 총점 최고점이 4478 정도입니다.

(링크 : 애플 A9, A9X CPU 성능 분석. (Geekbench3) (update 2015.12.07.))

4435와 큰 차이가 없지요.

1.85GHz에서의 결과로 봐도 무방합니다.

 

그렇다면 이 결과를 단순 비례해서 쓰로틀링 클럭을 구할 수 있을까요? 그렇지 않습니다.

메모리 점수라는 변수가 있기때문입니다.

긱벤치3 총점은 (정수점수+부동소수점점수) x0.4 + 메모리 점수x0.2 의 로직을 따르는데 정수, 부동소수점 점수는 CPU 클럭에 비례하지만 메모리 점수는 그렇지 않기때문이지요.

쓰로틀링이 발생한다고 메모리 점수가 일정비율로 변화한다고 보기도 힘들고요.

어떤 형태로든 메모리 점수 비중을 제외하고, 남은 정수, 부동소수점 점수로 클럭을 추정해야 합니다.

 

'CPU 쓰로틀링이 발생해도 메모리 점수는 일정하다.'라고 가정하고 계산할 수도 있겠습니다만, 대게 점수가 낮으면 메모리 점수도 낮습니다.

낮은 점수에서 실제보다 더 큰 메모리 점수가 빠지는게 되서 실제보다 클럭이 더 낮게 계산될 가능성이 높은겁니다.

따라서 긱벤치3 결과 중 점수가 비슷한 결과를 찾아서 이 결과의 메모리 점수를 쓰겠습니다.

그나마 현실에 가까운 방식이라 생각됩니다.

TSMC 결과는 쓰로틀링이 거의 없기때문에 기존 최대 결과를 그대로 쓰겠습니다.

 

4435점 : 메모리점수 2612

3865점 : 메모리점수 2470 (링크 : http://browser.primatelabs.com/geekbench3/4309887)

4419점 : 메모리점수 2612

4107점 : 메모리점수 2352 (링크 : http://browser.primatelabs.com/geekbench3/4059515)

 

메모리 점수를 빼면, (멀티 정수+부동소수점 점수)

아이폰6S TSMC : 3907 - 1.85GHz

아이폰6S 삼성 : 3371 - 1.59GHz

아이폰6S 플러스 TSMC : 3896 - 1.84GHz

아이폰6S 플러스 삼성 : 3637 - 1.72GHz

 

 

2. 아이폰6S 결과.

TSMC는 1.85GHz, 삼성은 1.59GHz가 나왔습니다.

그리고 이런 조건에서 둘의 긱벤치 루프 결과는 같은 수준이었습니다.

이는 TSMC 1.85GHz에서의 전력 =  삼성 1.6GHz에서의 전력 이라는 해석을 가능하게 합니다.

 

물론 AP 외에 다른 부분의 전력도 있겠지요.

그런데 그게 구체적으로 어느 정도인지 우리는 알 방법이 없으니 배터리 차이를 만드는건 순수 AP의 전력이라고 잠정적인 결론을 낼 수 밖에 없습니다.

 

저건 쓰로틀링 발생 후 최종클럭인데 그걸 전체 테스트 시간 중 평균전력으로 보는게 맞느냐는 반론도 있을 수 있습니다.

그래프를 보면 60분까지만 표현된듯 한데, 30분부터 쓰로틀링 클럭에 진입했습니다.

그리고 전체 테스트 시간은 141분이었지요.

평균을 내도 쓰로틀링 클럭과 큰 차이가 없을겁니다.

 

어쨌든  TSMC 1.85GHz에서의 전력 =  삼성 1.6GHz에서의 전력 이라는게 되는데 이는 삼성, TSMC 공정 비교에 한 자료가 될 수 있습니다.

Speed Gain @ same power 를 정하는 기준에는 안 맞겠지만, 단순 계산하면 TSMC 16FF가 삼성 14LPE 대비 스피드 게인 +16%라는게 됩니다.

(링크 : 애플 A9 논란에 관하여. (삼성, TSMC 공정 비교.))

+16% 라는 값은 16FF+와 14LPE의 차이와도 들어맞는 값이라서, 가능성은 낮지만 TSMC A9가 16FF+ 공정일 가능성을 생각해볼 수도 있습니다.

 

 

3. TDP

여기서 TDP 문제를 짚고 넘어가겠습니다.

TDP는 단순히 소비전력이란 개념이 아니라 특정 디바이스가 지속적으로 방출할 수 있는 최대 열량이라는 개념으로 이해하는게 그나마 정확합니다.

그런 측면에서 보면 삼성제 A9가 방열측면에서 불리한 감이 있어 보입니다.

 

다이사이즈를 보면 삼성이 10% 정도 작은데 이는 단위면적당전력 = 전력밀도를 높입니다.

(링크 : 애플 A9 논란에 관하여. (2) 그래도 삼성?)

똑같은 소비전력이라 하더라도 면적이 작으면 단위면적당발열량(=온도)가 증가하는겁니다.

AP 제조사는 달라도 아이폰의 기본구조는 같기때문에 방열기구(프레임 등)의 구조와 성능는 동일하다고 볼 수 있습니다.

AP 온도는 더 높은데 쿨링성능이 동일하다면 쓰로틀링 발생 가능성은 더 심하겠지요.

그렇다면 이런 가설을 세워볼 수 있습니다.

'삼성, TSMC AP의 소비전력으 비슷하나 위에서 말한 문제들로 인해 삼성제가 쓰로틀링에 더 취약하다.' 라고요.

 

그런데 이런 가설이 성립하려면 현상적으로 삼성제 AP의 배터리 타임이 더 길어야됩니다.

하지만 현실은 반대지요.

다이 면적 차이가 쓰로틀링을 발생시키는 요소가 될 수도 있겠으나, 현재까지 나온 테스트 결과를 봤을 때 결정적인 원인은 아닌듯 합니다.

 

 

4. 아이폰6S 플러스 결과.

쓰로틀링 클럭을 보면 TSMC 1.85GHz, 삼성 1.7GHz 정도이고, 긱벤치 루프 배터리 결과 차이는 23% 입니다.

삼성쪽 전력이 23% 높은겁니다.

아이폰6S에서도 쓰로틀링이 없던 것으로 보아 아이폰6S, 6S 플러스에서 TSMC제 AP 소비전력은 같다고 볼 수 있습니다.

그렇다면 23%의 전력차이를 만든건 순전히 삼성제 AP의 전력이 증가했기때문으로 볼 수 있습니다.

 

다른 자료를 보면 디스플레이 4.7인치 -> 5.5인치에서 TDP가 21% 정도(2.88 -> 3.5W) 증가하는걸로 나오는데,

절대적인 수치를 대입할 순 없지만 증가 비율로 보면 23%라는 값과 들어맞습니다.

제품이 커지면서 TDP가 증가하고 쓰로틀링이 완화되었다고 볼 수 있는거지요.

 

1.6GHz -> 1.7GHz로 클럭이 올라갔을뿐인데 전력이 23%나 오르려면 전압이 8% 정도 증가하는걸로 계산됩니다.

전력 증가치가 아주 터무니 없는 수준은 아니라는 것.

 

 

- 정리 : 삼성 A9 vs TSMC A9

CPU 전력에서 차이가 나는데, 아이폰6S 결과에서 보이는 쓰로틀링 클럭차이는 TSMC A9가 16FF+ 공정으로 제조되었을 가능성을 생각할 정도로 큽니다.

 

CPU도 테스트하는 다른 벤치마크에서 배터리 타임 차이가 적거나 없는건 긱벤치만큼 CPU에 지속적인 고부하를 가하지 않기때문인듯 합니다.

이는 애플이 말하는 '실사용에서 별 차이없다.'라는 내용과도 어느 정도 들어맞는 내용입니다.

실제 단시간의 부하로는 쓰로틀링이나 과도한 전력소비가 두드러지지 않습니다.

위 테스트 결과를 봐도 그렇고, 긱벤치3 결과(=1회 테스트 결과. 1~2분 수준.)들을 봐도 제조사에 관계없이 대부분 최고 점수에 근접한 결과가 나오고 있습니다.

 

GPU벤치에서 배터리 타임 차이가 없는데 이 때문에 CPU 전력차이가 정말 공정때문인지 의심스럽습니다.

오히려 CPU가 공정에 최적화 된 설계가 안 된게 아닌가 하는 추정도 가능하게 만듭니다.

 

 

- Update 2015.12.17. GFX벤치 배터리 벤치 분석.

리플보고 확인해본 김에 내용 추가합니다.

GFX벤치 배터리 테스트를 온스크린 티렉스의 반복입니다.
시간으로 보면 20~30분 진행됩니다.
이 정도 시간이면 장기간 부하라는 측면에서는 조건은 충분합니다.

이 테스트에서 long term performance 결과도 같이 나오는데 사이트에 올라온 결과를 보면 아이폰6S 결과가 정확하게 나뉘어서 60 fps / 40 fps 두 가지입니다.

(링크 : https://gfxbench.com/subtest_results_of_device.jsp?did=27074956&id=558&hwtype=GPU&os=iOS&api=metal&D=Apple+iPhone+6S)

 

40 fps를 단순히 테스트의 문제나 제품 간 차이로 생각하면 기본적으로 AP 제조사에 관계없이 6S건 6S 플러스건 온스크린 60 fps 에서의 전력, 발열이 쓰로틀링 발생 수준은 아니라고 볼 수 있습니다.

수직동기화가 걸리기때문에 전력 증가가 억제될 가능성이 더 높기도 하고요.

크게 봤을 때 AP 전력은 CPU+GPU 전력일텐데, 만약 CPU처럼 GPU에서도 전력 차이가 난다면 GFX벤치 테스트 중 CPU 전력에서 삼성이 더 우수하다는게 됩니다.
이런 가정이 성립하려면 저클럭에서 CPU 전력은 역전되서 오히려 삼성제가 전력이 낮아야 하고요.
클럭에 따라 어느 한 쪽이 전력이 낮은 구간이 있겠지만, 긱벤치3 결과를 봤을 때 삼성제의 전력이 크게 낮아지는 구간이 발생할거라 생각하기 힘듭니다.

안드로이드의 사례를 봤을 때, GFX벤치에서 CPU 클럭이 그렇게 낮지 않다는걸 생각하면 그 가능성은 더 낮아집니다.

 

다른 가정을 해본다면 40 fps가 삼성제고, 60 fps TSMC제의 결과라고 볼 수 있습니다.

이 경우 긱벤치3와 일관성있는 결과라고 볼 수 있을듯 합니다.

배터리 타임이 비슷하고, 차이는 적지만 일관되게 삼성제가 높은건 쓰로틀링의 영향이라고 볼 수 있는거지요.

이 가정이 맞다면 CPU 전력이 차이가 나는 원인이 설계 문제일 가능성은 낮아지고, 공정 성능 차이의 가능성이 높아지게 됩니다.

이 가정을 증명/반박하기 위해서는 GFX벤치 배터리 테스트시 long term performance 결과가 필요하고,

더 확실히 하기위해서는 테스트시 CPU 클럭같은 것도 필요하겠지요.

이 역시 추가 테스트를 기다려봐야겠습니다.

 

아이폰6S 플러스 결과는 40 fps와 60 fps 사이의 값이 존재하는데 아이폰6S 보다 결과가 적어서 가정하기가 애매합니다.

(링크 : https://gfxbench.com/subtest_results_of_device.jsp?did=25701346&id=558&hwtype=GPU&os=iOS&api=metal&D=Apple+iPhone+6S+Plus)

 

 

 

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