삼성 엑시노스/big.LITTLE 솔루션 관련 논란

< 삼성 엑시노스

1 개요

삼성전자의 자체 모바일 AP 브랜드인 삼성 엑시노스 시리즈에 속한 AP 중, ARM big.LITTLE 솔루션을 도입한 삼성 엑시노스 5410과 삼성 엑시노스 5420 관련 논란 부분이다.

2 상세

원래 삼성전자는 타 AP 제조사와는 다르게 하나의 시리즈명 안에 하나의 AP 만을 출시하였다.[1] 같은 시리즈명 안에서도 팩토리 클럭이 다른 모델이 있지만, 같은 AP로 취급하였다.[2]

다만 엑시노스 5 옥타는 시리즈 안에서 5410과 5420이 분리 되었는데, 이는 GPU 때문에 분리한 것이 아니다. 즉, 5410의 GPU 부분이 Adreno 330 같은 타 신형 AP의 GPU보다는 떨어지는 것은 사실이지만, 단순히 이 점 때문에 새로운 제품을 개발 한 것은 아니라는 것이다. 일부 유저들이 삼성전자가 GPU 부분에서도 압도적인 성능을 위해서 5420을 개발했다고 믿고 있는데[3] 실상은 5410의 설계오류에서 빚어지는 big.LITTLE 솔루션의 불완전 때문이라는 설이 주를 이루고 있다.

문제는 엑시노스 5410의 big.LITTLE 구동 방식. 갤럭시 S4 기준으로 판단할 경우 엑시노스 5410은 클러스터 마이그레이션 밖에 지원하지 못한다. 양산일정을 갤럭시 S4에 맞춰서 앞당기면서 GPU 부분 역시 급히 변경[4]됐지만, 빡빡한 양산 일정을 맞추느라 불량이 잦았다는 의혹을 받는 중. 삼통수?

본래 갤럭시 S4가 클러스터 마이그레이션 만을 지원하는 것은, ARM의 big.LITTLE을 담당하는 Linaro라는 테스크포스에서, 클러스터 마이그레이션을 제외한 IKS 모드와 HMP 모드의 소프트 모델이 완성이 되지 않아서 라는 의견이 대부분이었다. 때문에 언젠가 완성이 되면 삼성전자가 5410을 탑재한 갤럭시 S4에 HMP 모드는 무리라도 IKS 모드에 대한 지원을 해줄 것이라고 생각한 유저들이 많았었다. 그런데 하필 5410의 이 부분에 문제가 있어서 지원이 어려울 거라는 말들이 속속 나오고 있어서 유저들이 불안해 하는 상황이다. 유료 베타 테스트라는 말들이...

이 때문에, 엑시노스 5410의 IKS 모드와 HMP 모드의 구동 불능에 대해 다양한 추측이 제기되고 있다.

2.1 CCI-400 결함설

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big.LITTLE이라는 것은 말이 쉽지 서로 다른 코어가 스위칭 하면서 같은 작업을 해야하는데, 이는 매우 높은 난이도를 요구한다. 게다가 그 스위칭 딜레이를 나노초 단위로 최소화 해야하기 때문에, 소프트웨어로 구현하는건 꿈도 못꿀 일. 그래서 big.LITTLE은 내부에 위에 보이는 'CoreLink CCI(Cache Coherent Interconnect)-400' 이라고 불리는 장치를 사용해서 A15와 A7의 캐시 메모리를 실시간으로 동기화한다. 이는 아주 중요한 부분.

그런데 5410의 CCI-400이라는 녀석에게 무슨 원인인지는 몰라도 문제가 생긴다. 5410의 CCI-400 자체는 위의 3가지 CPU 작동 모델을 모두 지원하지만, IKS 모드와 HMP 모드의 구동을 확인하던 중 설계 오류로 인해 치명적인 문제가 생긴 걸 발견한 듯 하다. 이는 하드웨어 자체의 버그이기 때문에 소프트웨어로는 수정이 불가능하고, 무리한 양산 일정에 맞추어야 했기 때문에[5], 가장 간단한 방법인 클러스터 마이그레이션을 구현하는 데 5410이 문제가 없으면 나머지 두 모델의 구현이 불가능하더라도 그대로 탑재했을 것이라고 추측하고 있다.

이렇게 되면 IKS 모드나 HMP 모드 구동 자체에 문제가 생기게 된다. 왜냐하면 위에서 설명한 세 방식들은 캐시를 CCI-400을 통해 서로 다른 코어에 동기화할 수 없을 경우 D램 단에서 마이그레이션을 구현하게 되는데, 이렇게 되면 필연적으로 코어 전환 및 동작 자체가 굼떠지고 전력 소모가 증가하기 때문.[6] 삼성전자는 이 부분에서 설계 오류를 일으킨 것이다. 결국 5410은 클러스터 마이그레이션 이외의 구현을 포기하고, big.LITTLE 모델의 완성 겸 2세대 AP인 5420을 부랴부랴 공개했다는 것이 정설로 여겨져왔다.[7] 아래 항목의 추측이 제기되기 전 까지는...

2.2 코어 단위에서의 결함설

그런데 정설로 여겨지던 위의 주장을 반박하는 포스팅이 게재되었다.

만약 엑시노스 5410의 CCI-400에 결함이 있기 때문에 성능 손실이 필연적으로 발생하고, 이것이 5420에서 수정되었다면, 분명 5410과 5420의 동클럭 성능에 눈에 띄는 차이를 보여야 하는데, 긱벤치 3로 테스트한 엑시노스 5410과 5420 간의 성능 차이는 오차 범위 수준에 불과하다는 것. 때문에 CCI-400의 결함 가능성은 낮다고 포스팅은 말한다. 그렇다면 IKS 모드로 시연되던 태블릿이 양산 제품에선 클러스터 마이그레이션으로 나오던 것과, 5410의 발열 원인은 어디에 있는 것일까.

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IKS에 문제가 생겼다는 것은 위에서 언급했던 것처럼 코어 단위의 전환에서 문제가 발생했다는 것인데, 코어 단위의 스위칭이라는 것은 4개의 코어가 있을 경우 어떤 코어는 켜져있거나 클럭이 올라가고, 필요 없는 코어는 꺼져있다는 것을 의미한다. 빅리틀 멀티코어 AP에는 이러한 코어 전환을 보조하는 두 가지 솔루션, DVFS와 ADB-400이 있는데, 전자는 원래 멀티코어 CPU에서 쓰이던 코어 전환 소프트웨어를 빅리틀에 맞게 재구성한 것이고, 후자는 위의 보이는 하드웨어 구성도에 나와있는 것 처럼 (첫 번째의 분홍색 사각형 참조) 하드웨어 적으로 클럭/파워 도메인을 담당한다. 때문에 만약 CCI-400과 DVFS 둘에 문제가 없다면 코어 자체를 끄고 켜는 것과 켜진 코어의 클럭 전환을 담당하는 ADB-400에서 문제가 생겼다는 것을 의미한다.

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이 이미지 처럼 되어야하는데, 잘 되지 않았다는 것.

이런 복잡한 설명들을 뒤로 하고서라도, 만약 코어 전환에 문제가 생긴 것이라면 HMP 지원은 상당히, 아니 오히려 기적의 경지에 오를만큼 어려워진다. 가능하다고 하더라도, 그것은 하드웨어적 전환이라기 보다 DVFS를 이용한 소프트웨어 전환에 가까워진다. 사용하지 않는 개별 코어의 클럭과 전압을 최대로 낮추는 것이 한계라는 이야기. 이렇게 되면 HMP로 인한 전력 효율 향상은 아주 작아진다. 메이쥬는 이런 부분을 감안하고서라도 SW적으로 HMP를 지원할 수 있겠지만, 삼성전자는 더 이상의 자세한 설명은 생략한다.

한편, 발열 이슈의 경우 CPU나 GPU 코어의 문제가 아닌 메모리 관리 정책의 문제이다. 자세한 내용은 추가바람.

3 논란 종식?

2013년 9월 6일 즈음 부터 엑시노스 공식 사이트와 트위터에서 티저를 하나씩 보여주기 시작했었고, 사람들은 이 티저의 정체가 뭔지 추측에 나섰다. 마이크가 무지향성 - 양방향성 전환 버튼이 눌려져 있는 것으로 봐서 엑시노스 5 옥타의 IKS 및 HMP 지원이라는 추측도 있었고, 소규모 마이크가 단 한 대 있었기 때문에 LTE 지원 BP를 통합한 AP라는 말도 나왔었다.


그런데, 이런 이미지가 나오면서 정체가 명확히 드러났다. 바로 엑시노스 5 옥타의 HMP 지원!


그리고 2013년 9월 10일, 삼성전자에서 엑시노스 5 옥타의 HMP 솔루션을 2013년 4분기에 내놓을 것으로 발표하면서 이것은 기정 사실이 되었다.

2013년 10월 즈음의 루머에 따르면, 5410의 경우 수율이 안정된 7월 생산분 부터 관련 하드웨어 문제를 해결[8]하였고, 갤럭시 S4의 후기 생산품 부터는 수정된 5410이 탑재된다. 예상과는 달리, CCI-400이 문제인 제품에도 IKS 모드와 HMP 모드를 구현 할 수 있으나, 위에서 설명한 것 처럼 D램 단에서 IKS 모드와 HMP 모드를 구현해야하기 때문에 IKS 모드와 HMP 모드를 구현하더라도 이점이 별로 없다는 이야기가 있다. 초기 생산품과 이후 생산품 간의 성능 차이가 나면 곤란하기 때문에, 갤럭시 S4에는 클러스터 마이그레이션 외의 지원이 어려울 것이라는 평. 그러나, 분명히 영상에서 '현 세대 AP에서 적용된다' 는 설명과 함께 5410이 적힌 AP의 패키징 이미지가 나왔기 때문에, 가능성을 접어두긴 어렵다.[9]

3.1 현실

2014년 8월 현재, 삼성 엑시노스 5410을 사용하는 갤럭시 S4나 삼성 엑시노스 5420을 사용하는 갤럭시 노트3를 비롯한 삼성전자의 여러 태블릿 컴퓨터들은 클러스터 마이그레이션만 지원하고 있는 실정이다. 시스템 LSI 사업부가 HMP 솔루션을 끝내 배포하지 않았던 것인지, 무선 사업부가 HMP 솔루션을 도입하지 않았는지 어느 것이 맞는지는 확인되지 않았다.

다만, ARM Cortex-A15 듀얼코어와 ARM Cortex-A7 쿼드코어의 big.LITTLE 구성이라 HMP 모드가 무조건 필요[10]한 삼성 엑시노스 5260을 사용하는 갤럭시 노트3 Neo, 갤럭시 K zoom은 정상적으로 지원하고 있고, 삼성 엑시노스 5420의 리비전 버전인 삼성 엑시노스 5422를 사용한 갤럭시 S5역시 ARM big.LITTLE 솔루션을 모두 지원하고 있다.

결론은 캐리어 어그리게이션 지원 모뎀 문제로 갤럭시 S4 이후 국내에서 판매중인 대부분의 삼성전자 제품은 엑시노스를 사용하지 않으므로 사실상 국내에서 HMP가 지원되는 AP는 2014년 6월 이전까지만해도 없었다. 사실상 옥타코어로 대문짝만하게 마케팅을 진행했지만 국내에서 옥타코어가 모두 작동하는 제품은 없었던 것이다. 베타테스터[11] 이후, 삼성전자 시스템 LSI 사업부가 캐리어 어그리게이션을 지원하는 엑시노스 모뎀 300을 생산하자 갤럭시 K zoom을 갤럭시 줌 2로 정식 발매명을 변경해 출시하면서 HMP 모드를 지원하는 기기가 최초로 출시되었고, 이후 갤럭시 알파와 갤럭시 노트4, 엑시노스 이외의 AP를 사용한 화웨이의 X3와 LG전자의 G3 Screen 등의 출시로 HMP 지원 모델들이 속속히 출시되고 있다.
  1. ↑ 4210 → 엑시노스 4 듀얼 45nm, 4212 → 엑시노스 4 듀얼 32nm 등
  2. ↑ 이 것이 당연하다고 볼 수도 있지만, 이렇게 하는 AP 제조사는 드물다. 특히 TI의 OMAP의 경우, 클럭별로 세분화해서 제품 라인업을 잡았다. 이는 nVIDIA Tegra 쪽도 비슷하다.
  3. ↑ 물론 바로 위의 문단에서 GPU 성능의 중요성을 강조하긴 했지만, 그것은 5410의 PowerVR GPU 탑재에 대해 다룬 것이지 근본적으로 5420이 만들어진 이유는 아니다.
  4. ↑ 이는 위에서도 언급되었다시피 ARM의 라인업이 너무 늦게 정해지는 바람에 이렇게 되었다는 이야기도 있다.
  5. ↑ AP를 생산하는 주체인 삼성전자 시스템 LSI 사업부에서는 출시일을 한 달정도 연기하자고 했지만, 윗선에서 밀었다고...
  6. ↑ 클러스터 마이그레이션은 그나마 간단하기 때문에 D램 단에서 동작을 구현하더라도 별 지장이 없는 것으로 보인다.
  7. ↑ 즉, 공식적으로 ARM과 삼성전자 시스템LSI 사업부에서는 정확한 입장을 밝히지 않은 상태다. 따라서 100% 확정하기에는 곤란한 부분이 있다.
  8. ↑ 이 버전의 경우 메이쥬 MX 3에 납품된 것으로 추측된다.
  9. ↑ 마땅히 쓸 이미지가 없어서 우려먹었다는 (...) 설도 있다.
  10. ↑ 1대 1 맞춤이 불가능하기 때문에 ARM Cortex-A7 쿼드코어 중 두 개가 죽어있을 수 밖에 없다.
  11. ↑ 사실 AP의 패키징 형태를 보면 코어가 8개 있으니 옥타코어이긴 하니 사실상 거짓말은 하지 않았다의 사례에 가깝다. 즉 사전적 정의에 따르면 엑시노스 5410은 옥타코어가 맞으니 거짓말은 아니다.