'갤럭시S9' 그래픽 성능↑…GPU도 '역할분담'

[아이뉴스24 김문기기자] 모바일 온 디바이스 인공지능(AI)을 실현하기 위해, 또는 모션 및 위치정보를 포착하기 위해 별도 칩셋 솔루션이 대안으로 부상하고 있는 가운데, 그래픽 성능을 높이기 위해 ARM이 최첨단 디스플레이 솔루션을 발표했다. ARM의 말리(Mali) GPU를 채택하고 있는 삼성전자와 화웨이, 미디어텍 등이 추가 적용을 고심할 것으로 예상된다.

ARM은 1일(현지시간) 대만에서 열리는 ARM 타이페이 테크 심포지엄에서 최첨단 디스플레이 솔루션을 발표했다. 이 솔루션은 말리-D71과 코어링크 MMU-600, 어서티브(Assertive) 디스플레이5로 구성됐다. ARM의 IP를 기반으로 한다.

◆ 스마트폰 고도화, GPU 혼자만으론 어렵다

스마트폰에서 요구하는 성능이 크게 증가함에 따라 제조업체들의 고심도 지속되고 있다. 스마트폰은 폼팩터의 한계가 자명해 무턱대고 성능만을 쫓을 수 없다.

이에 대한 대안으로 최근 모바일 온 디바이스 AI가 부상하고 있다. AI를 구현하기 위해서는 소프트웨어 알고리즘도 중요하지만 기본바탕인 하드웨어의 역할도 크다. 다만, 기존 하드웨어 자원인 CPU나 GPU, DSP, ISP 등은 본래 역할이 있어 AI와는 맞지 않는다. 맞는다 하더라도 기대한 성능을 이끌어내기는 어렵다. 이에 따라 모바일AP 업체들은 별도 전용 NPU를 탑재해 AI만을 전담할 수 있도록 설계했다.

ARM이 발표한 최첨단 디스플레이 솔루션도 이와 같은 맥락이다. 그래픽을 담당하고 있는 GPU를 도와 별도 추가 그래픽 하드웨어 솔루션을 탑재, 성능을 배가시키는 방식이다.

ARM 제시한 도식을 살펴보면 모바일AP 시스템온칩(SoC)에는 기존의 CPU와 GPU뿐만 아니라 ARM 차세대 디스플레이 솔루션이 위치해 있음을 살펴볼 수 있다.

차세대 디스플레이 솔루션에는 우선 말리-D71이 위치한다. 화면구성, 회전, 고품질 확대축소 등의 다양한 이미지 처리를 수행한다. GPU의 작업 부하를 감소시키는데 일조한다. 이를 통해 시스템 전력의 30%을 절감할 수 있다.

전세대인 말리-DP650과 비교했을때는 칩 단위 면적당 향상된 성능을 제공한다. 메인뿐만 아니라 보조 디스플레이를 사용할 수 있도록 돕는다. 수행 가능한 프레임 레이어 수를 증가시켜 성능을 두배로 높일 수 있기 때문이다. 메모리 지연 시간은 4배까지 길어지더라도 동일한 성능을 낼 수 있다. 120프레임/초의 속도로 4K 해상도를 출력할 수 있는 수준이다. 픽셀 처리량은 2배 증가했다.

코어링크 MMU-600은 말리-D71을 도와 안전하고 효율적인 데이터 처리를 지원한다. 실시간 데이터 경로에서 MMU 지연시간을 50% 감소시킬 수 있다. 콘텐츠 보호 등의 문제도 해결해준다. 공간은 55%가량 절약이 가능하다.

AD-5(Assertive Display 5)는 HDR과 연관된다. 일광 조도에서 가독성을 높이고 HDR 디스플레이 파이프라인, 개선된 색감 및 색영역 조절에 관여한다. 전력 효율도 높다. 다양한 명암비 및 색 영역 특성을 가진 HDR10 또는 HLG 등을 표현하는데 도움을 준다.

이안 허치슨 ARM 고객 영업부문 마케팅 디렉터는 "새로운 ARM 디스플레이 솔루션은 ARM이 최상의 VR 및 HDR 경험을 가능하게 하기 위해 노력하고 있다는 것을 보여주며, ARM은 지속적인 디스플레이 기술 혁신을 선도하는 기업으로서 그 위치를 공고히 할 것"이라고 말했다.

◆ 내년 갤럭시S9·메이트11 적용 가능성 시사

삼성전자와 화웨이 하이실리콘, 미디어텍 등 주요 모바일AP 업체들은 ARM의 GPU를 주로 활용하고 있다.

삼성전자 갤럭시S8 시리즈와 갤럭시노트8에 장착된 엑시노스9(8895)에는 ARM의 말리-G71 GPU가 포함돼 있다. 화웨이 메이트10에 적용된 기린970 역시 말리-G71 GPU를 사용하고 있다. 이 GPU는 3세대 아키텍처인 바이프로스트를 기반으로 설계됐다. 전작 대비 높은 성능과 전력효율을 갖추고 있다.

차세대 GPU는 이미 공개됐다. ARM은 지난 5월 대만 타이페이에서 열린 컴퓨텍스 2017에서 차세대 GPU 말리-G72를 소개했다. 전작의 기술에 기대 최적화 상태를 끌어올려 성능과 효율성을 높였다. 분산 지능과 디바이스 기반 머신러닝(ML)을 위해 시스템온칩(SoC)를 보다 더 최적화시켜준다.

전작 대비 성능을 40% 수준으로 향상됐다. 산술 연산최적화와 캐시 증가를 통한 대역폭 감소를 이뤄 머신러닝 효율성은 17% 올랐다. 전력효율은 25% 상승했으며, 성능밀도도 20% 증가했다.

말리-G72 GPU는 삼성전자의 차세대 엑시노스와 화웨이 기린, 미디어텍 헬리오 시리즈에 적용될 것으로 기대된다. 즉, 삼성전자 갤럭시S9과 갤럭시노트9, 화웨이 P11과 메이트11 등이 혜택을 받을 것으로 기대된다.

만약, 모바일AP 업체들이 ARM의 최첨단 디스플레이 솔루션을 채택한다면 그에 따른 스마트폰의 그래픽 성능이 비약적으로 향상된다. 현재 스마트폰의 활용처를 살펴보면 충분한 가능성이 있다.

최근 스마트폰에서 부각되고 있는 응용처는 가상현실(VR)과 증강현실(AR)이 꼽힌다. VR의 경우 별도 헤드마운트디스플레이 디바이스가 출시되기도 하지만 스마트폰을 모체로한 액세서리 형태로도 출시된다. 대표적으로 삼성전자 기어VR을 들 수 있다.

가상현실을 구현하기 위해서는 그래픽 성능이 절대적이다. 예를 들어 기어VR은 사람과 마찬가지로 두 개의 렌즈를 활용해 원근감을 나타내는 스테레오스코픽 3D 방식을 채택하고 있다. 스마트폰 화면이 두 개로 분할되는 이유다.

현재 해상도인 2K QHD의 경우 두 화면으로 분할하면 HD해상도로 바뀐다. 업계에서는 화면 분할 시 풀HD 수준이 돼야 하며, 이를 위해서는 4K를 지원할 수 있어야 한다고 설명하고 있다. 높은 프레임 속도도 계단 현상 등을 없애줄 수 있다.

이러한 그래픽 성능에 관여하는 칩이 ARM의 말리-D71이다. 4K 120프레임/초를 지원한다. 코어링크 MMU-600과 말리-V61의 지원을 받아 4K 스트리밍까지 가능하다.

디스플레이 측면에서는 HDR이 부상하고 있다. 최근에는 단순히 밝은 부분을 더 밝게, 어두운 부분을 더 어둡게 해줄뿐만 아니라 영상의 장면마다 그 장면에 최적화된 밝기 재현 정보를 활용해 최적의 명암비를 찾아주는 형태로 진화했다. 삼성전자 HDR10플러스와 소니 돌비비전 등이 대표적이다. 올해부터는 스마트폰에서도 HDR을 지원하고 있다. ARM의 AD-5가 HDR을 보다 효과적으로 사용할 수 있도록 돕는다.

확장성 면에서는 여러 화면을 동시에 사용할 수 있는 멀티윈도 기능이 활용되고 있다. 스마트폰을 마치 컴퓨터 본체처럼 활용해 다양한 모니터로 작업을 처리할 수 있도록 해준다. 높은 그래픽 성능이 필요한 이유다.