스마트폰과 태블릿 등 모바일 기기의 발전이 눈부십니다. 그러다보니 영국의 작은 회사인 ARM은 전 세계적인 주목을 받고 있지요. 심지어 반도체 업계의 제왕인 인텔보다도 더 큰 관심을 받는다고 말할 수 있을 정도로요. 2008년부터 인텔은 모바일 업계 진출을 노리고 있지만 그 결과는 여러분들이 보시는대로 그저 그렇습니다. 22나노 SoC 공정과 새로운 아톰 아키텍처 프로세서를 내놓는 등 인텔의 위세는 등등하지만, ARM은 뒤에서 조용히 자신의 전략대로 나가고 있을 뿐입니다. 인텔이 뭘 하건 1위는 ARM이지요.

아난드텍은 여기에 대한 글을 한 편 썼습니다. 다양한 각도에서 ARM을 바라본 것이지요. 이번에는 그 첫번째. ARM의 사업은 어떻게 돌아가는가.

전통적인 PC 영역에서 반도체 제조사는 일반적으로 2가지 선택을 가지고 있습니다. 하나는 인텔처럼, 처음부터 끝까지 혼자서 다 하는 것입니다. 아키텍처와 칩을 설계하고 생산에 판매까지 다 직접 하는 거죠. 사실 인텔은 초기에 x86 명령어 셋트의 라이센스를 준 적도 있지만 지금은 라이센스 제공은 그만 뒀습니다.

이 방법은 전방위적인 실력이 보장되어야 쓸 수 있습니다. 돈이 있어야 하고, 사람이 있어야 하고, 기술이 있어야 합니다. 특히 반도체 기술의 빈익빈 부익부가 더욱 심해지고 있는 지금, 이 방법을 쓸 수 있는 회사는 몇개 없습니다.

장점 역시 눈에 확 뜁니다. 자신의 목숨줄을 자기 맘대로 할 수 있고 높은 수익을 낼 수 있다는 거지요. 인텔의 제품은 수익이 매우 높은 편입니다. 얼마를 벌고 싶다고 생각하면 그만큼 벌 수 있는 게 인텔입니다. 

다만 모바일 시장에서 이런 방법은 통하지 않습니다. 왜냐하면 프로세서가 PC 시스템에서 가격적으로 차지하는 비중이 매우 큰 데 비해, 스마트폰이나 태블릿에선 프로세서의 원가 비중이 10%도 채 안되며 심지어 5%도 안 되는 경우도 있습니다. 공을 아무리 많이 들여도 돈을 벌 수 있는 건 한정되어 있다는 것이지요. 이것은 인텔이 모바일 시장의 진입에 애를 먹는 이유이기도 합니다.

다른 길은 공장이 없는 회사, Fabless로 가는 것입니다. NVIDIA가 대표적인 기업이고, AMD는 예전에 인텔과 같은 방법을 썼지만 지급은 팹리스 기업이 됐습니다. 이런 종류의 기업은 자신이 칩을 설계한 후, 생산은 대리 공장에 맡기는 것입니다. TSMC, UMC, 글로벌 파운드리, 삼성 같은 곳에요.

이 방법의 장점은 매우 두드러집니다. 우선 회사가 받는 부담을 줄일 수 있지요. 자기는 설계만 하고, 거대한 공장을 짓고 유지하며, 새 공정을 개발하는 비용은 신경쓰지 않아도 됩니다. 그러나 단점 역시 매우 두드러집니다. 설계는 할 수 있어도 만들어 내진 못합니다. 즉 제조 공장의 눈치를 봐야 하지요. 설계를 할 때는 제조 공장의 형편에 맞춰야 합니다.

여기서 배운 교훈은 상당히 많습니다. TSMC가 40나노와 28나노 공정을 막 도입했을 때는 공정이 미처 성숙하지 못해, 생산 물량이 딸렸고 이것이 전체 산업에 영향을 미쳤습니다. 글로벌 파운드리의 32나노 공정 역시 AMD의 기대에 미치지 못했지요. 1세대 FXAPU 프로세서의 클럭과 전압은 모두 설계했던 것과 차이가 크게 났습니다. 28나노 공정은 이제 가동되기 시작했지만 AMD가 원하는 만큼 진도가 나지 않아 AMD는 저전력 APU를 만들기 위해 TSMC에 맞춰 새로 설계할 수밖에 없었습니다.

ARM이 택한 방법은 이런 회사들과는 다릅니다. 칩을 만들지도 팔지도 않습니다. 오직 자신의 설계 IP만 있을 뿐입니다. 여기에는 명령어 셋트 아키텍처, 마이크로 프로세서, 그래픽 코어, 시스템 버스 등이 포함됩니다. 그 다음에는 이걸 원하는 회사한테 판매하면 되는 거지요. 고객들은 ARM IP를 가지고 자신이 원하는 대로 만들면 됩니다.

ARM의 경영 방법은 사실 매우 간단합니다. 아래 3가지 방법으로 다른 회사이게 라이센스를 판매하는 것입니다.

먼저 프로세서 라이센스가 있습니다. ARM이 CPU나 GPU를 설계하고, 이를 파트너에게 라이센스 제공하는 것입니다. 라이센스를 판매한 후에는 계획이 실현되는지를 살펴보고, 능력을 제대로 발휘할 수 있도록 해줍니다. 하지만 이를 어떻게 실현하는지는 고객 맘대로. 예를 들어 어떤 모듈을 쓰는지, 코어는 몇개인지, 캐시는 얼마인지, 클럭은 어느 정도인지, 어떤 공정을 쓰는지, 어디서 제조하는지. 이건 전부 다 고객이 알아서 합니다.

ARM은 그저 고객을 보조해 줄 뿐입니다. 만약 칩이나 설계 규격을 바꾸겠다면 그것 역시 고객 맘대로입니다.

다음은 프로세서 최적화 패키지와 물리 IP 패키지 라이센스(POP)를 제공하는 것입니다. 만약 ARM 프로세서를 쓰고 싶은데 이것저것 할 실력이 부족하다, 그럼 어떻게 해야 할까요? ARM은 그런 고객들을 위해 최적화된 프로세서 설계 방안을 가지고 있습니다. 원하는 것이 무엇인지를 말하면 그 조건에 맞춰서 쓸 수 있도록 ARM이 셋팅해 줍니다.

이 방법을 쓰면 빠르게 제품을 만들어 낼 수 있고 비용은 줄어듭니다. 고객 맘대로 셋팅할 여지는 줄어들죠. 프로세서의 종류, 대리 생산을 맡을 공장, 제조 공정 정도만 정핼 수 있습니다. Cortex-A12 프로세서를 예로 들어보면 TSMC의 28나노 HPM 공정으로 만들거나 글로벌 파운드리의 28-SLP 공정을 고를 수 있습니다.

마지막 방법은 아키텍처/명령어 라이센스입니다. 실력이 뛰어난 제조사라면 ARM의 아키텍처/명령어 셋트(ARMv7, ARMv8)만 라이센스해서, 독자적인 방법으로 칩을 설계해 만들 수 있습니다. 퀄컴 Krait, 애플 Swift가 이런 방식으로 만들어진 전형적인 제품입니다.

이런 자체 설계 프로세서와 ARM의 명령어 셋트은 서로 호환되지만 직접 비교는 어렵습니다. 그러니까 Krait 400이 Cortex-A15보다 좋다 나쁘다 이렇게 말하기가 힘들다는 거죠. 이 둘은 같은 수준의 프로세서지만 이를 실현한 방법은 서로 다릅니다.

ARM은 현재 전세계 1000여개의 라이센스를 맺었고, 320개의 파트너를 가지고 있습니다. 하지만 아키텍처 라이센스를 맺은 회사는 15개밖에 안됩니다. 그러니까 아키텍처/명령어만 라이센스해서 프로세서를 만든다는 게 쉽지 않다는 이야기가 되겠네요.

이런 여러 라이센스/파트너의 지원에 힘입어, ARM 프로세서는 한 분기에 25억 개를 팔았고, 누적 판매량은 450억 개에 달합니다.

그럼 ARM이 돈을 어떻게 버나 볼까요. 인텔, AMD, NVIDIA는 모두 칩을 팔아서 돈을 법니다. ARM의 수입은 순전히 IP 라이센스에서 비롯됩니다. 라이센스를 맺은 사람이나 파트너, 고객이 칩을 몇 개나 파느냐에 따라서 벌어들이는 돈이 달라집니다.

ARM의 라이센스를 맺으려면 반드시 아래 2가지 비용을 지불해야 합니다. Upfront License fee, Roryalty입니다. 사실 다른 명목의 비용도 있어요. 소프트웨어 유틸리티, 기술 지원 등등. 하지만 가징 큰 건 이 두개입니다. ARM 총 수입의 33%와 50%를 차지하거든요.

업프론트 라이센스 피는 일반적으로 백만 달러부터 시작합니다. 많게는 천만 달러까지 나오기도 합니다. 이보다 더 적거나 클 수도 있으며, 한번만 내면 됩니다. 구체적으로는 라이센스를 받으려는 기술의 복잡도에 따라서 비용이 달라집니다. 예를 들어 구닥다리 ARM11을 라이센스할 경우에는 최신인 Cortex-A57보다 많이 저렴하겠지요.

로열티는 라이센스를 받아서 판매하는 칩 한 개당 내는 비용으로, 판매액의 1~2% 정도 됩니다. 만약 칩을 판매하는 대상이 다른 기업이나 소비자라면 계산하기 쉽겠지요. 회사 내부에서 쓴다면 시장 가격에 따라서 로열티 기준을 정하게 됩니다.

이 두가지 비용은 협상이 가능합니다. 특히 하나의 설계에 여러 ARM 코어를 쓸 경우 깎아 주기도 합니다.

그리고 돈을 받는 건 CPU와 GPU 뿐입니다. 버스나 포트 설계 같은 건 모두 무료로 제공합니다. ARM Mali GPU의 지위는 CPU만큼 굳건하지 않기 때문에 라이센스 비용은 저렴한 편입니다. GPU의 POP 라이센스는 CPU를 기준으로 해서 추가 금액으로 책정하게 됩니다.

ARM 라이센스의 비율을 구체적으로 보면 이렇습니다. 칩 한개의 판매 가격에서 차지하는 비중이지요.

-ARM 7/9/11: 1.0~1.5%

-Cortex-A 시리즈: 1.5~2.0%

-ARMv8 Cortex-A 시리즈: 2.0%나 그 이상

-Mali GPU: CPU에 0.75~1.25%를 추가

-POP: CPU에 0.5%를 추가

한가지 지적할 건, POP 라이센스 비용은 생산 업체에서 지불한다는 것입니다. 주문한 고객이 아니라요. 생산하는 웨이퍼의 수를 통해 칩이 얼마나 나오는지를 계산하고 여기서 0.5%를 라이센스 비용으로 잡습니다.

ARM 라이센스를 구입하려면 6개월 정도의 상담이 필요합니다. 구입한 라이센스를 실제 제품으로 판매하는데 필요한 수속을 다 밟으려면 3~4년이 걸리구요. 시장 영역에 따라서 다르긴 하지만 출하 기간이 최고 20년이 걸리기도 합니다.

ARM의 320개 파트너 회사 중에서 절반 정도는 라이센스 비용을 내는 중이고, 나머지는 상담 중이거나 개발 중입니다. ARM 라이센스를 맺는 회사는 1년에 30~40개가 늘어나고 있습니다.

물론 라이센스를 구입한 모든 회사가 순조롭게 진도가 나가는 건 아닙니다. 약 20%의 파트너가 인수당하거나 설계를 실패합니다. 그럼 ARM은 돈을 못 받지요.

이쪽 업계는 매우 방대하지만 ARM의 총 수입은 그리 많은 편은 아닙니다. 2012년에 9.131억 달러를 벌었지요. 참고로 인텔은 작년에 533.41억 달러를 벌었고 순수익만 110.05억 달러를 찍었으며, 올해 1분기 수입은 125.8억 달러, 순수익은 20.45억 달러였습니다. 인텔의 1분기 순수익이 ARM의 2년 수익보다 더 많은 것입니다.

그럼 이번에는 라이센스 종류를 자세히 봅시다. 아까 3가지 종류의 라이센스 방식이 있다고 했지만, 그건 기술적으로 나눈 거고, 라이센스를 받는 대상과 용도에 따라서 제법 다양한 분류가 가능합니다.

학술용: 사실상 무료입니다. 물론 학교나 연구 기관에서만 가능하지요.

디자인 스타트: 자본이 많지 않고 경험이 별로 없는 회사가 ARM IP를 저렴하게 습득하도록 해주는 라이센스입니다. 디자인 스타트나 학술용으로 얻은 라이센스는 칩의 판매가 안되고 내부 연구용으로만 쓸 수 있습니다.

특정 용도 라이센스: 만약 딱 한가지 영역에만 ARM 기술을 쓰고 싶다면 이걸 고르면 됩니다. Cortex-A 시리즈의 특정 용도 라이센스는 현재 백만 달러 정도며 로열티는 칩 한개당 2% 정도입니다. 이 방식은 이제 막 창업하는 회사에 알맞습니다. 목표가 특정 항목으로 정해져 있을 테니까요.

다용도 라이센스: 대형 기업에 알맞으며 여러 제품에 쓸 수 있습니다. 라이센스는 당연히 비싸지요. 하지만 일정 기간 안에-예를 들면 3년- 라이센스 기술을 구입해서 여러 칩에 설계를 적용할 수 있습니다. 어떤 제품이든 내놓을 수 있지요. 그러나 기한이 지난 다음에는 새 설계를 적용할 수 없고 수속료를 내야 합니다.

평생 다용도 라이센스: 이 라이센스를 구입하면 평생...은 아니고 10~20년 정도 쓸 수 있습니다. 공업용은 일반 컨슈머보다 더 깁니다.

구입 라이센스: 대형 기업은 ARM의 제품 기술을 구입해서 몇년 동안 계속해서 쓸 수 있습니다. 그럼 내부에서 거리낄 것 없이 연구 개발을 계속할 수 있겠지요. 물론 이 라이센스는 가격도 비쌉니다. 몇천만 달러 정도는 생각해야 합니다.

아키텍처 라이센스: 이거 앞에서 말했지요. 퀄컴, 애플, 마벨이 이런 라이센스를 쓰며, 현재 15개 회사밖에 없습니다.

그 밖에, ARM이 차세대 프로세서 IP를 개발할 때마다, 최대 3개 정도의 파트너를 찾아 밀접한 관계를 유지합니다. 이렇게 해서 순조롭게 개발이 진행되도록 하지요.

여기에 꼽힌 운 좋은 회사들은 ARM의 새로운 설계를 보다 일찍 쓸 수 있습니다. 따라서 신제품 연구 개발에서 조도적인 위치를 차지할 수 있지요. 하지만 ARM을 도와서 테스트를 하고 피드백도 제출해야 합니다.

그럼 ARM의 시장 점유율을 봅시다. 2012년에 ARM 라이센스를 받은 프로세서는 전세계에 87억 개가 판매됐습니다. 이 많은 침들이 다 어디로 간 것일까요? 평범한 소비자들 입장에서 본다면 스마트폰과 태블릿 안에 제일 많이 들어갔습니다. ARM은 이 부분에서 점유율이 매우 높습니다. 90% 이상이죠. 하지만 실제로는 대량의 ARM 프로세서를 기업과 디지털 가전, 산업용 임베디드 등의 영역에서 구입해 갑니다.

여기서 주의해야 할 것은 ARM 프로세서 아키텍처가 넓고 적용 범위 역시 매우 넓다는 것입니다. 핸드폰 한 대에 ARM 칩 하나만 들어가는 게 아닙니다. 프로세서, 기저대역 등 여러 부분에 ARM 아키텍처가 들어가지요.

구체적인 건 아래 표를 보세요. 2012년의 출하량, 한 대당 들어간 칩의 평균 갯수, 전체 칩 판매량, ARM 칩 판매량, ARM의 비율이 나와 있습니다.

스마트폰은 작년에 7.3억 대가 팔렸고, 22억 개의 ARM 칩을 썼습니다. 단일 종류의 제품 중에선 제일 많지요. 피처폰도 만만치 않습니다. 4.6억 대를 팔았는데 11억 개의 ARM 칩을 썼고, ARM의 점유율이 95%에 달합니다.

다른 ARM의 분포와 점유율을 보면 로우엔드 보이스가 7억 개로 95%, 포터블 미디어 플레이어-PMP가 2.2억 개로 90%, 모바일 컴퓨팅(넷북, 태블릿, 노트북)이 1.6억 개로 40%, 디지털 카메라가 1.8억 개로 80%, 디지털 TV와 셋탑 박스가 2.9억 개로 45%, 네트워크 기기가 4.2억 개로 35%, 프린터가 8500만 개로 70%, 하드디스크와 SSD가 6.2억 개로 90%, 자동차가 2.1억 개로 8%, 스마트카드가  7.1억 개로 13%, 마이크로 컨트롤러가 15억 개로 18%, 다른 분야가 3억 개로 15%입니다.

전체적으로 보면 ARM의 점유율은 32%. 지난 몇 년동안 3~4%씩 꾸준히 오르고 있습니다. 2007년만 해도 17%밖에 안 됐어요.

ARM은 스마트폰, 모바일 컴퓨팅, 디지털 TV와 셋탑박스, 네트워킹, 마이크로 컨트롤러가 앞으로 발전 가능성이 큰 중요 영역이라 보고 있습니다. 년 성장률을 25%를 잡고 2017년에는 각각 68억 개, 8.5억 개, 20억 개, 17억 개, 114억 개를 판매할 것으로 예측하고 있습니다.

또 ARM은 피처폰이 앞으로 4년 안에 사라지고, 데스크탑과 서버까지 ARM이 발을 뻗칠 것으로 보고 있습니다. 5년 후엔 이쪽 분야에서 2억 개를 판매할 것으로 예측하네요.

5년 후에 ARM 칩의 1년 판매량은 410억 개에 달할 것입니다. 작년 판매량의 5배 정도 되는 숫자지요.

다음 글에서는 ARM이 최근 발표한 몇 개의 마이크로 프로세서 아키텍처, Cortex-A12/A53/A57, big.LITTLE, Mali GPU 등에 대해서 알아볼 거라고 합니다.

원문: http://www.anandtech.com/show/7112/the-arm-diaries-part-1-how-arms-business-model-works