싼 가격으로 고해상도 아이패드를 상대하는 8.9인치 킨들 파이어 HD

8.9인치 킨들 파이어 HD

아마존이 새 킨들 패밀리를 발표했습니다. 제일 큰 건 WUXGA 패널이 있는 킨들 파이어 HD의 8.9인치 버전입니다. 기존의 7인치 킨들 파이더보다 더 크고, 9.7인치 아이패드와 비슷합니다. 화면 해상도는 1920x1200로 뉴 아이패드의 2048x1536을 이길 순 없지만 풀 HD입니다.

아마존은 초대 킨들 파이어를 199달러의 싼 값으로 풀어 시장을 열었지만, 이번 8.9인치 킨들 파이어 HD도 299달러(16GB 낸드 스토리지)로 파괴력 있는 값을 갖췄습니다. LTE 버전도 499달러(32GB 낸드 스토리지)로 2가지가 있습니다. LTE는 한 달 250MB 계획으로 1년 49.99달러 약정을 씁니다. 여기에 7인치 킨들 파이어 HD(1280x800, 16GB)를 199달러, 기존의 킨들 파이어에서 CPU와 DRAM을 강화 159달러로 출시합니다.

한마디로 정리하면 킨들 파이어의 성공을 토대로 킨들 파이어의 라인업을 아이패드에 대항할 수 있는 범위까지 넓혔습니다. 지금까지의 저가형 노선 그대로 HD 해상도로 올려 아마존이 노리는 컨텐츠의 비중은 전자 서적에서 영상 컨텐츠로 많이 치우쳤습니다.

아마존의 이런 전략은 모바일 SoC와 모바일 디바이스의 큰 흐름입니다. 고해상도 패널과 여기에 맞춘 그래픽/비디오 프로세싱 강화 그대로입니다. 애플이 선도하고 업계 전체가 여기에 끌려가고 있으며, 여기에 맞춰 컨텐츠도 바뀌고 있습니다. 이 배경에 있는 건 모바일 SoC의 진화입니다.

8.9인치 킨들 파이어 HD에 들어간 TI의 새 SoC, OMAP4470

8.9인치 킨들 파이어 HD에 탑재된 모바일 SoC는 텍사스 인스트루먼트의 OMAP4470으로, OMAP4 패밀리의 최신 칩입니다. OMAP4 패밀리 중에선 4430/4460이 여러 모바일 디바이스에 쓰이고 있습니다. 초대 킨들 파이어도 OMAP4430입니다. 4470은 발전형으로 올해 상반기부터 양산이 시작됐습니다.

TI는 ARM의 차세대 CPU코어 Cortex-A15 기반 OMAP5를 Cadence와 협력해 개발해 왔습니다. OMAP5는 Cortex-A15로 높은 성능을 내며, 시장에 출시되면 싱글 스레드 성능이 Cortex-A9 기반 SoC를 압도할 수 있습니다. 그러나 28나노의 Cortex-A15 OMAP5은 양산이 늦게 됩니다. 그래서 TI는 갈수록 침해지는 모바일 시장에서 싸우기 위한 중계를 필요로 하고 있었습니다.

그것을 위한 SoC가 OMAP4470입니다. 기존 OMAP4의 기능 확장 버전으로 여전히 45나노 공정으로 양산됩니다. TI는 OMAP4470을 2011년 하반기부터 샘플 출시했으며, 양산은 OMAP5보다 6개월 빠르다고 설명했습니다. 킨들이나 아이패드 같은 대량 출시 제품의 경우 SoC도 어느 정도 스펙에 많은 양을 갖춰야 하고, 그러기 위해선 성숙한 공정이 필요합니다. 현 시점에선 OMAP4470이 타이밍을 잘 노렸다고 할 수 있습니다.

아래는 OMAP4430/60과 4470의 블럭을 비교한 것입니다. 공통된 것은 Cortex-A9 듀얼코어로, TI 독자 비디오 가속 장치인 IVA3 이미지 시그널 프로세서 탑재를 비롯해 기본적인 I/O는 같습니다.

OMAP4430/4460 블럭 다이어그램

OMAP4470 블럭 다이어그램

그러나 설계 차이도 몇 개 있습니다. CPU 코어가 최고 1.8GHz로 동작합니다. 8.9인치 킨들 파이어 HD에 들어간 것은 1.5GHz 버전입니다. 원래는 OMAP4430이 1.2GHz까지, OMAP4460이 1.5GHz까지였습니다.

GPU 코어는 Imagination Technologies의 PowerVR SGX540에서 PowerVR SGX544가 됐습니다. SGX544가 되면 싱글 GPU코어에서도 부동 소수점 연산 유닛의 수가 배로 늘어납니다. TI의 화이트 페이퍼를 보면 지금까지의 OMPA4와 비교해 OMAP4470의 트라이앵글 레이트가 1.4배, 쉐이더 퍼포먼스가 2배 늘어난다는 설명입니다. 같은 클럭에서 부동 소수점 연산 성능은 2배입니다.

그리고 OMAP4470은 전용 2D 가속기도 있고, 그래픽 부분을 통합해 표시하는 컴포지션 엔진도 하드웨어 탑재했습니다.

TI는 OMAP4470의 강화 포인트가 그래픽에 있다고 보며, 그 목적은 고해상도 지원입니다. OMAP4470은 QXGA(2048×1536)까지 해상도를 지원합니다. 7.9인치 킨들 파이어 HD의 1920x1200 역시 지원 범위에 들어갑니다.

TI의 제일 강력한 부분은 비디오 코덱 엔진

그래픽 강화는 타일링 아키텍처에서도 애플리케이션에 따라 메모리 대역 강화를 필요로 합니다. 그 때문에 TI는 OMAP4470에서 메모리 대역도 끌어 올렸습니다.

지금까지의 OMAP4는 듀얼 채널(2x32bits)의 LPDDR2 메모리 인터페이스를 갖췃지만 OMAP4470은 LPDDR2의 전송율을 933Mt/sec로 끌어 올려  최대7.5GB/sec의 메모리 대역을 실현했습니다.LPDDR2은 800Mt/sec 지원으로 시작했으나 지금은 최대 1066Mt/sec에 8.5GB/sec(2x32bits)까지 확장했습니다. LPDDR3가 보급될 때까지 연결하는 스펙 확장입니다.

저전력 메모리의 대역폭 로드맵

게다가 OMAP4470은 OMAP4 시리즈의 제일 큰 특징인 강력한 비디오 코덱 엔진 IVA3도 계승했습니다. IVA3의 IVA-HD 엔진은 풀 HD(1080P)동영상 인코드와 디코드 양쪽 모두를 지원해 폭넓은 포맷을 지원합니다. TI의 자체 설계 비디오 엔진의 제일 큰 특징은 전용 하드웨어 로직과 전용 프로세서 코어를 밀접하게 결합했다는 점에 있습니다.

방대한 종류의 동영상 포맷 표준을 커버하면서 풀 HD 코딩을 고화질로 실현하며, 코어 크기를 줄여 전력 사용량을 줄이기 때문입니다. 풀 하드와이드 솔루션은 유연한 포맷 대응이 어렵지만 풀 프로그래머블은 고성능 풀 HD 동영상을 저전력과 작은 크기로 실현하기 어렵습니다.

그 때문에 TI는 하드웨어와 소프트웨어를 주의깊게 나눠 IVA-HD라 부르는 가속기와 저전력 전용 DSP를 갖췄씁니다. 가속기는 최고 266MHz로 동작합니다. IVA-HD의 가속기군은 비동기 병렬 동작해 성능을 높이며, 외부 메모리 액세스를 줄이는 구조도 갖췄습니다.

강력한 IVA3 덕분에 OMAP4 패밀리는 저전력으로 고품질의 비디오 인코드/디코를 실현했습니다. 예를 들어 풀 HD 해상도의 H.264 HP L4.0 스트림 디코드는 불과 65~95mW의 범위로 실행할 수 있습니다. 같은 스펙의 인코드는 100~145mW입니다.

OMAP4430의 I/O

IVA-HD의 블럭 다이어그램

IVA-HD의 개요

이 외에도, 블럭 다이어그램에는 없지만 OMAP4 패밀리는 메인 CPU와 코덱 DSP 외에도 임베디드 ARM CPU 코어인 Cortex-M3 듀얼코어를 갖췄습니다. 2개의 Cortex-M3 중 한 개가 비디오와 디스플레이 컨트롤을 위한 리얼타임 OS(RTOS)를 담당하고, 다른 한쪽이 Still IMage COProcessor (SIMCOP) 컨트롤 소프트웨어 스택을 실행합니다. 전력 사용량이 많은 메인 CPU를 실행할 필요 없이 코프로세서에 미디어 태스크를 실행하게 합니다.

모바일 SoC의 종착지는 TV용 SoC의 융합?

OMAP4470의 특징은 아마존이 목표로 하는 고해상도 영상 컨텐츠를 중시하는 한편 긴 시간동안 배터리를 구동하는 디바이스라는 점입니다. 또 철저하게 낮은 가격으로 공략하는 아마존에 있어 제조 원가가 비교적 낮다는 것도 유리합니다. 아래는 OMAP4430/4460계의 다이와 다이 크기입니다. OMAP4470도 GPU 코어를 강화했지만 그 만큼 다이가 커지진 않았을 것이니 칩 자체의 제조 원가는 애플만큼 비싸진 않을 것입니다.

모바일 SoC의 다이 크기 변화

OMAP4의 다이 사진

이렇게 보면 모바일 디바이스가 빠르게 고해상도화가 진행되면서, 여기에 맞춰 모바일 SoC의 그래픽 기능과 메모리 대역 강화가 진행되고 있음을 알 수 있습니다. 킨들 파이어 HD와 OMAP4470은 그 흐름에 있는 디바이스입니다. 그럼 그 다음에는 어떤 것이 있을까요?

해상도, 특히 3D 그래픽의 균형을 잡으려면 앞으로는 GPU 코어의 강화와 메모리 대역의 확장이 더욱 더 필요해집니다. 메모리 대역은 Wide I/O 2와 LPDDR4가 있고, 앞으로도 2년 안에 새 기술을 도입해 배역이 늘어납니다. GPU 코어도 이 이상의 큰 발전은 불가피합니다. 또 TI가 실현하는 고효율 비디오 가속기 개발도 경쟁에 들어갑니다. 전용 가속기의 강화는 다크 실리콘을 커버한다는 반도체 설계의 요구에서도 필요합니다.

흥미로운 점은 모바일 SoC의 고해상도 대응이 진행될수록 그 기능이 디지털 TV용 칩 세트에 가까워진다는 것입니다. 물론 그 차이는 다양하지만 기본 기능은 비슷합니다. 그렇게 되면 모바일 SoC와 TV용 SoC의 통합을 예상할 수 있습니다. 모바일 디바이스와 디지털 TV가 같은 칩을 써 같은 OS를 돌려 같은 애플리케이션을 실행하는 것이 쉬워집니다. 구글 TV가 목표로 하는 것이 자연스럽게 디바이스 레벨에서 실현됩니다. 그 때 누가 승리할 것인지는 아직 알 수 없습니다.