우리 #반모 할래? 5탄, 핵심 기능을 한 번에! ‘모바일AP’

지난 1월 12일, 삼성전자는 성능을 대폭 향상시킨 프리미엄 모바일AP(application processor) ‘엑시노스 2100’을 출시하며, 프리미엄 모바일 기기의 새로운 기준을 제시해 나가겠다고 강조했습니다. 모바일AP란 무엇이고, 어떤 역할을 하는 것일까요? 재미있게 공부하는 반도체 모임, #반모에서 알아보겠습니다.

모바일AP가 없는 스마트폰은 상상할 수 없다?!

모바일AP(application processor)는 ‘스마트폰의 두뇌’라고 볼 수 있습니다. 각 신체기관에 연결돼 생각하고 명령을 내리는 인간의 뇌처럼 스마트폰의 각 기능이 모바일AP에 연결되어 있기 때문이죠.

흔히 데스크톱의 중앙처리장치(CPU)와 모바일AP를 동일한 것으로 생각하기 쉬운데요. 모바일AP는 CPU는 물론, 그래픽, 카메라, 통신 등 보다 다양한 기능들이 하나의 칩에 담겼다는 점에서 차이가 있습니다.

모바일AP에 다양한 기능이 담겨야 하는 이유

그렇다면 손톱만한 크기의 작은 칩인 모바일AP 하나에 다양한 기능이 담겨있어야 할 이유가 뭘까요? 바로 소비 전력 때문입니다.

컴퓨터를 사용하는 동안 전원이 계속 공급되던 데스크톱 시대에는 전력 소모를 줄여야 할 필요성이 없었지만, 스마트폰으로 인터넷을 하고 각종 소프트웨어를 돌리는 시대가 되면서 성능과 함께 전원 공급 없이도 오랜 시간 컴퓨팅을 할 수 있는 ‘저전력’이 중요해진 것이죠.

다시 말해, 다양한 기능들을 하나의 칩 위에 통합함으로써 전력 소모를 줄이고 제한된 스마트폰 보드에 공간을 확보해 작은 기기에서도 고성능을 구현할 수 있도록 하는 것입니다. 실제로 삼성전자 ‘엑시노스 2100’ 역시 복잡한 멀티태스킹 환경에 적합한 솔루션을 제공하기 위해 5G 모뎀 칩을 모바일AP에 통합하기도 했습니다.

이처럼 모바일AP에 많은 기능이 담길수록 제품의 경쟁력 역시 강화됩니다. 여러 기능을 통합하기 위해 더 선진화된 공정 기술을 기반으로 한 칩들이 모아지고 성능도 더 올라가기 때문이죠.

‘엑시노스 2100’으로 모바일AP 들여다보기

모바일AP의 설계 구조는 제조사마다 조금씩 다르지만, 스마트폰의 핵심 기능은 공통적으로 들어 있습니다. ‘엑시노스 2100’를 기준으로 모바일AP의 주요 기능들을 살펴볼까요?

먼저, 모바일AP에도 컴퓨터의 중앙처리장치(CPU)와 동일한 역할을 수행하는 중앙처리장치(CPU, Central Processing Unit)가 있습니다. 운영체제를 실행하고 각종 어플리케이션을 실행할 뿐만 아니라 중앙에서 모든 데이터를 처리하는 등 스마트폰의 주요 기능을 담당하죠.

5G 모뎀은 5G 네트워크와 LTE 등 다양한 통신 환경을 폭넓게 지원합니다. 프로세서 안에 모뎀 기능을 함께 넣음으로써, 따로 모뎀 칩을 사용할 때와 비교해 칩 면적을 줄이고 전력 효율을 높인 것이 특징입니다.

다음으로 그래픽처리장치(GPU, Graphics Processing Unit), 이미지 처리 장치(ISP, Image Signal Processor), 디스플레이(Display)와 멀티미디어(Multimedia) 블록들은 이미지, 영상과 관련된 역할을 수행하는데요.

‘GPU’는 3D 게임, 그래픽 사용자 인터페이스(UI, User Interface) 등의 그래픽 데이터를 처리하고, ‘Camera’ 영역은 스마트폰 카메라 이미지센서에서 온 빛의 정보를 사진이나 동영상으로 만들어주는 역할을 합니다. ‘Video’ 블록은 영상을 인코딩 또는 디코딩하여 녹화, 압축 또는 재생하는 역할을 하며, ‘Audio’ 블록은 입력, 출력되는 오디오 신호를 처리합니다. 마지막으로 ‘Display’ 블록은 모바일 기기의 화면 또는 TV, 모니터 등 외부 화면에 이미지와 영상 신호를 송출합니다.

한편, 모바일AP에는 인공지능 및 딥러닝에 최적화되어 있는 신경망처리장치(NPU)와 디지털신호처리장치(DSP, Digital Signal Processor)도 내재돼 있습니다. 이들은 빠르고 효율적인 온디바이스(On-device) AI를 위해 활용하는데요. 얼굴, 사물 인식이나 목소리 인식 등이 가능한 것도 NPU 와 DSP 덕분입니다.

이 외에도 개인 정보, 보안과 관련된 데이터를 처리하는 시큐리티(Security) 블록과 저장장치, 센서, 디스플레이, 커넥티비티(와이파이) 등의 기능과 프로세서의 연결을 돕는 인터페이스(Interface) 블록 등이 모바일AP 안에 들어가 있습니다.

이 다양한 기능들이 어떤 일을 수행하는지, 카메라 앱을 사용할 때를 예로 들어보겠습니다. 화면에서 카메라 앱을 터치하면 CPU가 앱을 구동 시킵니다. 이미지센서를 통해 들어온 정보는 NPU가 해석하여 어떤 사물인지 판단하며, 이를 토대로 ISP(Camera)는 사물 또는 환경에 맞는 최적의 셋팅으로 고품질의 이미지를 구현합니다. AR 기능을 활용한다면 NPU가 사물 또는 공간을 인식하고, GPU가 실제 같은 3D 요소를 화면 안에 추가하기도 하죠. 사진을 찍는 동안에 사용하는 프리뷰 기능은 디스플레이 블록과 관련이 있는데요. 모바일AP의 디스플레이 블록에서 데이터를 계속 패널로 보내줍니다. 비디오를 찍는다면 멀티미디어 블록에 있는 코덱을 통해 스마트폰 안의 스토리지에 저장하게 됩니다. 그리고 사진이나 비디오를 SNS에 올리거나 라이브 방송을 한다면 모뎀이 데이터를 송출하게 되는 것이죠.

지금까지 만능 칩 ‘모바일AP’에 대해 살펴봤습니다. 삼성전자는 플래그십 모바일AP ‘엑시노스 2100’을 통해 우리에게 최고의 모바일 경험을 선사할 예정인데요. 앞으로도 모바일AP 시장에서 혁신을 계속해 나갈 삼성전자에 많은 관심과 기대 부탁드립니다.

관련 콘텐츠 보러가기

삼성전자, 5G 통합 프리미엄 모바일AP ‘엑시노스 2100’ 출시