애플 Apple M3, M3 Pro, M3 Max 칩셋 출시

애플 Apple M3?

2023년 10월 30일 애플은 새로운 아키텍쳐 칩셋인 Apple M3, M3 Pro 및 M3 Max를 발표했습니다. 보통은 M3를 출시하고 Pro나 Max의 라인업으로 출시하는데, 이번에는 이례적으로 한번에 세가지 칩셋을 동시에 출시하였습니다. 특히나, 이번 M3를 제작하면서 업계 최고 수준의 3나노미터 공정 기술로 제작된 최초의 PC용 칩 제품군입니다. 나노공정이 작아질 수록 같은 공간에 더 많은 트랜지스터를 집적하여 속도와 효율성을 높일 수 있는 것이 특징으로 애플에서 강조하는 전성비가 한번 더 혁신적으로 발전하였습니다.

또한 애플 실리콘 아키텍처는 GPU쪽 특히, 게임 분야에서는 특출난 장점을 보이지 못했던 것이 사실입니다. 하지만 이번에 차세대 GPU를 탑재하여 GPU의 속도와 효율성이 모두 향상되었다고 합니다.

애플 Apple M1 vs M2 vs M3

애플 M3 칩셋은 크게 CPU, GPU, Neural Engine(NPU) 세 가지로 이루어져 있으며, 이 칩셋의 변화에 따라 성능의 차이가 발생하게 됩니다.

각 칩셋 및 주요성능에 대한 비교자료를 M1, M2, M3 까지 비교하여 성능차이가 어떻게 되는지 알아보도록 하겠습니다.

칩셋	M1	M2	M3
CPU	4코어 성능코어 + 4코어 효율코어 성능코어 : Firestorm 0.6~3.2GHz 효율코어 : Icestorm 0.6~2.06GHz	4코어 성능코어 + 4코어 효율코어 성능코어 : Avalanche 3.49GHz 효율코어 : Blizzard 2.42GHz	4코어 성능코어 + 4코어 효율코어 성능코어 4.05GHz 효율코어 ?GHz
GPU	Apple G13G 1,278Hz 7코어 : 112EU, 2.275 TFlops(FP32) 8코어 : 128EU, 2.6 TFlops(FP32), 82GTex/s(TMU), 41 GPix(ROP)	5세대 아키텍처 1,398Hz 8코어 : 256EU, 2,048 ALU, 2.88 TFlops 10코어 : 320EU, 2,560 ALU, 3.6 TFlops	6세대 아키텍처 ?Hz 8코어 : ? 10코어 : ?
NPU	16코어 4세대 Neural Engine 11 TOPS	16코어 5세대 Neural Engine 15.8 TOPS	16코어 6세대 Neural Engine 18 TOPS
메모리	64 bit 2 채널 (128-bit) LPDDR4X 2,133MHZ 통합메모리 메모리 대역폭 : 68.2GB/s, 4,266MT/s	64 bit 2 채널 (128-bit) LPDDR5 3,200MHZ 통합메모리 메모리 대역폭 : 102.4GB/s, 6,400MT/s	64 bit 2 채널 (128-bit) LPDDR5 3,200MHZ 통합메모리 메모리 대역폭 : 102.4GB/s, 6,400MT/s
명령어셋	ARMv8.5-A	ARMv8.6-A	ARMv?-A
생산공정	TSMC 5nm FinFET (EUV)	TSMC 5nm FinFET (EUV)	TSMC 3nm FinFET (EUV)
다이사이즈	118.91 mm2 트랜지스터 개수 16B	155.25 mm2 트랜지스터 개수 20B	? mm2 트랜지스터 개수 25B

아직 정확한 데이터가 나오지 않아서 물음표로 된 사항이 많지만, 확실히 CPU측면에서도 클럭 수가 올라가면서 성능향상이 이루어지고 있으며, NPU에서도 성능이 양상되는 것을 확인할 수 있습니다. 특히, 3나노 공정으로 만들어서인지 트랜지스터 개수가 확연히 늘어나는 것을 확인할 수 있습니다.

애플 Apple M3 칩셋 달라진 점

3nm 공정의 칩셋
3nm 공정의 칩셋은 처음으로 애플 A17프로를 시작으로, 올해 M3 GPU 아키텍처, 내년부터 미디어텍, 퀄컴, 삼성전자 등도 본격적으로 3나노 공정 기반 AP를 공급할 예정입니다. 특히 TSMC의 3 나노 공정은 기존 5나노 공정보다 속도가 10~15%, 전력 효율성은 30~35% 개선, 로직 밀도는 60% 증가했으며, 3차원 구조의 핀펫(FinFET) 방식의 기술을 사용합니다.
따라서, 항상 애플에서 강조하던 전력 대비 성능 비율인 전성비는 크게 향상될 예정으로 보입니다. 지금도 M1 Pro 칩셋의 노트북을 사용하는 입장에서 기존에 상상치도 못했던, 전원 없이 사용할 수 있는 동영상 인코더 머신이라는 측면에서 정말로 대단하다고 할 수 밖에 없었는데, 전력 효율이 더 좋아진다고 하니 기대되는 바입니다.
Dynamic Caching 기술 적용
Dynamic Caching은 2020년도에 애플에서 GPU 동적 캐싱 특허를 획득하였는데요. 기존 GPU에서는 정적 캐싱 메커니즘과 고정 메모리 공간에서 작동하기 때문에 페이지 테이블 정보를 비효율적으로 관리 및 검색하고, 특정 물리적 메모리 영역을 제대로 활용하지 못하며, 특정 워크로드에 할당된 메모리가 제한되는 문제가 발생하기도 합니다. Apple의 GPU 동적 캐싱은 다양한 작업과 워크로드의 실제 요구 사항에 따라 캐시 및 메모리 공간이 동적으로 할당되도록 합니다. 이러한 적응성은 최적화된 메모리 사용을 보장하여 메모리 리소스 낭비를 방지하고 작업에 필요한 메모리에 액세스할 수 있도록 합니다.
간단히 설명하면, 메모리 관리를 매우 효율적으로 작동하여 메모리 사용을 계속 최적화하면서 사용하는 듯한 효과를 가져다줌으로써 애플 실리콘의 아키텍처가 처음 나올때 CPU, GPU간 메모리를 공유화해서 사용함으로써 효율적으로 사용하는 방식과 비슷하게 효율을 극대화 시키는 기술중의 하나라고 할 수 있습니다.
하드웨어 가속형 레이 트레이싱 지원
레이 트레이싱은 장면과 상호작용하는 빛의 속성을 모델링하여 앱이 극도로 사실적이고 실제와 흡사한 이미지를 만들 수 있도록 지원합니다. 게임 개발자는 레이 트레이싱으로 그림자와 반사를 더욱 정밀하게 표현하여 몰입감 넘치는 환경을 연출할 수 있다고 합니다. 이는 GPU 아키텍처는 Apple 실리콘의 전력 효율을 그대로 유지하면서도 모든 개선 사항 및 기능들을 제공한다고 합니다. M3 GPU의 절반에 가까운 전력으로도 M1과 동일한 성능을 제공하며, 피크 수준에서는 최대 65% 향상된 성능을 발휘할 수 있습니다. 즉, 레이 트레이싱과 해당 기능을 지원하는 앱에서는 위에서 말한 성능을 보일 수 있다는 것을 의미합니다.
CPU 속도 및 효율 향상
M3, M3 Pro, M3 Max의 차세대 CPU는 기존 제품대비 향상된 성능 속도를 보여줍니다. 성능 코어의 처리 속도가 M1 제품군 대비 최대 30% 향상되었고, 효율 코어의 처리 속도는 M1 효율 코어 대비 최대 50% 향상 되었습니다. 두 코어의 결합으로 절반 수준의 전력으로 M1과 동일한 멀티스레드 성능을 제공하고, 피크 수준에서 최대 35% 향상된 성능을 자랑하는 CPU를 구축할 수 있습니다.
최대 128GB의 통합 메모리 아키텍처
M3 제품군의 칩에서는 최대 메모리를 128GB 지원하여, 파라미터 수가 수십억 개가 달하는 훨씬 더 방대한 트랜스포머 모델로 작업하는 AI 개발자의 사례와 같이, 이전에는 노트북에서 처리할 수 없었던 워크플로도 수행할 수 있는 정도로 강력해 졌습니다.
AI 및 영상 작업을 위한 맞춤형 엔진
M3, M3 Pro, M3 Max에서는 강력한 머신 러닝 모델을 가속화 할 수 있는 향상된 Neural Engine 이 탑재되어, Neural Engine 처리 속도가 M1 칩셋 제품군 대비 최대 60% 향상되어, AI 및 머신러닝 워크플로를 더욱 효율적으로 처리할 수 있으며, 개인정보 보호를 위해 기기에 데이터를 보관할 수 있도록 지원해줍니다. 따라서 Topaz의 노이즈 리덕션 및 초고해상도 작업 등 강력한 AI 이미지 프로세싱 툴 역시 빠르게 사용할 수 있으며, Adobe Premiere의 장면 감지 기능과 Final Cut Pro의 스마트 일치 기능 활용 중에도 해당 성능 체감을 할 수 있습니다.