[분석정보] CPU, GPU 성능이 현격한 차이로 향상된 Bay Trail

 

 

Inte은 개발 코드 네임 "Bay Trail-T"(베이 트레일 티)로 개발을 계속해온 태블릿용 SoC "Atom Z3000 '시리즈를 현재 미국 캘리포니아 주 샌프란시스코에서 개최중인 IDF에서 공식적으로 발표했다 (발표 자세한 내용은 다른 기사 참조).

　본 기사는 발표에 앞서 약간의 시간이지만 Atom Z3000 시리즈를 탑재한 레퍼런스 디자인 태블릿을 접할 기회를 얻어, 벤치 마크 결과, 그리고 이용 가치 등에 대해 전하고 싶다.

　거기에서 보여진 것은 Atom Z3000 시리즈가 경쟁사의 ARM 프로세서 보다 높은 성능을 발휘하는 것으로, 특히 내장 GPU의 성능이 기존 제품에 비해 크게 올라 태블릿  용 SoC로 강력한 제품으로 완성었다는 것이다.

 

CPU가 Silvermont로 되고, 아웃 오브 오더 형 4코어로 강화

　Bay Trail-T 일것인 Atom Z3000 시리즈는 22nm 공정 방식으로 제조되는 Atom 프로세서의 최신 제품으로, 지난해 (2012년) Intel이 Windows 8의 발표에 맞춰 출시한 Atom Z2760 (개발 코드 명 : Clover Trail) 올해 (2013 년) 2월에 Android 용으로 투입한 Atom Z2500 시리즈 (개발 코드 명 : Clover Trail +)의 후계가 되는 제품이다.

 

표1 인텔 태블릿용 아톰 사양

 

SoC 코드 네임	클로버 트레일	클로버 트레일 +	베이 트레일-T
제품명	아톰 Z2760	아톰 Z2500	아톰 Z3000
칩 코드명	클로버뷰	클로버뷰+	벨리뷰2
구성	SoC	SoC	SoC
프로세서 코어	솔트웰	솔트웰	실버몬트
프로세서 코어수 (쓰레드)	2 (4= 하이퍼쓰레딩))	2 (4 = 하이퍼쓰레딩)	4 (4)
윈도우즈 대응	O	-	O
안드로이드 대응	-	O	O
제조 공정	32나노	32나노	22나노
내장 GPU	PowerVR SGX545	PowerVR SGX544MP	인텔 HD 그래픽 4EU (Gen7)
다이렉트3D	9.3	9.3	11
메모리	LPDDR2	LPDDR2	LPDDR3
TDP	약 2W	약 2W	약 2W

　Atom Z3000은 Atom Z2760 및 Atom Z2500에서 내부 IP가 완전히 쇄신되었다. Atom Z2760/Atom Z2500은 CPU 코어 아키텍처에 Saltwell (솔트 웰, 개발 코드 명)을 채용. Saltwell는 2008년에 Intel이 초대 Atom 프로세서의 CPU 코어 디자인으로 도입한 Bonnell (본넬)의 32nm 버전으로 기본적인 설계는 계승하고 있다.

　Bonnell / Saltwell에서는 인 오더 형 명령 실행 방식을 채용. 인 오더 형은 기본적으로 CPU에 명령이 온 순서대로 실행 유닛에 보내는 구조가 단순하고 전력 절감이 용이해 진다. 그러나 그 반작용으로 명령 실행의 순서를 바꿔 효율적으로 실행하는 아웃 오브 오더 형 프로세서에 비해 성능이 낮아진다.

　이에 비해 Atom Z3000은 22nm 공정으로 제조된 새로 개발한 Silvermont (실버몬트, 개발 코드 네임) 마이크로 아키텍처가 채용되고 있다. Silvermont 대한 자세한 내용은 다른 기사 를 참조 바라고, 아웃 오브 오더 형의 명령 실행을 지원하면서 기존의 Bonnell / Saltwell보다 낮은 소비 전력을 실현하고 있다. Atom Z3000에서는 이 Silvermont 아키텍처의 CPU를 4코어 탑재하고 있다. 사실, Silvermont는 2코어 +1MB L2 캐시로  1 유닛이 되므로, 그것을 2 유닛 탑재하고 있는 것이 Bay Trail-T (하위 모델 제외)이다. Silvermont는 SMT (동시 멀티 스레딩 소위 Hyper Threading 기술)에는 대응하고 있지 않기 때문에, CPU 코어와 논리 코어 수가 동수이다.

　메인 메모리도 Atom Z3000의 개선 사항 중 하나다. Atom Z2760/2500 시리즈는 메모리로 LPDDR2이 이용되고 있었다. LPDDR2는 대기시의 소비 전력을 억제한 모바일 용 DRAM으로 스마트 폰 등에서 일반적으로 이용되고 있다. LPDDR2는 확실히 대기 전력이 낮지만, DDR3에 비해 가격이 다소 높고, 그것이 시스템 가격을 끌어 올리는 결과가 있었다.

　한편 Atom Z3000은 LPDDR2의 DDR3 버전인 LPDDR3 (데이터 전송 속도는 1,066 MT / sec) 이외에 일반 DDR3L (1.35V의 저전압 DDR3 데이터 전송 속도는 1,366 MT / sec)의 RS 버전 (DDR3L-RS라는 대기 전력을 DDR3보다 더 삭감한 버전 LPDDR3보다 저렴)도 지원하고 있다. 이것은 OEM 업체에 자유도를 주게된다. 배터리 구동 시간이 중시되는 제품은 LPDDR3을 채용하고 비용이 중시되는 저가 제품 용으로는 DDR3L을 선택하는 것이 가능하게 되는 것이다.

　또한 사용 가능한 메모리는 SKU에 따라 달라, LPDDR3를 듀얼 채널 내지는 단일 채널 구성에서 지원하고 DDR3L-RS는 싱글 채널만 지원되고 있다.

 

 

Intel Atom Z3000 시리즈의 아키텍처를 설명하는 슬라이드

 

 

Atom Z3000 시리즈의 블록 다이어그램

 

 

Ivy Bridge와 같은 Intel HD Graphics를 탑재, 초 고해상도 대응

　그리고 Atom Z3000의 또 하나의 큰 특징은 내장 GPU가 Atom Z2760/Atom Z2500에 채용된 Imagination Technologies의 "PowerVR SGX5"(Atom Z2760이 SGX545, Atom Z2500이 SGX544MP)에서 자사 설계의 Intel HD Graphics (소위 Intel GMA) 7 세대로 변경되는 것이다.

　지금까지 Intel은 스마트 폰이나 태블릿을 위한 Atom SoC에 일관되게 Imagination Technologies의 PowerVR 시리즈를 채용해 왔다. 이것은 PowerVR이 전력 효율에 초점을 맞춘 디자인이며, 전력당 성능이 높다고 평가되어 왔기 때문이다. PowerVR는 TBRD (Tile Based Deferred Rendering) 라고 하는 렌더링 방식을 채용하고 있어, 스크린을 바둑판 식으로 분할하여 렌더링 하는 방식으로 Z 버퍼를 사용하지 않고 물체의 렌더링을 할 수 있다. 이 구조는 메모리에 Z 버퍼를 배포하지 않아도 되기 때문에 메모리 대역을 압박하지 않는 장점이 있어 메모리 대역폭이 충분하지 않은 모바일 기기용으로는 성능과 전력 효율의 밸런스가 좋다. 한편, 고해상도 환경 등에는 별로 적합하지 않는다는 약점도 있고, 특히 Windows처럼 GPU를 이용하여 항상 화면이 그려지고 있는 OS는 성능적으로 불리한 과제를 안고 왔다.

　Atom Z3000는 이러한 약점을 보완하기 위해 Core 프로세서에 채용하고 있는 Intel HD Graphics의 렌더링 엔진을 탑재했다. 구체적으로는 인텔이 7 세대라고 부르는 3세대 Core 프로세서 (Ivy Bridge)에 내장된 GPU와 특정 부분을 제외하고 동등하게 되어 있다.

　그 한 부분이라고 하는 것은, 내장된 연산기 (EU)의 숫자로, Ivy Bridge 세대가 16내지 6이 된 반면, Atom Z3000은 4개로 되어 있다. 또한 클럭 주파수는 최대 667MHz 이다. (SKU에 따라 다름).

　연산기는 적지만, 그 이외의 부분의 기능에 관해서는 7세대 Intel HD Graphics와 동등하다. Direct3D 11 (소위 DirectX 11)과 OpenGL ES 3.0에 대응하고, GPGPU는 OpenCL 1.1에 대응, 심지어 Intel 비디오 인코더 기능인 Intel Quick Sync Video (QSV)에 대응 하고, MPEG-4 AVC의 동영상 디코딩 등의 기능도 동일하다. Core 프로세서에는 없는 특징으로 GPU와는 별도로 이미지 프로세서가 탑재되어 내장 카메라를 이용하여 정지 영상 처리 등에 대응하고 있다. 지원되는 카메라는 후면 전면 모두 최대 1,300 만 화소로 강화 됐다.(Atom Z2760은 800 만 화소까지).

　디스플레이 컨트롤러는 2 파이프 내장되어 있어 출력으로 eDP1.3, HDMI 1.4, DisplayPort 1.2에 대응. 이 중 eDP (임베디드 디스플레이 포트 DP는 외부연결 말고 패널과 연결되는 내부 연결로도 사용이 가능 합니다.)내지는 DP를 이용한 경우에는 최대 2,560 × 1,440 도트 / 60 프레임에 대응할 수 있다. Atom Z2760을 탑재한 Windows 태블릿은 대부분의 제품이 1,366 × 768에  머물고 있었지만, 그 이유 중 하나는 내장 GPU의 성능이 힘이 약하다는 사정도 있었다. 하지만 Atom Z3000 시리즈에서는 그러한 걱정도 없어진다. 실제로 후술하는 Intel의 레퍼런스 디자인 태블릿은 2,560 × 1,440 의 초 고해상도 액정을 탑재하고 있어 향후 OEM 메이커로 부터도 그러한 제품이 등장 할 것으로 예상 할 수있다.

　또한 장치 드라이버에 관해서는 기본적으로 3세대 Core 프로세서와 같지만, 제 3세대 / 4 세대 Core 프로세서에서 지원되지 않는 32bit OS에서 Connected Standby에 대응하고 있기 때문에 최소한 32bit 버전에 관해서는 Atom Z3000 시리즈 전용 셈이다. 2014 년 1분기에 64bit 버전 OS에서 Connected Standby에 해당하는 것을 제시하고 있으며, 그 이후는 공통화 될 가능성도 있지만, 현재로서는 명확하지 않다.

 

Atom Z3000 시리즈 그래픽스 아키텍처를 설명하는 슬라이드. 연산 유닛은 4개

 

 

Atom Z3000 시리즈 디스플레이 컨트롤러. 최대 2560 × 1440 표시에 대응

 

GPU 성능은 Haswell-GT2의 몇분의 1수준으로 향상, CPU는 크게 향상

　앞서 말한 바와 같이, 이번 발표에 앞서 실기에 손대는 기회를 얻었다. Atom Z3770 (4코어, L2 캐시 2MB, 최대 2.4GHz, LPDDR3-1066 듀얼 채널)을 탑재한 Windows 태블릿 및 Android 태블릿이다. OS 버전은 각각 Windows 8.1 Preview와 Android 4.2.2이다. LCD는 10 인치로 해상도는 2,560 × 1,440

　또한 이번 테스트는 아주 짧은 시간에 하지 않으면 안됐기 때문에, 엄밀하게 같은 환경을 만들 수 있지 않았다. 일반적으로 Windows 환경에서 3D 벤치 마크 등을 행하는 경우에는 노트 PC 인 경우에는 해상도의 불일치를 피하기 위해 외부 디스플레이를 연결하여 해상도를 맞추어 테스트를 할 필요가 있지만, 이번에는 그렇게 할수 없었다. 게다가 비교 대상으로 준비한 것은 필자가 사유물로 가지고 다니는 기기로, 복구해 신품인 환경으로 되돌려 테스트 등을 할 수 없었다. 이러한 의미에서, 어디 까지나 참고적인 수치인 것도 미리 알아야 한다.

 

Intel이 공개한 Atom Z3770을 탑재한 레퍼런스 디자인 태블릿. 2,560 × 1,440 초 고해상도 액정을 탑재한 Windows 태블릿.

 

 

이것은 Android 버전. 역시 2,560 × 1,440  액정을 탑재하고 있다

 

표 2-1 테스트 환경

 

인텔 레퍼런스 디자인	인텔 레퍼런스 디자인	후지쯔 ARROWS Tab QH55	Sony VAIO Pro 13
Atom Z3770 (윈도우즈)	Atom Z3770 (안드로이드)	Atom Z2760	코어 i5-4200U
실버몬트	실버몬트	솔트웰	하스웰
4코어	4코어	2코어 (4쓰레드)	2코어 (4쓰레드)
2.4GHz	2.4GHz	1.8GHz	1.6GHz
2GB	2GB	2GB	8GB
eMMC	eMMC	eMMC	PCIe SSD
intel HD Graphics (Gen7)	intel HD Graphics (Gen7)	PowerVR SGX545	intel HD Graphics (Gen7.5)
Windows 8.1	Androis 4.2.2	Windows 8	Windows 8

 

(울트라북 모델인 i5-4200U는 데스크탑 i5와 달리 2코어 4쓰레가 맞습니다. 4코어 아닙니다. 클럭은 1.6Ghz 터보 2.6GHz, L3캐쉬 3MB, MAX TDP 15W, HD 그래픽 4400 200MHz, 최대 그래픽 클럭 1GHz)

 

표 2-2 테스트 환경

 

Motorola Razr i	ASUS Fonepad	Sony Xperia Z1 (C6903)	Sony Xperia A (SO-04E)
Atom Z2480	Atom Z2420	Snapdragon 800 (MSM8974)	Snapdragon S4Pro (APQ8064)
Saltwell	Saltwell	Krait	Krait
1코어 (2쓰레드)	1코어 (2쓰레드)	4코어	4코어
2GHz	1.2GHz	2.1GHz	1.5GHz
1GB	1GB	2GB	2GB
eMMC	eMMC	eMMC	eMMC
PowerVR SGX540	PowerVR SGX540	Adreno 330	Adreno 320
Android 4.1.2	Android 4.1.2	Android 4.2.2	Android 4.1.2

 

　Windows 환경에서는 데스크톱 버전 3DMark11을 실행했다. 비교한 것은 Atom Z2760을 탑재한 후지쯔의 "ARROWS Tab Wi-Fi (QH55 / J)" 과 Core i5-4200U를 탑재한 소니 "VAIO Pro 13". 테스트 결과는 그래프 1 ~ 3과 같다.

 

그래프 1 3DMark11 Ice Storm (종합)

 

 

그래프 2 3DMark11 Ice Storm (상세)

 

 

그래프 3 3DMark11 Fire Strike (상세 정보)

　3DMark에는 Direct3D 9 레벨 Ice Storm과 Direct3D 10 수준의 Cloud Gate, Direct3D 11 레벨 Fire Strike 3개의 테스트가 있지만,이 중 Ice Storm , Fire Strike 2개를 시험했다.

　결론부터 말하면, Windows 데스크톱 환경에서의 3D 성능에 관해서는, Atom Z2760에 비해 비약적으로 향상하고 있다. Ice Storm 테스트는 Atom Z2760에 비해 4.7 배의 성능 향상을 실현하고 있다. GPU의 연산 유닛 수가 20기인 GT2를 내장하고 있는 Core i5-4200U에 비해​​ 63% 정도이지만, 그래도 Atom Z2760 점수처럼 자릿수 하나가 다르지는 않다.

　또한 그래프 2 Ice Storm 세부 사항을 보면 더 재미있는 것이 보인다. GPU 렌더링 성능을 보여주는 그래픽 코어는 Core i5-4200U에 지고 있지만, 물리 (Physics Score)에 관해서는 거의 동등이 되고 있다.

　Intel GPU는 물리 연산 기능을 하드웨어에서 가지고 있는 아니기 때문에 이 결과는 CPU의 성능에 의존한다. 이것을 보는 한, Atom Z2760의 3배 가까운 물리 연산 성능을 내고 있다. 안타깝게도 이번에는 Windows 환경에서 CPU에만 테스트를 수행 할 수 밖에 없었기 때문에 대략적인 말밖에 할 수 없지만, CPU 성능도 크게 향상되었다고 말할 수 있겠다.

　또한 그래프 3 Fire Strike 테스트에 관해서는 마지막 컴바인 테스트에서 에러로 종료되지 않았기 때문에 종합 결과는 나와 있지 않지만, 그래픽 테스트에서는 역시 20유닛을 내장하고 있는 Core i5-4200U의 차이는 적지 않으나, 적어도 절반 정도의 결과는 나오고 있다. 라고 말하지만, 본격적인 Direct3D 11 게임을 하는 용도로는 꽤 어려운 것이다.

 

Qualcomm의 Snapdragon 800 (MSM8974)을 상회하는 성능을 발휘

　Android 벤치 마크에는 종합 벤치 마크 ' Mobile XPRT 2013 "," AnTuTu Benchmark "Android 버전 3DMark '라는 세 가지 테스트를 했다.

　주목하고 싶은 것은, 스마트 폰, 태블릿 시장의 선두 주자인 Qualcomm의 Snapdragon 시리즈와 비교이다. 이번에는 지난날의 IFA에서 소니가 발표한지 얼마 안된 Xperia Z1의 글로벌 버전에 탑재되는 Snapdragon 800 (MSM8974)과 일본에서는 Xperia A (도코모의 투톱 SO-04E로 판매하는 모델)에 탑재되어 있는 Snapdragon S4 Pro (APQ8064)와 비교 하​​였다.

 

 

그래프 4 MobileXPRT (성능 시험)

 

 

그래프 5 MobileXPRT / 성능 테스트 (세부) 단위 : 초 (숫자가 작은 쪽이 빠른)

 

 

그래프 6 Antutu Benchmark 4.0.1 종합 점수

 

 

그래프 7 Antutu BenchMark 4.0.1 정보

 

 

그래프 8 3DMark IceStorm Unlimited 종합 점수

 

 

그래프 9 3DMark IceStorm Unlimited (상세 정보)

　다양한 작업을 수행하고 그 반응 시간을 측정하는 Mobile XPRT 2013에서 Atom Z3770은 Snapdragon 800 (MSM8974)을 상회한다. 자세한 내용을 봐도 어떤 처리도 짧은 시간에 끝나고 있고. AnTuTu에서도 기본적으로는 같은 경향이지만 차이는 줄어들고있다. 주목할 것은 상세 데이터로, GPU의 3D 성능에 관해서는 Snapdragon 800 (MSM8974)이 상회하는 것이다. 이 점은 3DMark의 IceStorm Unlimited 결과에서도 확인할 수 있다. 그런 의미에서 Snapdragon 800 (MSM8974)에 내장된 Adreno 330의 성능의 높이는 주목해도 좋을 것이다.

　전체적으로, Atom Z3770이 Snapdragon 800 (MSM8974)을 상회한다. 현재 스마트 폰이나 태블릿에서 다수 채용되어, 향후에도 채용 사례가 늘어날 것으로 생각된다 Qualcomm의 하이 엔드 제품을 Atom Z3770이 상회하는 것이 분명했다.

 

고성능 태블릿의 새로운 시대를 열어가는 Atom Z3000

　이처럼, GPU의 3D 성능에 관해서는 일부 Snapdragon 800 (MSM8974)에 뒤 떨어지는 부분은 있지만, 종합 성능에서는 상회한다. 또한 Windows 환경에서도 Core 프로세서 수준까지는 가지 못하지만, 종래와 같이 (성능의 숫자) 단위가 다르다 말하던 레벨에서 개선을 도모한 것도 주목할만 하다. 3DMark의 물리 연산의 결과는 CPU에 관해서도 Core 프로세서의 듀얼 코어에 가까운 수준을 기대할 수 있다.

　이번에는 소비 전력 테스트는 못했다. 그것은 기회가 있으면 나중에 검증하고 싶지만, Intel의 주장에 의하면 적어도 Atom Z2760에 가까운 배터리 구동 시간은 실현 가능하다고 말하기 때문에, 그렇다면, 태블릿 용 SoC로 제법 기대할 수 있는 것이 된다고 말해도 좋을 것이다.

　마지막으로, Atom Z3000 시리즈는 동일한 하드웨어에서 펌웨어등을 변경하는 정도로 Windows와 Android를 모두 구동 할 수있다. 이것은 OS 제조업체에게 디자인 상의 자유도를 얻는다는 의미에서 크고, 어느 시장에는 Android 버전을 출시, 다른 시장에는 Windows 버전을 출시하는 것도 가능하다. 그런 의미에서 태블릿의 처리 능력을 1 단계 위로 끌어 올려 더욱 많은 선택을 시장에 가져 오는 존재로, 최종 사용자에게도 환영 받게 되는 좋은 제품인 것은 아닐까?

 

 

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