[분석정보] 스마트폰과 비슷한 사용법을 실현하는 Intel의 S0ix구현

 

Intel은 샌프란시스코에서 개최중인 IDF의 기술 세션에서, 회사가 Windows 8 탑재 태블릿 용으로 출하를 예정하고있는 차세대 Atom "Clover Trail"의 개요를 밝혔다.

 Clover Trail의 내부 구조는 스마트폰용 SoC인 Atom Z2460 (코드네임 : Medfield 메드필드)에 상당히 비슷하며 Medfield의 ​​싱글 코어를 듀얼 코어로, 또한 Medfield에는 탑재되지 않은 LPC와 IOAPIC 등 PC 에서는 필요로 하는 기능등을 추가한 형태가 된다.

 Clover Trail의 가장 최대 특징은 S0ix라는 새로운 시스템의 상태 (이른바 S 스테이트)를 지원 하는 것. 구체적으로 S0 스테이트이면서, SoC 전체의 소비 전력을 몇 mW로 저하시키는 S0i1, 한층 몇 μW까지 저하시키는 S0i3 이라는 새로운 S 스테이트를 추가했다.

 

 Windows 8의 Connected Standby (커넥티드 스탠드바이 -> instant Go 인스턴트 고 로 이름이 나중에 바뀜) 기능과 조합해 사용하면 화면을 끈 정도의 스탠드바이 상태로, S0i1에서 보통의 S0으로 복귀가 몇 마이크로 초, S0i3에서 몇 밀리 초로 지금까지 몇 초 ~ 수십 초 단위로 시간이 걸리던 S3 (스탠드바이)와 S4 (하이버네이션)와 비교해 고속으로 복귀 할 수 있게 된다.

(S3 절전모드 : 메모리는 전원을 넣음, S4 최대 절전 모드 : 메모리의 모든 내용을 하드에 저장. 둘다 사용하던 내용을 계속 이어서 가능. 윈도우로 보면 절전모드와 최대 절전모드.)

 이것에 의해, x86 프로세서도 스탠드바이에서 복귀의 사용자 체감이 압도적 차를 내고  있던 ARM 아키텍처의 SoC를 따라잡아, 기존 x86 어플리케이션이 동작하는 과거의 자산과의 호환성을 무기로 경쟁에서 우위에 서게된다.

 

이번 IDF는 정식 발표는 보류지만 Windows 8의 공식 출시까지는 발표

 이번 Intel은 Clover Trail의 정식 발표를 하지 않았다. 이점에 관련해서 Clover Trail의 개요를 설명하는 기술 세션을 담당한 Intel 태블릿 플랫폼 마케팅 엔지니어 조셉 닐슨 씨는 "Clover Trail은 아직 발표하지 않은 제품으로, 제품의 브랜드와 어떤 SKU가 있는지, 클럭 주파수 등은 밝힐 수 없다. 그런 것은 가까운 시간에 열리는 공식 발표에서 발표 될 것 "이라고했다.

 다만 Clover Trail 자체 세션의 제목이 "Tablet Platforms with Next Generation Intel Atom Processors and Microsoft Windows 8"로 되어 있었고, Intel의 간부도 Atom 브랜드로 발표되는 것을 인정했다. 또한 독일에서 열린 IFA에서 다수의 Clover Trail 탑재 태블릿이 발표, 전시된 것은 전한대로 , 거기에 전시된 제품으로 확인한 것은, Atom Z2760 이라는 제품명으로 표시되고 클럭 주파수는 1.8GHz 였다.

 Intel에서는 Clover Trail은 Windows 8의 발표에 함께로 지금까지 설명하고 있어, 닐슨 씨가 말하는 "가까운 시간에"는 늦어도 Winodws 8의 발표까지로, 그리 멀지 않은 날로 파악하면 좋을 것이다.

 

Windows 8 태블릿용 전용 설계

 닐슨 씨가 보여준 Clover Trail의 블록도에 의하면, 그 기본적인 구조는 Medfield를 계승한 것이 된다고 한다. "우리는 Clover Trail을 Windows에서 움직이도록 설계해 왔다. 그에 따라 프로세서는 듀얼 코어로 강화하고, 각각 L2 캐시를 갖췄다. 또한 스마트 폰용 Medfield에는 탑재되지 않은 LPC와 IOAPIC 등 모듈을 추가하고, Windows 용 장치 드라이버를 마련하는 등 풀 Windows가 사용될 호환성을 유지하고 있다 "고 Clover Trail이 Windows에 대한 대응을 의식한 설계가 되어 있다는 것을 강조했다. 닐슨 씨에 따르면 "OS는 Windows 8에만 대응된다. 기존의 Windows와 Android와 같은 다른 OS 용 드라이버는 제공되지 않는다"고 말했다.

 내부 구조는 기본적으로 Medfield와 동등하며, PC로 말하면 칩셋의 노스 브릿지에 해당하는 SoC 인터커넥트에 2개의 Atom 코어 (각각 512KB L2 캐시 내장)가 연결되어 있으며, 거기에 메모리 컨트롤러, GPU , H.264 1080p의 하드웨어 인코딩 / 디코딩이 가능한 비디오 엔진, 전면 800만 화소 / 후면 200만 화소 카메라를 컨트롤 가능한 이미지 프로세싱 유닛, LVDS에도 대응 가능한 디스플레이 컨트롤러, 프로세서의 전력절약을 관리하는 파워 메니지먼트 마이크로 컨트롤러 등이 연결되어 있다.

 

  같은 형태로 사우스 브릿지에 해당하는 사우스 인터커넥트는 스마트 폰과 태블릿 등에서 필요로 하는 기능을 제공하며, SDIO, USB OTG (On The Go 스마트 폰을 PC에 연결하기위한 사양), eMMC (칩 위에 컨트롤러를 탑재한 플래시 메모리, SSD의 스마트 폰용) 컨트롤러 등이 연결되어 있다.

 다음으로 터치 / GPS / 가속기 / 자이로 / 나침반 / 광센서 등 다양한 센서에 대응하기 위해 I2C와 MIPI 등 스마트 폰용 SoC에서 일반적으로 사용되는 인터페이스가 구현되어있다. 반대로 PC 용 프로세서 에서는 일반적인 PCI Express가 없어, 소비 전력의 관점에서 바라본 것으로 생각된다. 통신 모듈 (Wi-Fi, Bluetooth 무선 WAN) 등도 PCI Express 가 아닌 USB2 컨트롤러 (xHCI)를 이용해 연결하게 된다.

 

 

Intel Clover Trail의 기본 구조

 

 

기존의 PC 용 프로세서에서 지원되지 않은 센서 등에 대한 대응이 추가

 

 

 

Clover Trail의 블록 다이어그램

 

ARM 아키텍처의 SoC와 같은 스탠드바이 복귀를 실현하는 S0ix

 Clover Trail의 가장 큰 특징은 저전력에서 Windows를 움직이는 것이다. TDP에 대해 먼저 보도 관계자를 위한 설명회에서 제시된 차세대 Atom 로드맵에서 2W로 되어 있으며, Clover Trail의 TDP도 그 정도라고 생각할 수 있다.

 다만 TDP는 어디까지나 피크시의 소비 전력이며, 실제로 중요한 것은 배터리 구동 시간의 지표가 되는 평균 전력이다. 이번 기술 세션에서는 Intel은 평균 소비 전력의 구체적 수치를 보여주지 않았지만, 평균 소비 전력을 저하시키는 구조의 구현에 대해 설명했다.

 Windows가 작동 할 때 (ACPI의 S-State에서는 S0 이라 함)는 프로세서에 부하가 걸리면 피크 전력을 소비하지만, 그것이 해결되면(작업끝) "액티브 전력"이라는 일반 전력으로 저하된다. 여기에 Windows가 아무것도 작동하지 않으면 "아이들"로 불리는 대기 전력 모드로 이행한다.

 Windows가 작동하지 않을 때는 전력을 차단하고 메모리 서스펜드 (ACPI에서는 S3라고 함) 거의 소비하지 않는 하이버네이션 (ACPI는 S4라고 함)으로 전환함으로써 더 전력을 절약하는 구조로 되어있다. 그림으로 하면 다음과 같이 되어있다.

(윈도우의 경우 제어판 전원 옵션에서 시간 설정 가능. 최대절전 모드 시간등..)

 

[그림 1] OS의 S 스테이트와 새로운 S0ix의 위치

 

 

 OS가 S0 스테이트에 있을 때, CPU 부하에 따라 C 스테이트로 불리는 동작 모드를 변경할 수 있다. 일반 작동시 C0 스테이트에서 클럭 주파수를 정지하는 C1 / C2, PLL도 끄고 캐시 내부도 클리어하고 일부전원을 끊는 C4, 캐시를 완전히 끄는 C6 등을 통해, 천천히 저전력 구동 모드로 바꿔 간다.

 이번에 Intel은 S0 스테이트의 확장을 하고, S0ix 라는 스테이트를 이 Clover Trail / Medfield와 Haswell에 추가했다. S0ix는, OS는 S0 스테이트인 채 SoC의 전력을 오프하는 부분을 늘려 S3 / S4와 다르지 않은 저소비 전력을 실현 한다 말한다. 복귀까지 시간을 수 밀리 초 ~ 수 마이크로 초로 잡아, 사용자는 서스팬드 모드 였다는 것을 알지 못하고 그대로 OS를 사용할 수 있게된다.

 구체적으로 추가되는 것은 S0i1, S0i3 두 가지 스테이트. S0i1에서는 CPU가 C6 스테이트, 메모리가 셀프 리프레시 모드, GPU나 비디오 엔진등이 파워 게이팅 모드가 되어, 몇 mW (천분의 1W)단위까지 소비 전력을 감소시킨다. 이 S0i1에서 복귀 시간이 마이크로 초 단위로 기존의 C6 수준의 복귀 시간을 실현하고 있다. 이 S0i1에서는 GPU나 비디오 엔진에 전력이 들어가 있어, 음악 및 비디오 재생 등이 가능하다.

 S0i3는 또한 CPU와 GPU, 비디오 엔진 등에 전력 공급을 완전히 오프 한다. 이에 따라 S3와 거의 다르지 않은 시스템 수준의 저소비 전력을 실현하고, SoC가 소비하는 전력은 무려 몇 μW (마이크로 와트 백만분의 1와트)라고 한다. 이 S0i3 에서의 복귀는 밀리초 단위로 시간이 걸리지만, 그래도 메모리 서스펜드 등에 비해 압도적으로 고속이다.

 지금까지 흔히 x86 프로세서는 ARM에 비해 소비 전력이 높은 것으로 이야기 됐지만, 그 최대의 근거는 아이들 때의 소비 전력이었다. ARM은 당초부터 몇 μW 였던 반면 x86 프로세서는 몇 mW 가 최소 단위였다. 그러나 Clover Trail과 Haswell에서는 S0ix을 구현하는 것으로 이 과제를 해결하게 된다.

 실제로 제품화 되는 x86 기반의 태블릿과 스마트 폰에서도, 전원 버튼을 누르는 정도로, 사용자는 바로 (밀리초 단위) Windows를 쓰기 시작하는 것이 가능하다. 바로 지금까지 스마트 폰이나 태블릿에서는 당연했던 체감이 Windows 태블릿에서도 실현되는 것이다.  이제 쓰는 관점에서 ARM과 x86의 차이는 소멸했다고 해도 과언이 아닌 것이다.

 

 

현재 PC용 프로세서도 지원되어 있는 S0 스테이트에서의 CPU의 C 스테이트의 변화

 

 

 

   Intel이 보여준 S0ix 개요. S0i3에서는 대부분 SoC의 전력이 끊긴다.

 

 

Clover Trail 액티브 때의 열 센서에서의 모습,

CPU가 발열 = 전력을 소비하고 있는 것을 알 수있다

 

 

 

CPU가 오프된 상태. GPU와 비디오는 온이기 때문에, 동영상 재생 등은 가능

 

 

 

S0i1 상태, CPU는 캐시의 일부가 유효하고,

GPU와 비디오 엔진 일부만 작동하는 것을 알 수있다

 

 

S0i3 상태. 전력 관리를 하는 엔진이 스탠드바이에서 복귀 요구를 받기 위해 유효로 있고, 이외 SoC의 전력은 끊어져 있다.

 

Clover Trail은 독특한 DRAM 적층 기판으로 제공

Intel이 내년 출시 할 Haswell에도 SoC 버전이 준비되어 있지만, Haswell의 경우 프로세서와 PCH는 각각 다른 다이로 하나의 패키지로 구성하는 MCM (Multi Chip Module) 방식으로 패키징 되어 있다. 이에 비해 Clover Trail의 "진짜"SoC로 모든 기능이 하나의 다이에 통합되어 있다.

 독특한 점은 Clover Trail의 다이가 서브 기판 상에 구성되어 제공되는 것. 이 서브 기판상에는 DRAM (LPDDR2 최대 2GB)을 패키지에 스태킹 (적층 실장)하는 인터 포저 (중간 부분)가 준비되어 있으며, DRAM을 Clover Trail의 다이 위에 적층해 구성할 수 있다. 닐슨 씨에 의하면, Intel에서 DRAM을 적층으로 구성한 상태로 제공하는 것도 가능하고, OEM 메이커 자신이 직접 구현하는 두 옵션이 준비되어 있다고 한다.

 패키지는 14x14mm로 상당히 작고 DRAM을 적측한 상태에서 메인 보드에 구성해도 토탈 높이는 배터리 보다 낮기 때문에 얇은 새시를 만드는 것도 가능하다 한다. 닐슨 씨에 따르면 8.5mm 이하의 두께를 실현하는 것도 가능하다는 것이다.

 이미 IFA 보고서에서도 설명한 대로, Windows 기반의 태블릿으로 Acer의 "ICONIA W510 ", HP의 "ENVY X2", ASUS의 "Vivo Tab", Samsung Electronics의 "ATIV", Lenovo의 "ThinkPad Tablet 2" 가 발표 / 전시 되었지만, 이번 IDF에서도 똑같이 ThinkPad Tablet 2 등이 전시되어 관람객이 만지는 상태가 되었다. 실제로 필자도 조작해 보았지만, Windows 8의 터치 UI 조작도 가볍게 할 수 있으며, Office 2013의 프리뷰의 조작도 쾌적했다.

 또 인스톨 되어 있는 Windows 8은 모두 32bit 버전의 Windows이었다. 이것은 메모리가 2GB 까지라는 스펙도 영향을 주고 있지만, 현재는 Connected Standby가 32bit 버전 Windows 8에서만 지원되기 때문이라고 전시원은 설명했다.

 

 

레퍼런스 디자인의 예

 

 

 

14x14mm 패키지

 

 

LPDDR2를 패키지에 적층하는 것이 가능

 

 

 

Intel의 레퍼런스 디자인은 10인치 패널을 이용해

8.7mm / 600g의 두께, 무게를 실현 가능하다 말한다.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Lenovo의 ThinkPad Tablet 2는 600g에 10mm 이하의 두께를 실현한 Clover Trail 태블릿. USB 포트와 HDMI 등 확장성도 특징

 

 

2012년 9월 14일 기사

 

 

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