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Apple의 최신 M4 칩: 성능 비교와 주요 변화 분석

일일 보고서 2024. 6. 4.
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목차

  1. 도입부
  2. M4 칩의 도입 배경
  3. M3 vs M4: 하드웨어 차이점
  4. M4 칩의 성능과 기능 혁신
  5. M4 칩 적용 제품별 성능 평가
  6. 미래를 향한 기대
  7. 용어집
  8. 결론
  9. 출처 문서

1. 도입부

  • 이 리포트는 Apple의 최신 M4 칩과 그 전작 M3 칩의 성능과 구조적 차이를 비교 분석합니다. 또한 M4 칩이 탑재된 iPad Pro의 다양한 모델별 성능 차이를 상세히 설명합니다.

2. M4 칩의 도입 배경

  • 2-1. M4 칩의 소개 및 출시 배경

  • Apple은 2024년 5월 M4 칩을 발표하였습니다. M4 칩은 Apple 실리콘의 강력하고 에너지 효율적인 성능을 한층 더 발전시킨 시스템 온 칩(SoC)입니다. Apple의 하드웨어 기술 담당 수석 부사장인 Johny Srouji는 'M4는 iPad Pro의 얇은 디자인과 획기적인 디스플레이를 가능하게 하며, CPU, GPU, Neural Engine 및 메모리 시스템의 근본적인 개선을 통해 AI를 활용한 최신 애플리케이션에 매우 적합하다'라고 말했습니다. M4는 Ultra Retina XDR 디스플레이의 정밀도, 색 정확성, 밝기 균일성을 가능하게 하는 새로운 디스플레이 엔진을 특징으로 하며, 새로운 CPU는 이전 M2에 비해 최대 1.5배 빠른 성능을 제공합니다. 또한, 10코어 GPU는 고사양 프로 앱과 게임에서 최대 4배 빠른 렌더링 성능을 제공하며, Neural Engine은 38조 작업을 초당 수행할 수 있어 기존 A11 Bionic의 Neural Engine에 비해 60배 빠른 성능을 보여줍니다.

  • 2-2. M4 칩이 처음으로 iPad Pro에 탑재된 이유

  • M4 칩은 iPad Pro의 새로운 모델에 처음으로 탑재되었습니다. 이는 iPad Pro가 고성능을 요구하는 애플리케이션과 게임 실행 시 최대 성능을 발휘할 수 있도록 하기 위한 것입니다. M4는 CPU의 성능 코어와 효율성 코어가 각각 4개와 6개로 구성되어 있으며, 이는 이전 세대 M3 칩에 비해 효율적인 멀티태스킹과 전력 소비 최적화가 가능합니다. 또한, M4의 최신 Neural Engine과 ML 가속기들은 AI 기반 작업을 더욱 신속하고 효율적으로 처리할 수 있게 해줍니다. 이와 같은 성능 향상 덕분에 iPad Pro는 복잡한 음악 파일 편집, 4K 영상 편집 등의 고사양 작업을 매끄럽게 수행할 수 있습니다.

3. M3 vs M4: 하드웨어 차이점

  • 3-1. M4와 M3 칩의 코어 구성 비교

  • M3 칩은 4개의 성능 코어와 4개의 효율 코어로 구성된 8코어 CPU를 탑재하고 있습니다. 여기에 8코어 또는 10코어의 GPU와 16코어의 Neural Engine이 추가 됩니다. 반면, M4 칩은 9코어 또는 10코어 CPU를 가지고 있으며, 이는 3개 또는 4개의 성능 코어와 6개의 효율 코어로 구성됩니다. 또한, 10코어 GPU와 동일하게 16코어의 Neural Engine을 포함하고 있습니다. 이로 인해 약간의 성능 향상이 있지만, 전반적으로는 미미한 변화입니다.

  • 3-2. M3와 M4의 제작 공정 기술

  • M3와 M4는 모두 3nm 제조 공정을 사용하여 제작되었습니다. 이는 이전 세대의 5nm 공정에서 3nm로 이동하면서 성능과 효율성 면에서 큰 개선을 이루었던 점에서 기인합니다. M4는 3nm의 두 번째 세대로, 이를 통해 소폭의 효율성 및 출력 향상이 있었습니다.

  • 3-3. 메모리 대역폭과 트랜지스터 수 비교

  • M3 칩은 250억 개의 트랜지스터와 100Gbps의 메모리 대역폭을 갖추고 있습니다. 이에 반해, M4 칩은 280억 개의 트랜지스터와 120Gbps의 메모리 대역폭을 자랑하여 전반적인 성능과 처리 속도에서 우위를 점하고 있습니다. 또한, M4에는 OLED 디스플레이를 처리하기 위한 전용 디스플레이 엔진이 새롭게 추가되었습니다.

4. M4 칩의 성능과 기능 혁신

  • 4-1. M4의 CPU 및 GPU 성능 향상

  • M4 칩은 M3 칩에 비해 몇 가지 주요 개선 사항이 있습니다. CPU는 M3의 8코어에서 M4는 9코어 또는 10코어로 증가하였으며, GPU는 최대 10코어를 가집니다. 이는 M3의 8코어 또는 10코어 GPU에 비해 향상된 것입니다. 특히, M4 칩의 CPU는 최대 1.5배 더 빠른 성능을 제공합니다. 이는 복잡한 오케스트라 음악 파일 작업이나 4K 비디오 편집 등 고성능을 요구하는 작업에서 확연히 드러납니다. 또한, M4 칩의 GPU는 동적 캐싱(Dynamic Caching)을 통해 메모리 활용을 극대화하고, 하드웨어 가속 레이 트레이싱을 지원하여 현실감 넘치는 그림자와 반사를 구현할 수 있습니다.

  • 4-2. Neural Engine의 성능 비교 (M2, M3, M4)

  • M4 칩의 Neural Engine은 초당 38조 연산을 수행할 수 있으며, 이는 M2의 15.8 TOPS와 M3의 18 TOPS에 비해 크게 증가한 수치입니다. Neural Engine은 AI 및 머신 러닝 작업에서 중요한 역할을 하며, 실시간 오디오 캡션을 제공하는 라이브 캡션(Live Captions)과 영상 및 사진에서 사물을 식별하는 비주얼 룩업(Visual Look Up) 등 iPadOS 기능을 더욱 원활히 수행할 수 있게 합니다. 또한, M4 칩은 인텔리전스8(INT8) 데이터 유형에서 38 TOPS, FP16 정밀도에서 18 TOPS를 기록하여 성능과 효율성을 동시에 유지합니다.

  • 4-3. Dynamic Caching, Mesh Shading 및 하드웨어 가속 레이 트레이싱

  • M4 칩은 Dynamic Caching, Mesh Shading 및 하드웨어 가속 레이 트레이싱을 지원합니다. Dynamic Caching은 GPU 내 지역 메모리를 동적으로 할당하여 메모리 활용을 극대화하고, 성능을 크게 향상시킵니다. Mesh Shading은 그래픽 작업에서의 효율성을 향상시켜 더욱 현실감 있는 그래픽을 구현할 수 있게 합니다. 하드웨어 가속 레이 트레이싱은 게임과 그래픽적으로 풍부한 애플리케이션에서 더욱 사실적인 그림자와 반사를 제공하여 사용자 경험을 향상시킵니다. 이는 iPad Pro에서 처음 도입된 기술로, 게임 'Diablo Immortal'과 같은 그래픽적으로 풍부한 경험을 제공합니다.

5. M4 칩 적용 제품별 성능 평가

  • 5-1. iPad Pro에 탑재된 M4 칩 성능 평가

  • Apple은 최근 발표된 iPad Pro에 새롭게 M4 칩을 탑재했습니다. M4 칩은 Apple의 가장 빠른 Neural Engine을 포함하고 있으며, 초당 최대 38조의 연산을 수행할 수 있습니다. 이는 Apple이 주장하기로는 현재 AI PC의 어떤 신경처리 유닛보다 빠른 속도입니다. M4 칩의 CPU는 총 10개의 코어로 구성되어 있으며, 이 중 4개는 성능 코어, 6개는 효율 코어 입니다. 이 CPU는 이전 iPad Pro에 탑재된 M2에 비해 1.5배 빠르다고 합니다. 또한 M4 칩은 2세대 3nm 공정으로 제조되었으며, 새로운 디스플레이 엔진을 포함하여 탠덤 OLED 지원과 10Hz에서 120Hz ProMotion 지원 기능을 제공합니다.

  • 5-2. M4 칩을 탑재한 다양한 iPad Pro 모델 간 성능 차이

  • 모든 iPad Pro 모델이 동일한 M4 칩을 탑재하고 있는 것은 아닙니다. 256GB 및 512GB의 저장 용량을 갖고 있는 iPad Pro는 고성능 CPU 코어가 3개만 활성화된 버전을 사용하며 8GB의 RAM을 탑재하고 있습니다. 반면, 1TB와 2TB 모델은 4개의 고성능 CPU 코어가 모두 활성화된 버전을 사용하고 있으며, 16GB의 RAM을 자랑합니다. 이는 저장 용량에 따라 M4 칩의 CPU 성능과 RAM 용량이 달라진다는 것을 의미합니다. 모든 M4 iPad Pro 모델은 10개의 GPU 코어와 16개의 Neural Engine를 포함하고 있으며, 120GB/s의 메모리 대역폭을 제공합니다.

  • 5-3. 저렴한 모델과 고급형 모델의 M4 칩 성능 비교

  • 저렴한 모델인 256GB 및 512GB iPad Pro와 고급형 모델인 1TB 및 2TB iPad Pro 간의 성능 차이는 비교적 명확합니다. 저렴한 모델은 고성능 CPU 코어가 3개 뿐이고 8GB RAM을 탑재한 반면, 고급형 모델은 고성능 CPU 코어 4개와 16GB RAM을 갖추고 있어 더 높은 성능을 제공합니다. 이는 기본 모델이 M2 모델에 비해 성능 향상이 덜하다는 것을 의미합니다.

6. 미래를 향한 기대

  • 6-1. M4 칩의 잠재적 활용 가능성

  • Apple은 새로운 M4 칩으로 놀라운 변화를 시도하고 있습니다. 기존에는 주로 Mac에 새 Apple 실리콘이 처음 도입되었으나, 이번에는 iPad Pro에 M4 칩이 처음으로 탑재되었습니다. 이 칩은 완전히 새로운 CPU 아키텍처를 기반으로 하며, M3 칩에서 사용된 GPU에 메쉬 셰이딩 및 Apple의 특수한 Dynamic Cache 기능을 추가하여 성능을 향상시켰습니다. M4 칩 덕분에 새로운 iPad Pro는 얇고 가벼운 PC와 동일한 성능을 구사하면서도 전력 소모는 단 1/4에 불과합니다. 이는 칩이 3nm 아키텍처를 사용하기 때문입니다. Apple의 주장에 따르면, iPad Pro는 액티브 쿨링 장치가 없다는 점을 고려할 때 무척 인상적입니다. M4 칩은 10코어 CPU와 10코어 GPU를 갖추고 있습니다. CPU는 4개의 성능(P) 코어와 6개의 효율(E) 코어로 구성되어 있으며, M2 칩에 비해 50% 더 빠른 CPU 성능을 제공합니다. GPU도 매우 인상적입니다. Apple은 M2에 비해 4배의 성능 향상을 제공한다고 주장하며, 메쉬 셰이딩과 레이 트레이싱과 같은 새로운 기능을 추가했습니다. 메쉬 셰이딩과 레이 트레이싱은 게임 성능 향상에 큰 영향을 미칩니다. 이 기능들을 통해 Diablo Immortal과 같은 게임을 훨씬 높은 품질로 즐길 수 있습니다. 더욱 놀라운 것은 Apple의 Dynamic Caching입니다. 이 기능은 GPU가 작업에 필요한 메모리를 실시간으로 할당하도록 하여 남는 메모리를 다른 작업에 사용할 수 있도록 합니다. 예상대로, M4 칩의 Neural Engine도 주요 특징 중 하나로 강조되었습니다. 16코어 엔진은 38 TOPS(초당 연산 수조 회)를 제공하여 기존 Neural Engine보다 60배 더 빠른 성능을 보입니다. 이는 현재 사용할 수 있는 어느 AI PC보다도 강력합니다. 인텔과 AMD도 최신 칩에 NPUs를 포함하고 있으나, iPad Pro의 M4는 더 높은 AI 처리 능력을 자랑합니다. 이 모든 장점이 결합해 M4 칩은 Apple에 따르면 상당히 더 빠른 칩으로 거듭났습니다. 전반적으로, M4가 탑재된 iPad Pro는 원래 iPad Pro보다 10배 더 빠르며, M2 iPad Pro에 비해 ProRes RAW 스트림을 4배 더 많이 처리할 수 있습니다. 새로운 Apple 실리콘 라인업에 추가를 본다는 점은 좋지만, iPad에 처음 도입된다는 점에서 다소 놀랍습니다. 아마 곧 Apple의 연례 WWDC에서 Mac 라인업에 M4 업데이트가 있을 것으로 보입니다.

  • 6-2. Apple 실리콘의 미래 계획

  • M4 칩은 Mac 라인업 대신 iPad Pro에 처음 도입되었습니다. 이는 Apple의 실리콘이 어디까지 진화할 수 있는지 보여줍니다. 이제 iPad Pro에서도 경량 PC 수준의 성능을 누릴 수 있게 되었으며, 더 나아가 Mac 라인업에서도 M4 칩이 곧 업데이트될 가능성이 큽니다. 이와 같은 변화는 Apple이 M4 칩을 통해 실리콘 기술을 더욱 발전시키고 새로운 가능성을 탐색하려는 의지를 나타냅니다.

7. 용어집

  • 7-1. M4 칩 [기술]

  • Apple의 최신 M4 칩은 2024년 iPad Pro에 처음 탑재되었습니다. 이 칩은 최대 10개의 CPU 코어와 10개의 GPU 코어를 갖추고 있으며, Neural Engine은 38 TOPS의 성능을 자랑합니다. 3nm 공정 기술을 사용하여 전력 효율성을 크게 향상시키고, M3 칩보다 성능이 약간 개선되었습니다.

  • 7-2. Neural Engine [기술]

  • Neural Engine은 Apple 칩의 AI 및 머신 러닝 작업을 지원하는 핵심 컴포넌트입니다. M4 칩의 Neural Engine은 38 TOPS의 성능을 자랑하며, 이는 M3의 18 TOPS에 비해 두 배 이상의 성능 향상을 보여줍니다.

  • 7-3. Dynamic Caching [기술]

  • Dynamic Caching은 GPU가 실시간으로 메모리를 동적으로 할당하여 사용하지 않는 메모리를 다른 작업에 사용할 수 있게 해주는 기술입니다. 이는 M3 시리즈에 처음 도입되었고, M4 칩에서도 그대로 적용되었습니다.

8. 결론

  • M4 칩은 M3에 비해 증가된 코어 수와 성능 향상을 갖추고 있으며, 특히 Neural Engine의 성능 개선을 통해 향후 AI 기반 애플리케이션에서의 우수한 성능을 보일 것으로 기대됩니다. 이 리포트는 Apple 실리콘의 최신 성과를 검토하고, 다양한 모델과의 비교를 통해 향후 기술 발전 방향을 제시합니다.

9. 출처 문서