[Computer Architecture] ARM 프로세서

 

ARM의 핵심은 RISC

ARM은 Adbacned RISC Machine의 약자이다.

RISC : Reduced Instruction Set Computing(줄여진 명령 집합 컴퓨팅)을 의미한다.

 

 

특성

출처: https://awesomebit.tistory.com/67

소비자와 가장 관련이 있는 특성은 칩의 물리적 설계의 마이크로 아키텍처가 아닌 논리적 구조인 명령 집합이다.

 

명령 집합은 실행될 소프트웨어, 프로그램에게 프로세서가 제공하는 기본 능력과 기능, 명령의 집합이다. 이 명령 집합이 어떤 산술/수치 계산이 사용될 수 있는지와 캐시가 어떻게 할당되어야 할지를, 그리고 명령이 어떤 순서로 실행되어야 할지를 결정한다. 프로세서, CPU의 어느 한 명령 집합을 위해 설계된 소프트웨어는 다시 수정되거나 갱신되지 않는 이상 다른 명령 집합에서는 실행될 수 없다.

 

ARM은 칩의 기본 설계 구조만 만들 뿐 기능 추가나 최적화와 같은 나머지 부분은 개별 반도체 제조사의 영역이다.

그래서 물리적 설계는 같더라도 실제 실행 가능한 명령 집합이 달라 서로 다른 칩이 되는 경우가 있다.

 

아키텍처가 논리적인 명령 집합을 물리적으로 표현한 것이기 때문에 마이크로 아키텍처와 명령 집합은 서로 떨어뜨려 놓고 생각할 수 없다.

 

즉, 실행할 수 있는 논리적 기능과 명령이 많고 복잡해 질수록 실제 물리적인 칩 구조도 크고 복잡해진다.

 

하지만 ARM은 '단순한 명령 집합을 가진 프로세서가 복잡한 것 보다 효율적'이라고 정의하는 RISC 설계를 기반으로 하고 있기 때문에 명령 집합과 구조 자체가 단순하다. 이것이 바로 ARM 기반 프로세서가 더 작고, 효율적이며 상대적으로 느린 이유다.

 

단순한 명령 집합은 적은 수의 트랜지스터만 필요로 하기 때문에 간결한 설계와 더 작은 크기를 가능하게 한다. 반도체의 기본 부품인 트랜지스터는 전원을 소비하며 *다이의 크기를 증가시키기 때문에 스마트폰이나 태블릿 PC를 위한 프로세서를 선택할 때는 가능한 적은 수의 트랜지스터를 가지는 것이 이상적이다.

 

* 다이

CPU는 실리콘의 원반, ‘웨이퍼(Wafer)’ 위에서 배열돼 제조된다. 이 웨이퍼로부터 1개 1개 조각을 잘라내어 CPU를 만들어 낸다. 이 때, 1개 1개 잘라낸 CPU의 회로를 “CPU 다이(CPU Die)”라고 부른다.

 

사용

그래서

- 명령 집합의 수가 적어

- 트랜지스터의 수가 적은

- 크기가 작고

- 전원 소모가 낮은

ARM CPU가 스마트폰, 태블릿 PC, 모바일 기기에 많이 사용되고 있다.

 

 

 

소비자에게 ARM

소비자에 있어 ARM은 '생태계'의 하나라고 생각할 수 있다. ARM을 위해 개발된 프로그램은 오직 ARM 프로세서가 탑재된 기기에서만 실행할 수 있다. (즉, x86 CPU 프로세서 기반 프로그램에서는 ARM 기반 기기에서 실행할 수 없음)

따라서 ARM에서 실행되던 프로그램을 x86 프로세서에서 실행되도록 하려면 (혹은 그 반대로) 프로그램에 수정이 가해져야만 한다.

 

하지만, 하나의 ARM 기기에 동작하는 OS는 다른 ARM 기반 기기에서도 잘 동작한다. 이러한 장점 덕분에 수많은 버전의 안드로이드가 탄생하고 있으며 또한 HP나 블랙베리의 태블릿에도 안드로이드가 탑재될 수 있는 가능성이 생기게 된 것이다.

(하지만 애플사는 iOS 소스코드를 공개하지 않고 있기 때문에 애플 기기는 불가능하다)

ARM을 만드는 기업들은 통해 전력 소모를 줄이고 성능을 높이기 위해 설계를 개선하며 노력하고 있다.

 

 

 

 

 

참고: https://sergeswin.com/611/