한국시각 2020년 6월 23일 새벽 애플의 CEO 팀쿡은 WWDC 2020에서 애플의 맥(Mac) 제품들에 ARM 기반 CPU를 사용할 것이라고 밝혔다. 팀쿡은 기조연설에서 “오늘은 Mac을 위한 역사적인 날이 될 것이다, 우리는 Apple silicon으로의 전환을 발표한다. Apple silicon은 Mac을 더욱 강력하고 다재다능하게 만들 것이며 나는 Mac의 미래에 대해 정말로 흥분된다.”라고 발언했다.

ARM, X86, PowerPC 등의 용어들은 정확히 Instruction Set Architecture (ISA)를 지칭한다. 따라서 애플 맥의 ARM CPU 전환은 ISA 전환을 의미한다. 본 포스트에서는 ISA를 간략히 설명하고 애플의 ISA전환이 가지는 의미를 설명한다.

ISA (한국어로 명령어 집합)란 Computer의 추상 모델을 지칭한다. 간단히 줄여서 Architecture, 혹은 Computer architecture라고 부르기도 한다. CPU는 ISA의 실현(Realization)이므로 ARM CPU는 ARM ISA의 실제 하드웨어 구현이다. ISA는 지원하는 명령어 집합, 명령어들의 형식, 레지스터, 메인 메모리 관리 등을 포함한다. ISA가 같은 CPU 간 Application들은 호환 가능하지만, ISA가 다른 CPU 간 Application들은 실행이 불가능하다. 따라서 ISA를 변경하는 것은 OS, Application들의 변경 또한 요구하기 때문에 매우 큰 시간과 노력이 필요한 일이다. 굳이 ISA를 변경하지 않고도 어느 정도 더 좋은 CPU를 설계하는 것이 가능하다. 그렇다면 애플은 왜 막대한 시간과 노력을 들이면서 까지 ISA를 변경한 것일까?

애플은 Mac을 매우 크게 발전시키기 위해 ARM을 선택했다. 구체적인 장점은 다음과 같다. 첫째, Mac 제품군의 생태계를 넓힐 수 있다. 그동안 Mac은 X86, X64 기반 CPU를, iPhone과 iPad는 ARM 기반 Custom SoC (System-on-Chip)를 채택했다. 따라서 iPhone, iPad용 Application들을 Mac에서 실행할 수 없었지만, 앞으로는 이들을 Mac에서 바로 실행가능하다. 둘째, Mac의 전성비(전력 당 성능 비)를 크게 향상시킬 수 있다. 애플은 iPhone과 iPad에 사용되는 ARM기반 SoC를 직접 설계해왔다. 애플 실리콘이라 불리는 이 SoC는 점점 발전하여 2018년에는 이미 인텔 i7 프로세서의 성능을 뛰어넘었다¹. 애플 실리콘 칩을 탑재한 Macbook의 배터리 시간은 약 20시간 가량이다. 20시간은 매우 인상적이고 상징적인 숫자이다. 이는 한 번 완충으로 Macbook을 하루 종일 사용할 수 있는 시간이다. 셋째, 발열을 줄여 Mac의 빈약한 쿨링 시스템을 보완할 수 있다.

빠른 개발자 지원은 애플의 이 전환이 매우 치밀하게 준비되었음을 추측케한다. 애플은 ARM 전환 발표 당일 Mac개발자들이 ARM기반의 Mac application을 제작할 수 있도록 개발도구 지원을 시작했다. macOS Big Sur 버전에서는 네이티브 컴파일러, 편집기, 디버깅 도구 등 전부가 Xcode 12로 통합된다. 또한 Universal 2 애플리케이션 바이너리를 사용하면 Apple Silicon을 적용한 새로운 Mac과 기존 Intel CPU기반 Mac에서 구동되는 단일 Application 제작이 가능하다. 애플은 “Apple 실리콘이 적용된 첫 Mac을 연말까지 출시할 예정이며 완전한 전환은 2년 이내에 완료할 계획”이라고 발표했다.

스티브 잡스에 따르면 “애플은 옳은 제품을 만들기 위해 노력한다”고 한다. ISA 전환은 매우 큰 시간과 노력이 필요한 작업인데, 애플의 이 전환은 더 나은 Mac을 만들기 위한 필연적 선택으로 보여진다. 이 전환의 첫 번째 결과물은 Apple M1 칩은 놀라운 벤치마크 결과들을 보여주고 있다. M1칩이 탑재된 Macbook들은 현재 시장에서 좋은 반응을 얻고 있다. 차기 M2 칩도 기대가 되는 이유다.

Reference

https://www.forbes.com/sites/ewanspence/2020/07/20/apple-macos-bigsur-macbook-pro-arm-intel-advantages-danger/?sh=5dc4943639f7

https://www.apple.com/kr/newsroom/2020/06/apple-announces-mac-transition-to-apple-silicon/

Blem, Emily, Jaikrishnan Menon, and Karthikeyan Sankaralingam. “Power struggles: Revisiting the RISC vs. CISC debate on contemporary ARM and x86 architectures.” 2013 IEEE 19th International Symposium on High Performance Computer Architecture (HPCA). IEEE, 2013.