M3, M3 프로, M3 맥스…각자 개성 애플 M3 시리즈 프로세서 [고든 정의 TECH+]

애플이 M3, M3 프로, M 맥스와 함께 신형 맥북과 아이맥을 공개했습니다. 신형 M3 시리즈 프로세서는 3nm 공정을 도입해 전력 소모를 줄이고 성능을 높였습니다. 다만 세부적으로 보면 성능 향상만 전부가 아니라는 점을 알 수 있습니다.

가장 기본형이고 아마 앞으로 아이패드에도 들어갈 주력 프로세서인 M3의 경우 4개의 고성능 코어와 4개의 고효율 코어를 지닌 8코어 프로세서로 CPU는 M1보다 35%, M2보다 20% 빠르다는 것이 애플의 설명입니다. 작년에 나온 프로세서보다 20% 정도 빨라졌으면 겁나게 빠르다고 하긴 어려워도 요즘처럼 프로세서 성능을 높이기 어려운 시대에는 준수한 편입니다.

새로운 10코어 GPU는 다이내믹 캐싱 기술과 하드웨어 레이 트레이싱, 메시 셰이딩 기술 등 신기술을 적용해 M1 대비 65%, M2 대비 20% 빠릅니다. 역시 M2 대비 체감할 만한 차이는 아니지만, 하드웨어 레이 트레이싱 기능이 추가되었다는 점이 주목됩니다.

사실적인 광원 효과를 통해 컴퓨터 그래픽을 더 진짜 사물에 가깝게 보이게 만드는 레이 트레이싱 기술은 너무나 많은 연산 능력을 요구해 게임처럼 빠른 반응이 필요한 분야에서는 잘 사용되지 않았습니다. 게임에서 실시간 레이 트레이싱이 본격 적용된 것은 엔비디아의 RTX 2000 시리즈가 등장한 이후로 제대로 사용하기 위해서는 고가의 최신 그래픽 카드가 필요합니다.

애플은 레이 트레이싱 기능을 모바일 기기 중심인 M3에 가져온 것인데, 실제로 이를 활용한 게임이 나올 수 있을지도 주목됩니다. 사실 아이폰 15 시리즈에 들어간 A17 프로도 메시 셰이딩과 하드웨어 레이 트레이싱을 지원해 관련 게임이 나올 수 있을지 궁금증이 모아지고 있습니다.

다만 하드웨어 레이 트레이싱도 엄청난 자원을 소모하기 때문에 M3처럼 저전력 프로세서에서 원활한 게임 구동은 쉽지 않아 보입니다. 그리고 기본적으로 아이폰과 달리 맥은 게임 기능보다는 그래픽 및 전문 작업에 특화되어 있습니다. 따라서 게임보다는 그래픽 작업에서 도움을 받을 수 있을 것입니다. M3 프로는 6개의 고성능 코어와 6개의 고효율 코어를 탑재해 M3와 비교해 CPU 부분을 50% 늘리고 GPU는 18코어로 40% 늘렸습니다. 성능 차이도 딱 그 정도일 것으로 예상할 수 있는데, 흥미로운 부분은 M2 프로보다 오히려 트랜지스터 집적도가 줄어들었다는 것입니다.

M2 프로는 5nm 공정에서 400억 개 이상의 트랜지스터를 집적한 반면 M3 프로는 370억 개로 오히려 줄어들었습니다. (사진 참조) M3가 전작보다 50억 개 늘어난 250억 개인 점을 생각하면 다소 의외의 구성입니다.

아무튼 이런 구성 때문인지 M3 프로의 CPU 성능은 M1 프로 대비 20% 높은 수준입니다. 뒤집어 말하면 M2 프로와 큰 차이가 없단 이야기입니다. 물론 M2 프로도 전력 소모를 생각하면 놀랄 만큼 빠르니 M3 프로 겁나게 빠르다고 해도 잘못된 이야기는 아닙니다. 고성능 코어 8 + 저전력 코어 4개의 구성에서 고성능 코어 6 + 저전력 코어 6로 바뀌었는데도 성능이 비슷하면 사실 코어 하나의 성능은 M3 프로가 더 좋아진 것으로 볼 수 있습니다. 하지만 유독 M3 프로만 트랜지스터 집적도가 역주행하면서 성능도 제자리 걸음인 데는 이유가 있지 않을까 생각됩니다.

먼저 생각할 수 있는 이유는 반도체 칩 면적인 다이(Die) 면적 감소를 통한 원가 절감입니다. 최신 미세 공정 웨이퍼 가격은 상당히 비싸기 때문에 다이 면적이 비슷해도 가격은 올라갑니다. 하지만 트랜지스터 집적도를 낮춰 다이 크기를 줄이면 가격 인상 요인을 최대한 억제할 수 있습니다. 다만 M3나 M3 맥스의 집적도 증가를 생각하면 원가 절감만이 이유의 전부는 아닐 것입니다.

다음으로 생각할 수 있는 것은 배터리 사용 시간을 늘리고 발열을 줄이는 것입니다. M3 프로는 3nm 미세 공정에도 트랜지스터 집적도를 약간 낮췄기 때문에 M2 프로와 비교해서 전력 소모를 상당히 줄일 수 있을 것으로 예상됩니다. 신형 맥북 프로의 경우 최대 22시간의 배터리 시간을 자랑하는데, 맥북 역사상 가장 배터리 사용 시간이 길다는 이야기가 허언이 아닐 가능성이 높습니다. 구체적인 건 벤치마크 결과를 봐야 알겠지만, 성능을 대폭 올리기보다는 배터리 사용 시간과 발열을 줄여 사용자들이 쾌적하게 쓸 수 있도록 한 것으로 풀이됩니다. 하지만 M3 맥스는 플래그쉽 프로세서이고 나중에 이를 두 개 붙여 나올 것으로 예상되는 M3 울트라를 감안했는지 역대 가장 많은 트랜지스터 집적도인 920억 개의 트랜지스터를 집적했습니다. 전작인 M2 맥스의 670억 개보다 37%나 늘어난 숫자입니다. M3 맥스를 두 개 붙인 M3 울트라의 집적도는 1840억 개에 달할 것으로 보입니다.

덕분에 M3 맥스의 CPU 성능은 M1 맥스보다 80%, M2 맥스보다 50% 높으며 GPU 성능은 M1 맥스보다 50%, M2 맥스 보다 20%가 더 높습니다. 대신 일부 유닛을 제외한 컷칩이라도 발열량은 적지 않을 것으로 생각됩니다. M3 맥스를 탑재한 맥북 프로의 발열 및 배터리 사용 시간도 흥미로운 궁금증 중 하나입니다.

전체적으로 요약하자면, 아이패드, 맥북 에어, 아이맥, 맥북 프로에 널리 쓰이는 M3는 M2와 비교해서 적당한 수준의 트랜지스터 집적도 증가와 무난한 성능 향상을 보이고 있습니다. 제품의 포지션을 생각하면 당연한 결과라고 할 수 있습니다.

M3 프로는 성능 향상보다는 배터리 사용 시간과 발열 제어에 초점을 맞춘 것 같지만, 정확한 건 벤치마크 결과를 봐야 알 수 있습니다. M3 맥스는 현재 기술 수준에서 가장 크고 강력한 M 시리즈 프로세서로 고성능 워크스테이션 시장을 겨냥한 제품으로 볼 수 있습니다. 같은 M3 패밀리라도 제각기 목적에 따라 강약을 조절했다는 점이 이번 M3 시리즈의 특징으로 보입니다.