ARM 프로세서 (ARM Processor)

AArch64와 명령어 집합의 세대

ARM 아키텍처는 버전 번호로 세대를 구분하며, 현재 주력은 ARMv8과 ARMv9 계열이다. ARMv8에서 도입된 64비트 실행 상태인 AArch64는 레지스터를 31개의 64비트 범용 레지스터로 늘리고 명령어 체계를 새로 설계해, 이전 32비트 ARM과는 사실상 다른 아키텍처에 가깝다. ARMv9는 여기에 확장 가능한 벡터 연산(SVE2, Scalable Vector Extension 2)과 기밀 컴퓨팅(Confidential Computing) 관련 보안 기능을 더했다.

임베디드 영역에서는 Cortex-M 계열이, 모바일과 서버 같은 응용 프로세서 영역에서는 Cortex-A 계열이 쓰인다. 스마트폰 칩에서 흔히 보는 big.LITTLE 구조는 고성능 코어와 고효율 코어를 한 칩에 함께 넣고, 작업 부하에 따라 스케줄러가 적절한 코어에 일을 배분해 성능과 배터리 수명을 동시에 잡는 이기종 멀티코어 기법이다.

Apple Silicon과 서버 시장의 흐름

2020년 Apple이 M1 칩으로 Mac 제품군을 ARM 기반으로 전환한 사건은 ARM이 저전력 기기 전용이라는 인식을 깨뜨렸다. Apple Silicon은 ARM 명령어 집합의 라이선스만 받아 마이크로아키텍처를 독자 설계했고, 넓은 실행 파이프라인과 통합 메모리(Unified Memory) 구조로 높은 단일 스레드 성능과 전력 효율을 동시에 달성했다. 이후 M 시리즈는 세대를 거듭하며 고성능 노트북과 워크스테이션 시장에서 x86과 직접 경쟁하고 있다.

서버 시장에서도 AWS의 Graviton, Ampere의 Altra, NVIDIA의 Grace처럼 ARM 기반 서버 칩이 빠르게 자리를 잡았다. 클라우드 사업자 입장에서는 같은 전력으로 더 많은 코어를 돌릴 수 있어 비용 대비 성능이 좋고, 칩을 직접 설계해 자사 워크로드에 최적화할 수 있다는 점이 매력적이다. 개발자 입장에서는 CI 파이프라인과 컨테이너 이미지가 x86과 ARM 두 아키텍처를 모두 지원해야 하는 멀티 아키텍처 빌드가 일상이 되었다는 변화가 체감되는 부분이다.

면접에서 이렇게 물어본다

• RISC와 CISC의 차이를 설명하고, ARM이 RISC 철학을 어떤 설계로 구현했는지 말해보시오.
• ARM이 모바일 기기에서 지배적인 위치를 차지한 이유를 전력 효율 관점에서 설명해보시오.
• 적재 저장 구조가 무엇이며 이 구조가 파이프라인 설계에 어떤 이점을 주는지 설명해보시오.
• Apple Silicon이나 AWS Graviton 같은 ARM 기반 칩이 x86 영역으로 확장될 수 있었던 배경을 설명해보시오.
• big.LITTLE 같은 이기종 멀티코어 구조가 해결하려는 문제는 무엇인지 말해보시오.