애플은 오는 9월 아이폰 18 프로와 아이폰 울트라를 출시하며, 두 제품 모두 최신 A 시리즈 칩을 탑재할 예정이다. 최근 몇 년간의 추세와 같이, 차세대 프로세서는 두 가지로 나뉠 가능성이 높다. 풀 성능의 ‘프로’ 버전과 저가 제품용 비(非)프로 모델이다. 올 가을 출시될 모든 제품에는 프로 버전 칩이 탑재될 것으로 예상된다.

실제 성능은 직접 테스트해봐야 알 수 있지만, 지난 수년간 A 시리즈 프로세서의 역사와 성능, 최근 루머, 전반적인 업계 트렌드를 종합해 올 가을 애플 아이폰 실리콘에서 기대할 수 있는 것들을 전망할 수 있다. 물론 이 모든 것은 추론에 불과하다. 애플은 철저한 보안으로 유명하며, 제품 세부 사항은 출시 전까지 공개되지 않는 경우가 많다. 출시 이후에도 숨겨지는 세부 정보가 있다.

최초의 2nm 아이폰 칩

A19 프로는 TSMC의 첨단 3nm ‘N3E’ 공정으로 제조됐다. A17 프로가 처음으로 3nm를 대중 기기에 도입한 이후 수년간 공정 기술을 정제해온 결과다. TSMC는 현재 2nm 공정 기술 양산을 본격화하고 있으며, A20 프로는 애플의 첫 번째 2nm 제품이 될 것으로 예상된다.

새로운 제조 공정을 통해 애플과 같은 칩의 트랜지스터 밀도가 약 15% 향상되고, 성능과 전력 효율도 개선될 전망이다. 다만 실제 성능 향상폭과 전력 절감 효과는 설계 특성에 따라 달라진다.

핵심은, 새 공정 덕분에 애플이 스마트폰에 요구되는 엄격한 전력·발열 한계 안에서 더 많은 코어, 더 큰 캐시, 더 고성능 코어 설계를 구현할 수 있는 여지가 생긴다는 점이다.

한편, 아이폰 에어가 GPU 코어 하나를 비활성화한 A19 프로 버전을 탑재하듯, 루머로 언급되는 아이폰 울트라와 아이폰 에어 후속 모델에도 A20 칩의 일부 기능이 제한된 버전이 탑재될 가능성이 충분하다.

주목할 점은, 애플이 웨이퍼 레벨 멀티칩 모듈(WMCM) 패키징이라는 새로운 칩 패키징 공정을 도입할 것으로 알려졌다는 것이다. 여러 실리콘 다이를 고속으로 연결하는 새로운 방식이다. A20에서는 RAM 칩을 메인 프로세서 위에 쌓는 대신 옆에 배치하면서도 속도 손실 없이 구성할 수 있을 것으로 보인다. 메인보드에서 가로 공간을 다소 더 차지하지만, A20 본체와 RAM의 냉각 성능은 더 나아질 것으로 기대된다.

CPU 성능, 왕좌를 지키다

애플의 CPU 성능 향상세는 시간이 지나도 놀라울 정도로 꾸준하다. 싱글 코어와 멀티 코어 성능 모두 해마다 거의 선형적으로 규칙적인 증가세를 보인다. CPU 설계와 아키텍처 흐름에 익숙한 전문가라면 경이롭게 느껴질 수준이다.

애플의 연간 성능 향상이 이처럼 꾸준한 만큼, A20의 성능은 상당한 정확도로 예측이 가능하다. CPU는 다시 6코어 구성이 될 가능성이 높으며, 퍼포먼스 코어 2개와 에피시언시 코어 4개로 이뤄질 것이다. M5 출시 때 애플은 퍼포먼스 코어를 ‘수퍼 코어’로 재명명했는데, 의미 없는 마케팅 조치였다. A20 프로에도 ‘수퍼 코어’라는 명칭이 붙더라도 놀랍지 않다.

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A20 프로의 예상 싱글 코어 점수는 약 4,200점으로, 단일 고성능 코어 기준 M5와 어깨를 나란히 하는 수준이다. 인텔과 AMD의 최고 데스크톱 프로세서나 어떤 안드로이드 폰에 탑재된 프로세서보다도 훨씬 앞선 수치다. 스마트폰용 칩에서 애플은 싱글 코어 성능 면에서 경쟁 대상을 찾기 어려울 만큼 앞서 있다.

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멀티 코어 성능은 이야기가 다르다. 물론 애플 CPU도 고성능 축에 속하며, A20 프로에서는 10,000점을 돌파할 가능성이 높다. 그러나 일부 안드로이드 제품도 이 수준에 도달하고, 노트북·데스크톱용 프로세서는 대부분 이를 넘어선다. 코어 수 자체가 애플의 6코어를 크게 웃도는 탓에, 멀티 코어 성능에서 앞서는 것은 필연적이다.

지난 수년간 어떤 스마트폰에도 애플의 CPU 전반적인 성능에 필적하는 프로세서는 없었으며, A20 프로 역시 그 왕좌를 유지할 것이 확실하다.

AI와 그래픽을 위한 GPU 성능

GPU 성능은 복잡한 문제다. GPU는 물론 그래픽 렌더링에 사용되지만, 머신러닝 알고리즘 실행 같은 병렬 컴퓨팅 작업에도 활용된다. GPU 성능은 대개 칩 전체가 공유하는 메모리 대역폭에 크게 좌우된다.

애플 A 시리즈 칩의 GPU 성능 향상폭은 다소 불규칙했다. 때로는 GPU 아키텍처에 큰 변화 없이 클록 속도만 높아지거나, 캐시나 메모리 대역폭이 소폭 늘어나는 데 그쳤다. 반면 어떤 해에는 애플이 아키텍처를 대폭 개편해 효율을 높이고 새 기능을 추가하기도 했다.

올해 어떤 변화가 있을지 알 수 없지만, AI 성능에서 GPU의 중요성을 고려할 때 애플이 GPU를 최우선 과제로 삼고 있다고 볼 수 있다.

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지난해 연산 성능 향상에 초점을 맞춘 새 아키텍처를 도입하면서 애플 GPU의 컴퓨팅 성능은 큰 폭으로 올라섰다. 올해는 그만큼의 상승폭을 기대하기 어렵겠지만, 10% 이상의 향상은 충분히 가능해 보인다.

AAA 프리미엄 게임 같은 고성능 3D 그래픽 렌더링 측면에서도 지난해 A19 프로의 새 GPU 아키텍처가 큰 개선을 가져왔지만, 그 외 대부분의 해에는 향상폭이 크지 않았다.

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3D마크 솔라 베이 언리미티드 벤치마크에서 초당 50프레임 이상이면 좋은 결과다. 3년 만에 실제 그래픽 성능이 두 배 이상 향상된 수치다.

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부하가 적은 와일드 라이프 언리미티드 벤치마크에서 애플은 2년 전 초당 100프레임 문턱을 넘어섰다. 이번에 150프레임 이상을 기록한다면 3년 만에 약 65% 향상되는 셈이다.

GPU 성능만큼은 애플이 칩 설계에서 완전한 우위를 주장하기 어려운 분야다. 애플이 앞으로 GPU에 더 많은 칩 면적을 배분해 코어 수와 캐시 용량을 늘리는 방향으로 투자를 강화할지가 관전 포인트다. GPU는 로컬 AI 작업에 매우 중요하며, 이 점이 애플의 핵심 과제로 부상한 것으로 보인다. 게이머에게도 희소식이다.

뉴럴 엔진, 그 어느 때보다 중요해지다

애플은 A11이 아이폰 X와 함께 출시되면서 전용 NPU(신경망 처리 장치), 즉 뉴럴 엔진을 탑재하기 시작했다. 초기 뉴럴 엔진은 초당 6,000억 회 연산을 처리했으며, 현재 최신 칩은 35조 회 이상에 달한다. 뉴럴 엔진은 GPU와 유사하지만, 대다수 AI 및 머신러닝 모델이 요구하는 특수 행렬 연산 실행에 최적화돼 있다.

시리나 애플 인텔리전스에 국한된 이야기가 아니다. 뉴럴 엔진은 사진 촬영부터 배경 소음 없는 오디오 녹음, 이미지에서 텍스트 추출까지 아이폰 전반에 걸쳐 수십 가지 영역에 활용된다.

대형 AI 모델에 대한 관심이 높아지면서 NPU의 중요성은 어느 때보다 커졌으며, 성능이 반드시 ‘초당 수조 회 연산’ 수치와 비례하지는 않는다. 메모리 대역폭, 캐시, 특수 소형 데이터 포맷 지원 모두 NPU 성능에 큰 영향을 미친다.

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긱벤치에는 CPU, GPU, NPU에서 일반적인 머신러닝 및 AI 작업을 실행하는 별도의 AI 벤치마크가 있다. NPU 실행 결과를 보면 3년 만에 약 두 배 가까운 도약을 포함해 큰 폭의 향상이 나타난다.

애플이 NPU 강화에 적극적으로 나서고 있다는 사실은 의심의 여지가 없다. 최근 알려진 바에 따르면 A20에서 NPU가 칩 면적에서 훨씬 더 많은 비중을 차지한다고 한다. 이 정보가 사실이고 메모리 대역폭도 충분히 따라준다면, 위 차트의 전망치는 크게 달라질 수 있다. A17과 A18 사이에서 목격했던 NPU 성능 급등이 다시 펼쳐질 가능성도 있다.

RAM, N2 및 기타 부품

CPU, GPU, 뉴럴 엔진 외에도 A20 프로 패키지에는 여러 핵심 부품이 결합된다.

우선 다소 불확실한 부문인 RAM이다. LPDDR6 메모리와 그에 따른 대역폭·효율 향상을 기대하기엔 아직 이른 것 같지만, 애플은 고속 LPDDR5x 메모리와 더 넓은 메모리 버스를 채택할 가능성이 높다. 많은 핵심 기능이 높은 메모리 대역폭에 의존하고 있다.

AI 역시 대용량 RAM을 필요로 한다. 대규모 언어 모델은 용량이 크기 때문이다. A19 프로에는 12GB RAM이 탑재된 반면 일반형 A19에는 8GB에 그치며, 이미 차이가 나타나고 있다. iOS 27의 개선된 받아쓰기와 더욱 감성적인 시리 음성은 추가 RAM을 갖춘 기기에서만 지원된다. 반면, RAM 가격은 지난 1년 사이에만 5배 이상 급등해 매우 높아진 상태다.

애플은 A20 프로에 16GB RAM을 탑재하고 싶겠지만, 현재 시장 상황이 극도로 불안정한 탓에 12GB에 그칠 가능성도 배제할 수 없다.

다음은 무선 칩이다. 애플은 아이폰 16e에 자체 5G 칩(C1)을 탑재했고, 아이폰 에어에는 성능과 에너지 효율을 모두 개선한 C1X를 깜짝 공개한 바 있다. 새 아이폰에는 C1X가 탑재될 수도 있지만, 실제로는 C2 출시가 유력하다. C2는 성능을 한층 끌어올리고 일부 시장에서 밀리미터파 지원을 추가하며 배터리 수명도 더욱 개선할 것으로 예상된다. 지금까지 프로 기기에는 줄곧 퀄컴 모뎀만 탑재돼온 만큼, 올해 변화 여부가 주목된다.

애플은 자체 와이파이·블루투스 칩인 N1도 보유하고 있다. 블루투스 6과 와이파이 7을 이미 지원하는 N1을 당장 교체할 이유는 크지 않다. 당장 N2가 나올 가능성은 낮지만, 전력 효율을 높인 N1X 정도가 공개된다면 충분히 납득할만할 것이다.
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