CPU 전쟁의 새로운 국면: ARM의 부상과 x86의 반격

CPU 전쟁의 새로운 국면: ARM의 부상과 x86의 반격

1. ARM 아키텍처 성장: 전력 효율성 중심의 설계 철학

1-1 모바일에서 메인스트림으로: ARM의 저전력 구조 변경

전력 효율성은 ARM 아키텍처가 주목받는 주요 이유입니다. 기존의 x86 아키텍처는 복잡한 명령어 세트를 기반으로 고성능 연산을 선호하도록 설계되었지만, ARM은 RISC(REDUCTION SET COMPUTER)를 기반으로 간단한 명령어만 빠르게 처리하도록 설계되었습니다. 이 구조는 저전력 고효율 모바일 환경에서 큰 장점을 제공하며, 그 결과 스마트폰, 태블릿을 포함한 거의 모든 모바일 기기에서 ARM이 사실상 표준이 되었습니다. ARM이 사용하는 파이프라인 처리 방식은 짧고 간단했으며, 전력 소비를 최소화하면서 발열을 줄일 수 있어 배터리 기반 기기에 이상적인 구조였습니다. 그러나 ARM의 영향력은 더 이상 모바일에만 국한되지 않습니다. 2020년부터 Apple은 MacBook, iMac 및 기타 데스크톱 및 노트북 라인업에서 인텔의 x86 기반 CPU를 제거하고 자체 ARM 기반 칩인 M1 시리즈를 설치했습니다. 이러한 결정은 단순한 하드웨어 변화를 넘어 CPU 시장에 상당한 지각 변동을 일으켰습니다. Apple의 M 시리즈 칩은 고성능 연산뿐만 아니라 신경 엔진을 통한 열 제어, 배터리 효율성, 머신 러닝 가속화를 통합한 시스템 온 칩(SoC) 구조로 설계되었습니다. M2와 M3로 이어지는 차세대 칩은 성능 향상뿐만 아니라 3nm 공정, 통합 GPU, Pro/Max 모델 차별화 전략을 통해 ARM SoC의 경쟁력을 확장하고 있습니다.

1-2 전력 효율성 패러다임과 ARM 산업 확장성

따라서 ARM의 전략은 단순히 CPU 아키텍처의 대안이 아니라 전력 효율성을 중심으로 한 전체 시스템 설계 철학의 전환입니다. 특히 AI 워크로드가 증가하고 사용자 디바이스에서 연산을 처리하기 위한 '온디바이스 AI'에 대한 수요가 증가함에 따라 ARM의 연산 성능(WATS)은 업계에서 점점 더 중요한 지표가 되고 있습니다. 구글 텐서 칩셋과 메타의 독점 칩 설계 시도도 ARM의 저전력 구조를 기반으로 하고 있으며, 이는 ARM이 서버 수준의 연산에서도 사용될 수 있음을 시사합니다. 또한 주목할 만한 점은 ARM이 독점 제조가 아니라 설계 라이선스를 제공하는 비즈니스 모델이라는 점입니다. 덕분에 많은 반도체 기업이 ARM IP를 기반으로 자체 전문 칩을 설계할 수 있어 다양한 시장 수요에 맞게 커스터마이징할 수 있다는 장점이 있습니다. 예를 들어, NVIDIA의 ARM 인수 시도는 AI 및 데이터 센터 부문에서 ARM 구조의 확장성을 높이 평가했습니다.

2. x86 반격: 고성능 산술 및 레거시 생태계 세력

ARM은 저전력 중심 설계 혁신으로 새로운 시장을 개척하고 있지만, 인텔과 AMD의 x86 아키텍처는 고성능 컴퓨팅이 필요한 전통적인 컴퓨팅 분야에서 여전히 확고한 입지를 유지하고 있습니다. 서버, 고성능 컴퓨팅(HPC), 게이밍 PC, 워크스테이션 등 많은 고급 환경에서 x86은 압도적인 컴퓨팅 성능과 다양한 소프트웨어 호환성 무기를 기반으로 여전히 시장 점유율의 중심에 있습니다. 특히 인텔은 12세대부터 도입된 하이브리드 아키텍처인 P코어(성능 코어)와 E코어(효율 코어)를 결합하여 X86의 고성능 이미지를 보호하면서 ARM의 에너지 효율 전략을 해결하려고 노력했습니다. 이 아키텍처는 단일 스레드 성능이 중요한 작업의 경우 고성능 코어와 멀티태스킹 및 백그라운드 프로세스의 경우 효율성 코어와 성능 및 전력 소비의 균형을 맞춥니다. 실제로 이 방법은 Windows, Linux와 같은 주요 운영 체제에서 스케줄링 최적화가 가능하기 때문에 성능 극대화와 효율성 확보라는 두 마리 토끼를 동시에 추구하는 전략이 되었습니다. AMD가 또 한 번 반격에 나섰습니다. 우리의 주력 기술인 칩렛 기반 설계는 단일 CPU를 여러 개의 소형 칩으로 분할하여 유연한 코어 배치, 공정 선택 최적화, 생산 수율 향상 등 다양한 장점을 제공합니다. 이 구조는 확장성, 열 관리, 제조 효율성을 고려할 수 있는 고성능 멀티코어 CPU로 서버 시장에서 큰 호응을 얻고 있습니다. AMD의 에픽(EPYC)과 라이젠(라이젠) 시리즈는 특히 멀티 스레드 및 가격 대비 성능(PERFORMANCE/$)에서 경쟁사 대비 강력한 우위를 점하고 있습니다. 하지만 x86이 여전히 강력한 이유는 기술적 성능 때문만은 아닙니다. 레거시 소프트웨어 생태계라는 '보이지 않는 진입 장벽'이 있습니다. 수십 년에 걸쳐 x86 아키텍처를 기반으로 구축된 수많은 상용 소프트웨어, 정부 및 기업 시스템, 산업 자동화 플랫폼 등은 특정 하드웨어 의존성을 기반으로 설계되었습니다. 예를 들어, ERP, CAD, 금융 거래 시스템, 군사, 항공 및 우주 산업 시뮬레이션 환경은 수많은 검증 및 최적화 프로세스를 통해 x86 아키텍처에 의해 안정적으로 구동되도록 구축되었습니다. 이러한 시스템을 ARM 기반으로 전환하는 것은 단순한 CPU 변경 문제가 아니라 전체 IT 인프라의 재설계이며, 이 과정에서 발생할 수 있는 잠재적 비용, 다운타임 및 호환성 문제는 기업에 상당한 위험을 초래합니다.

3. ARM 서버 PC 시장 확장 및 주요 기업 전략

ARM이 서버 및 PC 공간으로 확장할 수 있는 가장 중요한 배경은 맞춤형 칩 설계의 유연성입니다. 기존의 x86 아키텍처는 인텔과 AMD와 같은 소수의 기업에서 중앙 집중식으로 설계 및 생산되었지만, ARM은 라이선스 기반 IP 모델을 사용하여 다양한 기업이 자신의 목적과 업무량에 맞게 최적화된 칩을 설계할 수 있는 길을 열어줍니다. 이러한 구조적 유연성은 클라우드 및 엣지 환경에 최적화된 아키텍처를 직접 설계하고자 하는 하이퍼캘러 기업이나 Amazon, Google, Microsoft와 같은 글로벌 빅 테크 기업에게 매력적인 옵션으로 작용했습니다. 대표적인 예로 Amazon의 Graviton 시리즈를 들 수 있습니다. Amazon은 ARM 아키텍처를 기반으로 워크로드 전용 Graviton 프로세서를 자체 개발하여 AWS 인프라에 대규모로 적용했습니다. Graviton 2와 Graviton 3에 이은 시리즈는 고성능을 유지하면서도 x86 서버보다 훨씬 낮은 전력 소비와 높은 가격 효율성을 제공함으로써 클라우드 서비스의 **OPEX 절감에 기여합니다. 이러한 전략은 단순한 비용 절감을 넘어 워크로드별 칩 아키텍처에 대한 **맞춤형 실리콘**이라는 새로운 트렌드를 형성하고 있습니다. ARM 진영의 확장은 아마존에만 국한된 것이 아닙니다. 퀄컴은 또한 ARM 기반 고성능 SoC를 서버 시장에 다시 도입하기 위해 준비하고 있습니다. 과거 '센트릭' 프로젝트로 한동안 ARM 서버 시장에 뛰어든 퀄컴은 최근 누비아 인수를 통해 고성능 CPU 설계 역량을 강화해 ARM 서버 시장 재진입을 목표로 하고 있습니다. 퀄컴의 전략은 모바일 SoC 강자의 영역을 넘어 클라우드와 AI 운영을 중심으로 한 차세대 서버 시장을 ARM으로 선도하려는 시도로 해석됩니다. Microsoft는 또한 ARM 전략의 중요한 축을 담당하고 있습니다. "Windows on ARM" 프로젝트는 처음에는 호환성 및 성능 문제로 어려움을 겪었지만, 이제는 원격 데스크톱 for ARM, Visual Studio 및 ARM64 앱 최적화와 같은 개발 도구를 지원함으로써 빠르게 기반을 마련했습니다. Microsoft는 또한 ARM 기반 Surface 장치 라인업을 꾸준히 강화하고 있으며, 현재 클라우드 및 로컬 컴퓨팅 환경 모두에서 x86 대신 더 효율적인 대안을 제공하고 있습니다.

4. CPU 시장의 미래 구성: 공존 또는 대체?

ARM과 x86의 경쟁은 단순히 기술과 우위의 싸움이 아니라 "어떤 컴퓨팅 환경을 더 선택할 것인가"의 문제입니다. 전통적으로 x86은 고성능과 호환성을 앞세워 데스크톱과 서버 시장을 지배해 왔지만, ARM은 저전력, 고효율 설계를 통해 다양한 종류의 디바이스로 새로운 가능성을 열어가고 있습니다. 특히 사용자의 컴퓨팅 환경이 클라우드로 이동하고 AI, 엣지 컴퓨팅 등 분산 운영에 대한 수요가 증가함에 따라 향후 ARM의 확장성이 더욱 유리해질 것으로 보입니다. 하지만 전쟁은 '제로섬 게임'이 아닙니다. 이미 많은 IT 기업들이 하이브리드 전략을 채택하고 있으며, 다양한 영역에서 ARM과 x86의 결합이 강화될 것으로 예상됩니다. 고성능 컴퓨팅이 필요한 환경에서는 여전히 x86이 지배적이며 배터리 수명과 열 관리가 중요한 환경에서는 ARM이 중심이 될 것입니다. 즉, CPU 시장은 '대안'이 아닌 '다양성'으로 재편되고 있으며, 기업과 사용자 간의 선택의 폭이 다소 넓다는 것입니다.