Arm, 모바일용 CSS 2 공개... 말리 GPU에 신경망 가속기 통합

프레임 업스케일링·노이즈 감소 지원... C2 CPU도 최대 15% 성능 향상

영국 반도체 설계 전문기업 Arm이 8일 중국 상하이에서 진행되는 기술행사 'Arm 에브리웨어 차이나 2026'에서 프리미엄 스마트폰과 태블릿, PC 등 모바일 기기를 겨냥한 새 반도체 설계자산(IP) '모바일용 CSS 2'를 공개했다.

7일 진행된 사전 브리핑에서 크리스 버기 Arm 엣지 AI 사업부문 총괄 수석부사장(EVP)은 "과거 AI는 대부분의 작업을 클라우드에서 진행해야 했지만 앞으로는 AI가 이용자의 의중을 파악해야 한다"고 설명했다.

이어 "이런 작업을 지연시간을 단축하면서 경제적으로 수행하려면 많은 작업을 클라우드가 아닌 엣지로 배치해야 한다. 모바일용 CSS 2는 엣지에서 AI 응용프로그램을 효율적으로 구동할 수 있는 IP"라고 덧붙였다.

Arm이 8일 프리미엄 스마트폰·PC를 겨냥한 '모바일용 CSS 2'를 공개했다. (자료=Arm)

모바일용 CSS 2, C2 CPU·말리 G2 GPU로 구성

모바일용 CSS 2는 각종 연산작업을 수행하는 C2 CPU, 그리고 그래픽과 AI 가속을 처리하는 말리 G2 GPU 등 두 개 파트로 구분된다. Arm은 사전 브리핑에서 새로 탑재될 말리 G2-울트라 NX GPU 설명에 많은 부분을 할애했다.

PC GPU는 이미 AI 가속기를 활용해 업스케일링과 프레임 생성에 활용해 왔다. 반면 Arm 계열 시스템반도체(SoC) 제조사는 그간 GPU에 조명효과를 처리하는 레이트레이싱 기술만 구현해 왔다.

작년 9월 공개된 루멕스 CSS에 포함된 말리 G1 울트라 GPU. 레이트레이싱 성능을 전세대 대비 2배 높였다. (사진=지디넷코리아)

과거 데스크톱용 GPU에서만 가능했던 기능을 모바일에서도 저전력으로 구현했다는 점에서는 여전히 의미가 있다. 그러나 레이트레이싱은 게임 화면 표현력을 더하는 기술일 뿐 GPU의 연산 부담을 덜어주지는 못한다.

모바일 환경에서 AI 기반 렌더링 지원

Arm은 지난 6월 게임 스튜디오 스모 디지털과 함께 제작한 게임 '뉴럴 던' 시연을 통해 신경망 가속기를 결합한 렌더링 기술을 일부 공개하기도 했다.

Arm이 스모 디지털과 협업해 개발한 모바일 게임 '뉴럴 던' 실행 화면. (사진=Arm)

크리스 버기 총괄부사장은 "말리 G2-울트라 NX는 말리 GPU 사상 최초로 AI에 중점을 뒀다. 신경망 가속기를 GPU에 내장해 소비전력 1W 수준에서 구현했다"고 설명했다.

Arm 말리 G2-울트라 NX GPU 개요. (자료=Arm)

이어 "960×540 화소 화면을 두 배 수준인 1920×1080 화소로 끌어올리는 신경망 슈퍼샘플링(NSS), 초당 30프레임 화면을 두 배인 60프레임으로 높이는 신경망 프레임 업스케일링, 화면 노이즈를 줄이는 신경망 슈퍼샘플링·디노이징(NSSD) 등 기술을 지원한다"고 설명했다.

내부 처리 개선 더해 초당 프레임 수 최대 4배 향상

크리스 버기 총괄부사장은 "신경망 처리 기술과 함께 그래픽 명령어를 실행하는 '실행 엔진'도 7세대로 재설계됐고 레이트레이싱 처리 유닛도 업그레이드했다. 이를 통해 초당 프레임 수와 처리 효율은 최대 4배 높였다"고 설명했다.

말리 G2-울트라 NX와 전 세대 간 성능 비교. (자료=Arm)

이어 "게임 개발사는 과거 모바일용 게임 개발시 그래픽 수준을 최적화하느라 많은 시간을 보냈지만 이제는 게임의 스토리에 더 집중할 수 있게 됐다"고 자평했다.

말리 G2-울트라 NX의 신경망 렌더링은 언리얼엔진5와 유니티 등 상용 게임 엔진에서 지원될 예정이다. (자료=Arm)

말리 G2-울트라 NX의 신경망 렌더링은 언리얼엔진5와 유니티 등 상용 게임 엔진에서 지원될 예정이다. 크리스 버기 총괄부사장은 "이는 시작에 불과하며 더 많은 게임으로 지원을 확대해 최신 모바일 게임에서 유용성을 확인할 수 있을 것"이라고 말했다.

C2 울트라 CPU, 단일코어 성능 최대 15% 향상

모바일용 CSS 2의 CPU는 최고 성능을 내는 C2 울트라 CPU, 전력 효율에 중점을 둔 C2 프로 CPU 등 총 두 종류를 포함한 'C2 CPU 클러스터'로 묶인다.

Arm C2-울트라 CPU 개요. (자료=Arm)

C2 CPU도 이전 세대와 마찬가지로 AI 연산에 주로 쓰이는 행렬 곱셈 등 연산을 처리하기 위한 SME2 명령어 처리를 지원한다.

크리스 버기 총괄부사장은 "C2 울트라 CPU는 전작 대비 단일코어 처리 성능을 최대 15%, 다중작업 성능을 최대 12% 높여 에이전틱 AI가 요구하는 성능 향상에 부합했다"고 밝혔다.

C2 울트라 CPU와 전 세대 제품 간 AI 연산 소요 시간 비교. (자료=Arm)

이어 "'결혼기념일 저녁 식사를 계획하고 예약하라'는 작업을 C1 울트라 CPU 2개(듀얼코어) 처리시 1.8초가 걸렸다면 C2 울트라 CPU 2개는 이를 1.6초에 처리한다. 여기에 SME2까지 적용할 경우 처리 시간은 1.4초 가량으로 더 확실한 체감 속도 향상이 이뤄질 것"이라고 설명했다.

크리스 버기 총괄부사장은 "구글플레이에 등록된 AI 앱의 95%는 CPU를 주로 활용한다. SME2 생태계는 지속 확장 예정이며 이 과정에서 성능 향상에 큰 도움을 줄 것"이라고 설명했다.

"말리 G2-울트라 NX, 실제 AI 성능은 20 TOPS 수렴할 것"

모바일용 CSS 2는 전 세대와 마찬가지로 NPU는 포함하지 않았다. 그러나 GPU의 신경망 처리 기능 추가로 AI 처리 성능을 크게 향상시켰다. 자체 개발 NPU를 추가하거나 외부 NPU IP를 추가하는 것은 파트너사의 몫이다.

제임스 맥니븐 Arm 엣지 AI 사업부문 클라이언트 컴퓨팅 부사장은 "C2 CPU 클러스터의 AI 연산 성능은 SME2 활용을 가정하면 약 5~7 TOPS이며 말리 G2-울트라 NX의 AI 성능은 이론적으로는 최대 50 TOPS 급도 구현 가능하다"고 설명했다.

이어 "말리 G2-울트라 NX GPU의 실제 AI 처리 성능은 실제 SoC를 설계하는 파트너사의 목적이나 역량에 따라 달라질 것이다. 실제로는 약 10~20 TOPS 가량이 될 것"이라고 설명했다.

모바일용 CSS 2는 대만 TSMC의 2나노급 공정인 N2에 최적화됐다. 이를 활용한 모바일용 SoC는 내년부터 주요 파트너사를 통해 시장에 공급될 전망이다.