Arm, 수조 개의 디바이스를 위한 맞춤형 명령어

Arm, 맞춤형 명령어 도입으로 AI·IoT·5G 시대 공략 가속화

Arm이 파트너십 기반 기술 모델의 성공을 바탕으로 ‘Arm Custom Instructions’를 새롭게 선보이며 차세대 컴퓨팅 시대를 위한 기술 혁신을 예고했습니다. 이는 파트너사의 성공을 지원하는 것이 곧 Arm의 성장으로 이어진다는 공유 성공 모델의 연장선상에 있습니다.

Arm의 CEO인 Simon Segars는 Arm TechCon 2019에서 ‘Arm Custom Instructions’ 도입을 발표했습니다. 이 기술은 기존 Armv8-M 명령어와 함께 사용자 정의 명령어를 지원함으로써, 임베디드 기기의 특정 애플리케이션 요구사항을 충족하는 맞춤형 Arm Cortex-M 프로세서 개발을 가능하게 합니다. 이를 통해 설계자들은 제품의 차별성을 높이고 성능과 효율성을 극대화할 수 있습니다.

CPU 아키텍처에서 맞춤형 명령어 자체는 새로운 개념이 아니지만, 그동안 설계 복잡성과 소프트웨어 및 도구 호환성 사이의 균형을 맞추는 것이 과제였습니다. 맞춤형 명령어는 높은 엔지니어링 비용과 소프트웨어 생태계 파편화를 야기할 수 있었기 때문입니다. Arm은 이번 ‘Arm Custom Instructions’를 통해 이러한 문제를 해결하고, 비용과 위험을 최소화하면서도 일관된 소프트웨어 생태계를 유지하는 ‘두 마리 토끼’를 잡았다고 평가합니다.

이번 맞춤형 명령어 도입의 가장 큰 동력은 AI, IoT, 5G가 융합되는 ‘컴퓨팅의 제5의 물결(Fifth Wave of Computing)’입니다. Arm은 이 세 가지 핵심 역량을 모두 활용할 수 있는 독창적인 제품을 설계자들이 만들 수 있도록 지원하는 최선의 방법을 고민했으며, 그 결과 표준화된 기능, 보안, 효율성, 세대 간 소프트웨어 호환성, 그리고 제품 목적에 따른 특정 기능 강화 능력의 조합이 필요하다는 결론에 도달했습니다. ‘Arm Custom Instructions’는 이러한 목표 달성을 위한 Arm 기술 포트폴리오의 중요한 부분이며, 다양한 기기 모델에 적용될 수 있습니다.

Arm은 과거부터 워크로드별 최적화를 기술의 핵심으로 삼아왔습니다. 이는 CPU 명령어 세트뿐만 아니라 GPU(그래픽 처리 장치) 및 NPU(신경망 처리 장치, AI 가속기)와 같은 전용 코프로세서를 통해서도 이루어졌습니다. 여러 Arm CPU 설계에 포함된 코프로세서 인터페이스는 파트너사들이 자체 가속기를 도입할 수 있도록 지원해왔습니다. 이러한 코프로세서는 CPU 외부에서 병렬 컴퓨팅 엔진으로 작동하며 다양한 사용 사례를 해결하지만, 일부 경우에는 CPU 연산과 통합된 더 세밀한 수준의 통합이 요구됩니다. ‘Arm Custom Instructions’는 바로 이러한 요구를 충족시켜, Arm CPU를 파트너사들이 자체 기술로 차별화할 수 있는 ‘샤시(chassis)’로 활용할 수 있도록 합니다.

가장 먼저 ‘Arm Custom Instructions’의 혜택을 받게 될 코어는 Arm Cortex-M33입니다. 이 코어는 DSP, 보안을 위한 Arm TrustZone 기술, 작업 격리를 위한 메모리 보호 기능을 갖춘 다재다능한 Armv8 코어입니다. 이후 모든 차세대 Cortex-M CPU에도 동일한 기능이 적용될 예정입니다. Arm이 Cortex-M 코어에 집중하는 이유는 전체 Arm CPU 출하량의 절반 이상을 차지하며 저전력에 최적화되어 있기 때문입니다. 특정 기능에 사용되지 않을 수 있는 컴퓨팅 파워를 추가하는 것은 항상 트레이드오프가 따르지만, 맞춤형 명령어 공간을 확보함으로써 설계자들은 애플리케이션별 반복적인 알고리즘 작업을 해결하는 명령어를 선택적으로 추가할 수 있습니다. 이를 통해 전력 및 성능 요구사항의 정밀한 균형을 맞출 수 있습니다.

맞춤형 명령어는 새로운 개념이 아니지만, 위험과 보상 사이의 균형을 맞추는 것이 어려워 특정 니치 애플리케이션에 국한되어 왔습니다. ‘컴퓨팅의 제5의 물결’ 기회를 포착하기 위해 Arm은 파트너사들이 수조 개의 AI+5G 기반 IoT 기기 시대를 위한 솔루션을 찾을 수 있도록 새로운 방법을 모색해야 했습니다. Arm은 ‘Arm Custom Instructions’를 통해 파트너사들의 맞춤화 요구와 모든 Arm 코어를 통합하는 아키텍처 거버넌스를 유지하고 소프트웨어 생태계의 혼란을 방지하는 ‘제3의 길’을 제시했습니다. Arm은 이를 ‘단편화 없는 맞춤화(customization without fragmentation)’라고 명명하며, 이번 기술 혁신이 성공적으로 이루어졌음을 강조했습니다.