Video: 애플이 13년 만에 아이폰 메모리를 바꾸는 이유 | A20 Pro 96비트와 LPDDR6 가능성
Channel: 안될공학 - IT 테크 신기술
Duration: 13m 22s
Source: subtitle (auto, ko)
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그렇다면 애플은 왜 갑자기 통로를 넓히려는 걸까요? 이건 엔비디아의 AI 서버용 GPU에서 SK 하이닉스랑 삼성 그리고 마이크론의 HBM을 선택하는 이유와 같은 거죠. [음악] 네, 여러분 안녕하세요. 패치입니다. 지난 13년간 아이폰은 참 많이도 바뀌었죠. 프로세서 성능도, 그래픽 성능도, 그리고 메모리 종류도 계속 바뀌었습니다. 그런데 이상하게 거의 바뀌지 않은 숫자가 하나 있는데요. 그건 바로 메모리 버스. 그러니까 디램에서 프로세서로 왔다 갔다 하는 통로가 64비트로 고정이 되어 있었다는 거죠. 2012년 아이폰 5에 들어간 A6부터 A19 프로까지 애플의 아이폰용 A시리즈 칩은 대체로 64개의 데이터 선을 통해서 디랭과 정보를 주고받아 왔는데요. 그런데 올해 출시될 것으로 예상되는 아이폰 18프의 A20프에서는이 통로가 처음으로 96비트까지 넓어질 수 있다는 이야기가 나왔습니다. 96비트라는 정보랑 LPDDR6라는 정보는 아직 모두 애플이 발표한 공식 사양은 아닌데요. 유출자로 알려진 랩탈리카는 A20 Pro가 96비트 LPDDR 5X 853을 사용한다고 주장을 했고요.

이후 다른 계정이랑 일부 배체가 패키지 크기와 구조를 근거로 들어서 LPDDR 6일 가능성도 제기를 했습니다. 그럼에도이 루머가 관심이 가는 이유는 단순히 아이폰의 램이 조금 빨라질 수 있기 때문만은 아닌데요. 정말 96비트 인터페이스를 사용을 한다면 애플 혼자 칩계만 바꿔서는 안 되는 거거든요. 1레a의 입출력 구조부터 애플 프로세서의 메모리 컨트롤러 그리고 TSMC의 패키지 배선 전력 공급이랑 테스트 방식까지 싹 다 달라져야 하는 상황입니다. 오늘은 왜 모바일에서도 메모리 대역폭을 넓히는 선택이 필요해졌는지 그리고 96비트 LPDDR6가 실제에 들어가려면 메모리 회사랑 칩계 회사, 파운드리랑 패키징 회사가 각각 무엇을 해야 하는지 살펴보도록 하겠습니다. 우선 96비트가 무엇인지 좀 짚어 봐야겠는데요. 메모리 용량이랑 메모리 버스 쪽은 서로 다른 개념이에요. 12GB 램이라는 숫자는 한 번에 저장을 할 수 있는 데이터의 양이고요. 64비트랑 96비트는 프로세서와 메모리 사이에서 한 번의 데이터를 실어나르는 그 통로의 폭에 가깝습니다.

따라서 64비트에서 96비트로 넓어진다고 해서 램 용량이 50%가 늘어나는 것이 아니라요. 같은 속도로 움직이는 데이터 선이 50%가 많아져서 이론적으로 한 번에 옮길 수 있는 데이터의 양이 늘어나는 거죠. 마치 HBM이 기존 디램 제품들과는 다르게 엘리베이터처럼 수직으로 1천개, 2,000개나 되는 별도의 통로를 여러 개를 뚫어 가지고 대역폭을 확보를 해서 한 번에 옮기는 데이터의 양을 늘린 것처럼요. 메모리 대역폭은 대략 메모리의 핀당 전송 속도에다가 버스 폭을 곱한 뒤에 8로 나누면 계산을 할 수가 있습니다. 유출자가 주장한 LPDDR 5X 853이랑 96비의 조합이라면 이론적인 원시 대역폭은 초당 약 102GB거든요. 표준의 최고 속도인 14.4GBS까지 올라가게 되면 약 어 초당 173GB가 됩니다. 물론 실제 애플리케이션이 사용하는 대역폭은 프로토콜 오버헤드랑 메타데이터 메모리 접금 패턴 때문에 이보다는 낮겠지만 기존 64비트보다는 또 물리적으로 더 많은 데이터를 전송을 하게 되는 거죠.

지금 아이폰이 사용하는 초당 60에서 70GB 대와 비교를 하면 확실히 큰 변화가 될 수 있겠죠. 여기서 더 흥미로운 점이 있습니다. LPDD 6에서는 96비트라는 숫자가 생각만큼 특이한 구성이 아니라는 거예요. 정확히는 12개의 데이터 선을 가진서 채널 두 개가 하나의 24비트 채널을 구성을 하는 거고요.이 채널을네 개를 사용하게 되면 자연스럽게 96비트가 되겠죠. 그러니까 애플이 LPD 6를 사용을 한다면 기존에네 개 채널을 구성을 하면서도 64비트에서 96비트로 넓어질 수 있습니다. 반대로 LPDDL 5X로 96비트를 만들려면 16비트 채널을네 개가 아닌 여섯 개를 배치를 해야 하는데요. 메모리 컨트롤러랑 파일, 패키지 배선, 접점수가 모두 늘어나기 때문에 같은 면적 안에 넣는 일이 더 까다로워질 수밖에 없겠죠. 이것 때문에 유출 이미지에서 메모리의 영역이 크게 늘어나지 않았다는 이유로 96비트라면 LPDDR씩 쓸 가능성이 높다라는 해석이 나오게 된 겁니다. 어, 다만 이것은 어디까지나 패키지 사진을 토대로 한 추정일 뿐이고요.

LPDDR6의 사용이 확인이 되었다는 건 아닙니다. 그렇다면 애플은 왜 갑자기 통로를 넓히려는 걸까요? 이건 M비디아의 AI 서버용 GPU에서 SK 하이닉스랑 삼성 그리고 마이크론의 HBM을 선택하는 이유와 같은 거죠. 이제 스마트폰에서조차도 프로세서의 연산 능력이 커지는 속도에 비해 메모리의 대역폭이 따라오지 못하고 있기 때문인데요. 특히나 아이폰을 포함한 오늘날의 스마트폰용 SOC 메모리는 CPU만 사용하는 공간이 아니죠. 특히 아이폰은 일찍부터 유니파이드 메모리 아키텍처를 적용을 해서 GPU랑 뉴럴 엔진 그리고 카메라의 이미지 신호 처리 장치 그리고 영상 인코더랑 디스플레이 엔진이 하나의 메모리 시스템을 공유하는데요. 카메라로 고해상도 영상을 촬영을 하면서 이미지 보정을 하고 백그라운드에서는 앱을 유지를 하고 또 동시에 AI 모델까지 실행을 하게 되면이 장치들이 같은 메모리 통로를 두고 경쟁을 하게 되겠죠. 특히 생성형 AI 모델은 계산량뿐만이 아니라 모델의 가중치랑 중간 데이터를 얼마나 빨리 불러올 수 있는지가 중요한데요.

문장을 한 토큰씩 생성을 하는 디코드 과정에서는 매번 모델 가중치의 상당 부분을 메모리에서 읽어야 하죠. 연산 장치를 더 크게 만든다고 해도 필요한 데이터를 제때 공급하지 못하게 되면 뉴럴 엔진이나 GPU가 기다리게 되죠. 애플도 제한된 디램을 가진 기기에서 대규모 언어 모델을 구동하는 문제를 오랫동안 연구를 해 왔습니다. LM인 플래시 연구는 디램에다가 모델 전체를 올릴 수 없을 때 랜드 플래시에서 필요한 가증치만 불러오는 방법을 다뤘는데요. 여기서도 핵심은 계산보다는 얼마나 적은 데이터를 얼마나 연속적으로 옮길 수 있느냐였습니다. 자세한 내용은 안 될 공학의 이전 영상에서도 다뤘으니까 참고를 하시고요. 그래서 A20 Pro의 mp와가 커진다는 유출이랑 96비트 메모리 인터페이스 설은 서로 무관한 이야기가 아닐 가능성이 있습니다. 연상기만 넓히면 메모리가 발목을 잡죠. 그리고 메모리만 넓히면 연산기가이를 활용하지 못하게 됩니다. 애플이 정말이 구성을 채택을 한다면 MPU랑 GPU, 캐시, 메모리 컨트롤러를 하나의 시스템으로 함께 조정했을 가능성이 높겠죠.

그러면 모바일 기기에다가 HBM을 붙이면 되는 거 아니야라는 생각을 하실 수도 있는데 이것 또한 쉽지 않죠. HBM은 수백개에서 수천개의 접점을 통해서 매우 넓은 통로를 만들지만 실리콘 인터포와 복잡한 적층 본딩이 필요합니다. 비용과 패키지 면적 전력, 열, 수율까지 고려를 하게 되면 스마트폰에서는 지나치게 무거운 선택이 되죠. LPDDR 6는 HBM을 스마트폰에다가 억지로 줄여서 넣는 기술이 아니에요. 최근에는 엔비디아가 AI 서버용으로 대거 채택을 하면서 쇼티지가 더 심해졌지만 원래 LPDDR를 스마트폰처럼 전력이랑 공간이 빡빡한 기기에다가 맞춘 방식입니다. 그래서 애플이 LPDDR 6를 선택을 한다면 방향은 비교적 분명합니다. HBM처럼 무겁고 비싼 구조로 가는 대신에 모바일 안에서 감당할 수 있는 방식으로 메모리 통로를 넓히려는 선택이라고 볼 수 있는 거죠. 필요한 순간에는 더 넓은 대역폭을 쓰고 평소에는 스마트폰 답게 전력이랑 공간을 아껴야 하니까요. 하지만 통로가 64개에서 96개로 늘어나게 되면 문제가 좀 생기는데요.

그 통로를 실제로 어디에다가 그릴 것이냐는 겁니다. 현재 아이폰의 A 시리즈 프로세서는 전통적으로 애플리케이션 프로세서 위에다가 디램 패키지를 올리는 그러니까 패키지 패키지 구조를 사용을 해 왔습니다. TSMC의 인포는 아래쪽에다가 프로세서를 놓고 재배선층인 RDL과 수직비하인 TIB를 통해서 위쪽에 디램 패키지랑 연결을 하는데요. 기판을 별도로 사용하지 않아서 얇고 전기적 특성이 좋죠. 그리고 스마트폰의 메인보드 면적도 줄일 수 있고요. 그런데 프로세서 위에다가 디램을 올리게 되면 두 부품의 열이 같은 공간에 겹칩니다. 특히 이나노 공정에서 연산 밀도가 높아지고 mpu랑 GPU가 커진다면 프로세서의 열이 위쪽 디램에 전달이 되고요. 디램 패키지가 프로세서의 방열 경로를 가로막는 문제가 더 민감해질 수 있는 거죠. 그래서 A20에서는 POP 대신에 WMC 웨이퍼 레벨 멀티칩 패키징을 사용한다는 보도가 계속 나온 건데요. 현재 유출 자료에서 거론되는 형태는 프로세서 위에다가 디램을 쌓는 대신에 프로세서랑 디램을 같은 패키지 안에 나란히 배치를 하고 재배선층으로 연결을 하는 구조입니다.

공식적으로 확인이 되지는 않았지만이 방식이라면 프로세서랑 디램의 열 결합을 줄이면서 두 칩 사이에 더 많은 배선을 배치할 공간을 확보하기가 상대적으로 쉬워지는 거죠. 사실 옆으로 놓는다고 무조건 패키지가 작아지는 건 아니에요. 새로 높이랑 방열에서는 유리할 수 있지만 그 대신에 수평 면적이 늘어나게 되잖아요. 결국 96비트 메모리랑 WMCM은 각각 따로따로 등장한 기술이라기보다는 더 넓은 메모리 인터페이스랑 더 강한 연상기를 스마트폰 안에다 넣기 위해서 함께 검토할 만한 조합이라고 볼 수 있는 거죠. 그럼 실제로이 인터페이스를 만들기 위해서 각 회사는 뭘 해야 될까요? 먼저 메모리 회사인데요. 삼성전자랑 SK 하이닉스 마이크로는 단순히 기존 LPDDR 5X 칩의 속도만 올리는 것이 아니라요. 12비트 서브 채널 두 개로 구성된 새로운 24비트 입출력 구조를 디램 다이에다가 넣어야 됩니다. 입출력 회로가 늘어나면 디램 다이 가장 자리에 IO 면적이랑 전력 공급 구조가 달라지게 되죠. 고속으로 등장하는 데이터 회로랑 상대적으로 낮은 전압에서 동작을 하는 내부 회로를 분리를 하고요.

또 전압이랑 주파수를 실시간으로 바꾸는 그런 기능도 또 구현을 해야 됩니다. 여기에다가 여러 디램 다이를 쌓아 가지고 12GB나 16GB 같은 용량을 만들고요. 패키지 아래쪽에 볼 베어를 애플이랑 TSMC가 요구를 하는 인터페이스에 맞춰서 설계도 해야 되고요. 같은 LPDL 6라도 스마트폰 제조사마다 필요한 용량이랑 패키지 크기 그리고 채널 구성이나 동작 속도가 다를 수 있죠. 따라서 실제 공급은 표준 칩을 만들어 놓고 나서 판매하는 것으로 끝나는 것이 아니라 고객의 메모리 컨트롤러랑 패키지에서 수개월 동안 신호 무결성이나 전력, 온도, 수검증을 통과를 해야 하는 겁니다. 삼성전자는 최대 10.7GBS랑 7GBS랑 16GB 용량을 지원을 하는 LPDDR6를 공개를 했고요. SK 하이닉스는 원시 공정 기반 16GB LPDDR 6 개발이랑 검증을 마치고 2026년 하반기에 공급을 준비를 하고 있다고 밝혔어요. 마이크론 역시 2025년 말에 LPDDL 6를 주요 고객이랑 생태계 파트너에 샘플링을 했다고 발표를 했습니다.

다만이 회사들 가운데 누가 A20프로에 공급을 하는지는 아직 확인되지 않았어요. 두 번째는 애플 같은 SOC 설계 회사인데요. 애플은 A20프 안에다가 LPDDR 6 규격을 이해하는 메모리 컨트롤러랑 96개 고속 데이터선을 직접 구동하는 파일을 넣어야 합니다. 파일은 단순한 디지털 로직이 아니죠. 파일 말 그대로 물리적 연결 부분인데요. 지금 보시는 것처럼 수십비 신호의 타이밍을 맞추고 전압이랑 임피던스를 조절을 하고요. 부팅할 때마다 메모리랑 신호 지연을 보정하는 아날로그 회로 위주로 구성이 되어 있습니다. 버스 폭이 넓어지면 파이가 차지하는 다의 면적이랑 칩 가장자리에 접점도 늘어날 수밖에 없는데요. 애플은 CPU랑 GPU MPU에 사용할 트랜지스터의 일부를 어 메모리 인터페이스에다가 할당을 하고요. 이나노칩의 어느 면에다가 디램 접점을 배치를 할지도 패키지 설계와 함께 결정을 해야 합니다. 세 번째는 TSMC랑 패키징 생태계인데요. TSMC는 A20프의 로직 다이를 2노 공정으로 생산하는 것이랑은 또 별도로 디램이랑 로직 다이를 하나의 패키지 안에서 연결을 해야 하는데요.

96개의 데이터 선에도 명령이랑 주소, 클룩, 전원이랑 접지선이 필요합니다. 각 배선의 길이가 크게 달라지면 데이터 도착 시간도 이렇게 어긋나게 되고 서로 너무 가까우면 신호 간섭이 더 심하게 발생할 테니까요. 왔다 갔다 하는 신호들이 뭉개지지 않도록 하는 그런 새로운 설계가 필요한 거죠. WMCM에 사용이 될 것으로 보도된 MUF 몰딩 언더필은 칩 아래를 채우는 언더필이랑 칩 전체를 감싸는 몰딩 공정을 합친 재료인데요. 공정을 단순화하고 재료 사용량을 줄여 가지고 수율이랑 생산성을 높이는 것이 목표입니다. 밍치는 대만의 이터널 메테리얼스가 A2N용 MUF 재료 공급 자격을 확보했다고 전했는데요. 하지만 여러 채을 한 패키지에다가 넣으면 한쪽 칩의 분량이 패키지 전체 손실로 이어질 수가 있겠죠. 그래서 단가가 예상보다 더 비싸질 수가 있다는 거예요. 그래서 TSMC 메모리 회사는 패키징 전에 정상이 그러니까 이른바노 good다이를 골라내고 그다음에 조리 후에는 96비트 인터페이스 전체가 고속이랑 저전력 조건에서 정상적으로 작동을 하는지를 다시 한번 검사를 해야 합니다.

애플이 1억대 단위에 아이폰에다가이 구조를 적용을 하려면 최고 속도 한 번을 보여 주는 것보다는 수천만 개 패키지에서 같은 품질이랑 수유를 유지하는 일이 훨씬 더 중요하겠죠. 그래서 올해 실제 제품이 나온다면 확인해야 될 숫자는 단순히 96비트 하나가 아닌데요. A20 Pro가 LPDDR 5X를 사용을 하는지 아니면DDR6를 사용을 하는지 실제 핀당 속도랑 총 대역폭은 얼마인지 WMCM에서 디램이 정말 옆으로 이동을 했는지 그리고 그 대역폭이 AI 모델의 응답 속도랑 게임이나 카메라의 지속 성능으로 얼마나 이어지는지를 다 함께 봐야 합니다. 96비트는 시작점일 뿐이고요. 그 통로를 얼마나 자주 채울 수 있느냐가 실제 성능을 결정을 할 테니까요. 그럼 오늘은 여기까지 안들공학 패치였습니다.