Tegra

Tegra 시리즈의 주요 장점은 엔비디아의 강력한 GPU 기술을 기반으로 한 뛰어난 그래픽 성능과, 임베디드 시스템 및 자동차와 같은 특수 분야에서의 고성능 컴퓨팅 능력에 있다. 특히 게임 및 영상 처리와 같은 그래픽 집약적 작업에서 동시대 다른 ARM 기반 SoC 대비 우월한 성능을 보여주었다. Tegra K1부터는 데스크톱용 GPU 아키텍처를 모바일 환경에 도입하여 OpenGL 4.5와 같은 고급 API를 풀 프로파일로 지원하며, 모바일과 데스크톱 간의 기술 격차를 줄이는 데 기여했다.

또한, Tegra는 전력 소비와 발열 관리 측면에서도 초기 모델부터 장점을 보였다. Tegra 2는 동세대 듀얼코어 SoC 중 가장 작은 다이 사이즈를 자랑했으며, Tegra 3부터는 ARM의 big.LITTLE 솔루션과 유사한 개념의 컴패니언 코어를 도입해 경량 작업 시 전력 효율을 높였다. 이러한 설계는 태블릿 컴퓨터와 같은 배터리 구동 기기의 사용 시간 확보에 유리한 요소로 작용했다.

Tegra의 진정한 강점은 모바일 시장을 넘어 고성능 컴퓨팅이 요구되는 B2B 시장에서 두드러진다. 엔비디아는 자율주행, 로봇공학, 딥러닝과 같은 첨단 분야를 겨냥해 Jetson 개발자 키트와 NVIDIA DRIVE 플랫폼을 출시하며, Tegra를 임베디드 슈퍼컴퓨터의 핵심으로 재정의했다. Xavier, Orin, Thor와 같은 후속 모델들은 점차 증가하는 AI 연산 수요를 충족시키며, 자동차와 산업용 로봇 분야에서 강력한 입지를 구축하고 있다.

초기 Tegra 시리즈는 NEON SIMD 엔진을 지원하지 않아 동영상 재생과 같은 멀티미디어 성능에서 약점을 보였다. 특히 Tegra 2는 H.264 코덱의 Main 및 High 프로파일 지원이 부실하여 고화질 동영상 재생에 어려움을 겪었으며, 이는 해당 칩을 탑재한 옵티머스 2X와 같은 스마트폰에서 두드러진 문제점으로 지적되었다.

엔비디아는 리눅스 커널 및 GPU 드라이버 소스를 공개하지 않는 폐쇄적인 정책을 고수했다. 이로 인해 제조사들의 운영체제 업데이트와 커스텀 펌웨어 개발이 어려워졌으며, Tegra 3 기기들의 안드로이드 버전 업그레이드가 상당히 지연되는 결과를 초래했다. 이러한 폐쇄성은 모바일 시장에서의 채용률을 낮추는 주요 요인으로 작용했다.

또한 Tegra 2와 Tegra 3는 메모리 컨트롤러가 싱글 채널 방식이었기 때문에 램 대역폭이 경쟁사 제품에 비해 현저히 좁았다. 이는 고성능 GPU의 잠재력을 제한하는 병목 현상을 일으켰다. 게다가 Tegra 2부터 Tegra 4까지 사용된 GPU 아키텍처가 오래된 지포스 7 시리즈 기반이어서 성능과 호환성 측면에서 한계가 있었다.

Tegra APX는 엔비디아가 2008년에 최초로 선보인 SoC로, 엔비디아 테그라 브랜드의 시초가 되는 제품이다. 이 칩은 스마트폰, PDA, MID와 같은 초기 모바일 기기를 주요 대상으로 설계되었다. TSMC의 65nm 공정으로 제조되었으며, ARM11 싱글코어 CPU와 엔비디아의 초저전력(ULP) GeForce GPU를 탑재하여 당시 기준으로 뛰어난 3D 그래픽 성능과 720p 동영상 재생 능력을 강점으로 내세웠다.

Tegra APX를 채용한 첫 번째 상용 제품은 마이크로소프트의 Zune HD 미디어 플레이어였다. 이 기기의 운영 체제는 후에 Windows Phone의 기반이 될 정도로 주목을 받았다. 두 번째로 채용된 제품은 삼성전자의 YP-M1 MP3 플레이어였으나, 두 제품 모두 시장에서 큰 성공을 거두지는 못했다. 이는 실질적인 동영상 재생 성능이 기대에 미치지 못했고, 당시 시장 환경에서 경쟁력 있는 적용 제품이 많지 않았기 때문으로 분석된다.

이 SoC는 엔비디아가 PortalPlayer를 인수하여 얻은 모바일 프로세서 기술과 자사의 그래픽 기술을 결합한 결과물이었다. Tegra APX의 출시는 엔비디아가 모바일 및 임베디드 시스템 시장에 본격적으로 진출하는 신호탄이 되었으며, 이후 태블릿 컴퓨터와 자동차 인포테인먼트 시스템으로까지 라인업을 확장하는 초석을 마련했다.

Tegra 600 시리즈는 엔비디아가 2008년에 발표한 초기 SoC 라인업이다. 이 시리즈는 주로 GPS 장비와 자동차 인포테인먼트 시스템과 같은 임베디드 시스템을 타겟으로 설계되었다. Tegra APX와 마찬가지로 ARM11 기반의 싱글코어 CPU와 초저전력 GeForce GPU를 탑재했으나, 스마트폰이나 태블릿 컴퓨터와 같은 모바일 기기보다는 특수한 임베디드 시장에 초점을 맞췄다.

이 시리즈에는 Tegra 600과 Tegra 650 두 가지 모델이 포함되어 있다. Tegra 600은 700MHz로 동작하는 CPU를, Tegra 650은 800MHz로 동작하는 CPU를 장착했다. 두 모델 모두 TSMC의 65nm 공정으로 제조되었으며, 32비트 싱글 채널 메모리 컨트롤러를 지원했다. 당시 모바일 시장의 주류가 되기 시작한 고화질 동영상 재생이나 3D 그래픽 가속보다는 기본적인 컴퓨팅과 디스플레이 출력에 적합한 성능을 제공했다.

Tegra 600 시리즈는 시장에서 큰 주목을 받지 못했고, 실제로 채용된 상용 제품도 매우 드물었다. 이는 엔비디아의 테그라 브랜드가 본격적으로 모바일 애플리케이션 프로세서 시장에 뛰어들기 전의 과도기적 제품군으로 평가된다. 이후 엔비디아는 ARM Cortex-A9 듀얼코어를 탑재한 Tegra 2를 출시하며 스마트폰 및 태블릿 시장에 본격적으로 진출하게 된다.

Tegra 2는 엔비디아가 2011년 1월에 공식 발표한 SoC이다. ARM Cortex-A9 듀얼코어 CPU를 최대 1.2GHz로 구동하며, 엔비디아의 초저전력 GeForce GPU를 탑재했다. TSMC의 40nm 공정으로 제조되었으며, 주로 초기 안드로이드 스마트폰과 태블릿 컴퓨터에 적용되었다. LG전자의 옵티머스 2X, 모토로라의 아트릭스, 삼성전자의 갤럭시 R 등이 대표적인 탑재 기기이다.

이 SoC의 가장 큰 특징이자 단점은 ARM의 NEON SIMD 엔진이 포함되어 있지 않다는 점이다. 이로 인해 H.264 코덱의 High Profile 디코딩 등 일부 멀티미디어 처리 성능이 제한되었고, 동영상 호환성 문제가 지적받았다. 또한 메모리 컨트롤러가 32비트 싱글 채널 방식이어서 램 대역폭이 경쟁사 제품에 비해 좁은 편이었다.

그럼에도 불구하고 Tegra 2는 당시 최초의 모바일 듀얼코어 프로세서 중 하나로 주목받으며 시장에 선보였다. 후속 모델인 Tegra 3에서는 이러한 단점들이 개선되었다. Tegra 2는 엔비디아 테그라 라인업이 모바일 시장에서 어느 정도 입지를 다지는 데 기여한 제품이었지만, 기술적 한계와 폐쇄적인 드라이버 정책으로 인해 논란도 함께 불러일으켰다.

Tegra 3은 엔비디아가 2011년 4분기에 출시한 SoC이다. 개발 코드네임은 'Kal-El'로, Tegra 2의 후속 모델이다. 이 제품은 스마트폰과 태블릿 컴퓨터를 주요 대상으로 설계되었으며, ARM Cortex-A9 쿼드코어 CPU를 기반으로 한다. Tegra 3의 가장 큰 특징은 '컴패니언 코어'라고 불리는 다섯 번째 저전력 코어를 최초로 도입한 것이다. 이 코어는 가벼운 작업을 처리하여 전력 소모를 줄이는 역할을 했으며, 이후 ARM의 big.LITTLE 솔루션과 유사한 개념으로 평가받는다.

이전 세대의 주요 단점이었던 NEON SIMD 엔진의 부재를 해결하여 멀티미디어 성능을 크게 개선했다. GPU는 Tegra 2와 동일한 ULP GeForce 아키텍처를 사용했지만, 코어 수를 늘리고 클럭을 높여 성능을 약 3배 가량 향상시켰다. 그러나 메모리 컨트롤러는 여전히 32비트 싱글 채널 DDR3을 사용해 램 대역폭이 제한적이라는 평가를 받았다.

Tegra 3은 넥서스 7, HTC ONE X, LG전자의 옵티머스 4X HD 등 여러 안드로이드 기기에 탑재되었으며, 마이크로소프트의 윈도우 RT를 구동하는 서피스 RT에도 사용되었다. 당시 모바일 AP 시장에서 쿼드코어를 앞세운 선두주자 중 하나였지만, 발열과 전력 효율성 문제로 인해 후속 모델인 Tegra 4부터는 주로 태블릿 시장에 집중하게 되는 계기가 되었다.

Tegra 4 시리즈는 엔비디아가 2013년에 출시한 SoC 라인업으로, 개발 코드네임은 'Wayne'이다. 이 시리즈는 Tegra 3의 후속 제품으로, ARM Cortex-A15 쿼드코어 CPU를 기반으로 성능을 대폭 향상시켰다. 특히 GPU는 이전 세대와 동일한 ULP GeForce 아키텍처를 사용했지만, 셰이더 코어 수를 72개로 크게 늘려 그래픽 처리 능력을 강화했다. 또한 LPDDR3 메모리를 듀얼 채널로 지원하여 메모리 대역폭을 확장하는 등 전반적인 시스템 성능을 끌어올렸다.

이 시리즈는 주로 태블릿 컴퓨터와 휴대용 게임기에 적용되었다. 대표적인 탑재 기기로는 엔비디아의 첫 게임기인 SHIELD Portable, 마이크로소프트의 서피스 2, 그리고 엔비디아의 레퍼런스 태블릿인 Tegra Note 7 등이 있다. 샤오미의 Mi 3 일부 모델에도 탑재되어 주목을 받았다.

Tegra 4 시리즈에는 통신 모뎀을 내장한 파생 모델인 Tegra 4i도 포함된다. 이 모델은 개발 코드네임 'Grey'로, 주로 스마트폰을 타겟으로 했다. ARM Cortex-A9 기반의 쿼드코어 CPU를 사용하며, 엔비디아가 인수한 Icera의 LTE 모뎀을 내장해 원칩 솔루션을 제공했다. LG전자의 G2 mini 일부 모델에 탑재되었으나, 시장에서 큰 점유율을 얻지는 못했다.

전반적으로 Tegra 4는 성능 면에서 큰 발전을 이루었지만, 높은 전력 소비와 발열 문제로 인해 스마트폰 시장에서는 제한적으로만 채용되었다. 이는 엔비디아가 점차 모바일 소비자 시장보다 임베디드 시스템과 자동차 전자 장치 같은 특수 분야에 집중하는 전략으로 전환하는 계기가 되었다.

Tegra K1은 엔비디아가 2014년 CES에서 공개한 SoC이다. 개발 코드네임은 'Logan'이며, 테그라 4의 후속 라인업에 해당한다. 이 제품은 테그라 시리즈에서 그래픽 처리 장치(GPU) 아키텍처를 획기적으로 전환한 모델로, 데스크톱 그래픽 카드에 사용되던 케플러 아키텍처 기반의 GPU를 최초로 도입했다. 이를 통해 OpenGL ES 3.0 및 데스크톱 수준의 OpenGL 4.4 API를 지원하며, 당시 모바일 GPU 성능에서 독보적인 위치를 차지했다.

이 SoC는 두 가지 버전으로 출시되었다. 초기 모델(T124)은 ARM Cortex-A15 쿼드코어 CPU를 탑재한 32비트 버전이었으며, 이후 출시된 모델(T132)은 엔비디아의 자체 설계 마이크로아키텍처인 '덴버' 듀얼코어 CPU를 적용한 64비트 버전이었다. 덴버 코어는 높은 단일 코어 성능으로 주목받았으며, ARM 기반 AP 중에서도 뛰어난 싱글 스레드 성능을 보여주었다.

Tegra K1은 샤오미의 Mi Pad, 구글의 넥서스 9, 그리고 엔비디아 자사의 SHIELD Tablet 등에 탑재되었다. 또한 임베디드 시스템 개발자 플랫폼인 젯슨 TK1 개발 키트의 핵심이 되었다. 당시 경쟁사인 애플의 A8X나 퀄컴 스냅드래곤 800 시리즈와 비교해도 GPU 성능에서 큰 우위를 점하며, 모바일 게임 및 그래픽 집약적 애플리케이션에서 강력한 성능을 발휘했다.

Tegra X1은 엔비디아가 2015년 1월 CES에서 공개한 SoC이다. 개발 코드네임은 'Erista'이다. 이전 세대인 Tegra K1의 후속작으로, GPU 아키텍처를 Kepler에서 Maxwell로 업그레이드하여 그래픽 성능을 크게 향상시켰다. CPU는 ARM Cortex-A57 쿼드코어와 ARM Cortex-A53 쿼드코어로 구성된 big.LITTLE 방식을 채택했으나, 초기 버전은 HMP 모드를 지원하지 않고 클러스터 마이그레이션 방식으로만 동작했다.

주요 적용 제품으로는 엔비디아 자사의 SHIELD Android TV와 픽셀 C 태블릿이 있다. 또한, 임베디드 시스템 개발자 플랫폼인 Jetson TX1 보드에도 탑재되었다. 가장 주목할 만한 적용 사례는 닌텐도 스위치로, 이 하이브리드 게임기의 핵심 SoC로 채택되며 대중적인 인지도를 얻었다. 스위치에는 엔비디아가 특별히 제공한 그래픽 API인 NVN이 함께 사용된다.

2019년에는 개선된 16nm 공정으로 제조된 'Tegra X1+'가 등장했다. 이 버전은 닌텐도 스위치의 신공정 모델, 닌텐도 스위치 Lite, 닌텐도 스위치(OLED 모델)에 탑재되어 전력 효율이 향상되었다. 저가형 Jetson Nano 개발자 키트에는 GPU 코어 수가 절반으로 줄고 클럭이 낮아진 변형 모델이 사용되었다.

Tegra X2는 엔비디아가 설계한 SoC로, 개발 코드네임은 'Parker'이다. 이 칩은 주로 고성능 임베디드 시스템과 자동차 컴퓨팅 플랫폼을 타겟으로 했으며, 전작인 Tegra X1의 후속 모델에 해당한다. Tegra X2는 엔비디아의 자율주행 플랫폼인 NVIDIA DRIVE PX2와 개발자 보드 Jetson TX2에 탑재되어 출시되었다.

이 SoC의 가장 큰 특징은 ARM big.LITTLE 솔루션을 적용한 헥사코어 CPU 구성이다. 빅 클러스터로 NVIDIA Denver 2세대 아키텍처 기반의 듀얼코어를, 리틀 클러스터로 ARM Cortex-A57 쿼드코어를 사용하여 HMP(Heterogeneous Multi-Processing) 모드를 지원한다. GPU는 Pascal 아키텍처 기반의 GP10B를 256코어로 탑재하여 전작 대비 그래픽 성능을 향상시켰다. 생산 공정은 TSMC의 16nm FinFET+를 사용한다.

Tegra X2의 성능은 당시 모바일 AP 대비 매우 높았지만, 그에 상응하는 높은 전력 소모로 인해 스마트폰이나 태블릿 같은 일반 모바일 기기에는 채택되지 못했다. 대신 고성능이 요구되는 임베디드 시스템, 로봇공학, 그리고 자율주행 자동차용 컴퓨팅 모듈에서 그 역할을 찾았다. 실제로 이 칩은 매직리프의 자율주행 차량과 SKYDIO의 드론 등에 적용되었다.

Xavier는 엔비디아가 자율주행 자동차 및 고성능 임베디드 시스템을 위해 설계한 SoC이다. 개발 코드명은 엑스맨의 창립자 찰스 자비에에서 따왔으며, 테그라 브랜드 명칭을 공식적으로 사용하지 않는 최초의 제품군 중 하나이다. 주로 인공지능, 컴퓨터 비전, 딥러닝 작업에 특화되어 있으며, 엔비디아 드라이브 플랫폼의 핵심 구성 요소로 활용된다.

이 SoC는 TSMC의 12nm FFN 공정으로 제조되었으며, 엔비디아의 자체 설계 CPU 코어인 Carmel을 8개 코어로 구성해 탑재했다. GPU는 볼타 아키텍처 기반의 GV10B를 사용하며, 512개의 CUDA 코어를 갖추고 있어 높은 병렬 연산 성능을 제공한다. 또한 전용 딥 러닝 가속기(DLA)와 비전 가속기(PVA)를 내장해 AI 워크로드의 효율을 극대화한다.

주요 사양은 다음과 같다.

Xavier는 젯슨 AGX Xavier 개발자 키트를 통해 제공되며, 로봇공학, 스마트 시티, 고급 운전자 보조 시스템(ADAS) 등 다양한 첨단 응용 분야에 적용되고 있다. 이는 테그라 제품군이 모바일 소비자 시장에서 고성능 자동차 전자 및 엣지 AI 시장으로 전환하는 중요한 이정표가 되었다.

Orin은 엔비디아가 개발한 자율주행 및 로봇공학 분야를 위한 고성능 시스템 온 칩이다. 이 SoC는 엔비디아의 자비에의 후속 제품으로, 2019년 12월에 공개된 NVIDIA DRIVE AGX Orin 플랫폼의 핵심이다. Orin은 인공지능 연산, 특히 딥러닝과 컴퓨터 비전 작업에 특화되어 설계되었으며, 완전 자율주행 차량의 요구 사항을 충족시키는 것을 목표로 한다.

이 SoC는 암페어 아키텍처 기반의 GPU를 탑재하여 이전 세대 대비 크게 향상된 AI 연산 성능을 제공한다. 공식 발표에 따르면, Orin은 초당 200조 회(TOPS)의 연산 성능을 달성할 수 있으며, 이는 자비에 대비 최대 7배에 달하는 성능 향상이다. 이러한 성능은 레벨 4 및 레벨 5 수준의 고도 자율주행 시스템 구현에 필요한 컴퓨팅 파워를 제공한다. 생산 공정은 삼성 파운드리의 8N 공정을 사용한다.

Orin은 또한 다양한 형태의 임베디드 시스템에 적용되며, 그 중 젯슨 Orin NX와 같은 개발자 키트는 산업용 로봇, 스마트 시티 인프라, 고급 연구 개발 플랫폼 등에 사용된다. 흥미롭게도, Orin의 커스텀 변형 칩인 T239가 닌텐도 스위치 2에 탑재될 것이라는 유력한 유출과 추측이 존재한다. 이는 모바일 게임기라는 새로운 적용 영역을 열어주는 사례가 될 수 있다.

Thor는 엔비디아의 자율주행 및 자동차 컴퓨팅 플랫폼인 NVIDIA DRIVE 라인업에 속하는 고성능 SoC이다. 2022년 9월 기술 컨퍼런스에서 공개되었으며, 개발 코드네임은 마블 코믹스의 캐릭터인 토르에서 유래했다. 이 칩은 이전에 발표되었던 Atlan 프로젝트를 대체하며, 엔비디아의 차세대 자동차용 중앙 컴퓨팅 솔루션의 핵심으로 기획되었다.

Thor는 블랙웰 아키텍처를 기반으로 한 최초의 Drive SoC이다. 이는 딥 러닝 및 인공지능 연산 성능을 극대화하기 위한 설계로, 최대 2000 TOPS의 INT8 연산 성능을 목표로 한다. 이는 취소된 전작 Atlan의 예상 성능의 두 배에 달하는 수치로, 복잡한 자율주행 알고리즘과 차량 내 인포테인먼트 시스템을 단일 칩에서 통합 구동할 수 있는 능력을 의미한다.

칩의 구성은 고성능 ARM Neoverse V3AE CPU 코어 14개와 블랙웰 아키텍처 기반의 GPU 2560개 코어를 통합한다. 메모리 시스템은 256비트 쿼드 채널 LPDDR5X를 지원하여 대역폭을 확보했으며, 생산 공정은 TSMC의 4N 공정을 사용한다. 이러한 설계는 고도의 병렬 연산이 필요한 컴퓨터 비전 및 센서 퓨전 처리에 최적화되어 있다.

Thor는 단일 칩으로 전체 차량의 컴퓨팅 요구사항을 처리하는 '중앙집중식 전자구조' 트렌드의 정점에 있는 제품이다. 이는 기존의 분산된 ECU들을 통합하여 소프트웨어 정의 차량의 구현을 가능하게 하며, Drive AGX Thor 플랫폼을 통해 자동차 제조사에 제공될 예정이다.