[스마트폰] 디자인은 최고!! 상품성은 별로... 갤럭시 S21 5G 리뷰 (2편 - 성능)

갤럭시 S21 5G 일반 모델 디자인 / 개봉기 편에 이어 가장 큰 관심사 중 하나인 성능에 대해 알아보자. 아래의 링크에서 갤럭시 S21 5G의 개봉기와 디자인 리뷰를 확인할 수 있으니 필요하면 참고하도록 하자.

 

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[스마트폰] 디자인은 최고!! 상품성은 별로... 갤럭시 S21 5G 리뷰 (1편 - 디자인 / 패키지)

 

논란의 중심 5nm 공정

 

스마트폰에 탑재되는 애플리케이션 프로세서 (이하 AP)는 컴퓨터로 치면 CPU + RAM + GPU + NPU + 통신 모뎀을 합친 통합된 하나의 칩셋 (Soc)이며, 스마트폰의 성능은 AP에 따라 좌우된다고 봐도 될 정도로 아주 중요한 부품이다.

 

AP는 눈으로 볼 수 없을 만큼 아주 미세한 제조 공정에서 생산되며, 제조 공정이 작아지면 작아질수록 AP칩 내부에 연산을 처리하는 유닛들을 더 많이 넣을 수 있기 때문에 성능이 높아진다. 또한 AP의 크기가 작아지기 때문에 하나의 웨이퍼에서 나올 수 있는 AP의 개수가 많아져 공급에도 장점이 있다. 제조 공정이 작을수록 더 많은 이점이 있다고 생각하면 쉽게 이해할 수 있을 것이다.

 

이러한 미세 공정을 통해 생산되는 AP는 설계도 좋아야 하지만, AP를 제조하는 파운드리 회사의 기술력에 따라 편차가 크게 나타난다. 현재 전 세계에서 가장 높은 미세 공정 기술력을 가진 파운드리 회사는 대만의 TSMC와 대한민국 회사인 삼성전자이며, 2021년을 1분기를 기준으로 5nm의 미세 공정으로 칩셋을 양산할 수 있는 회사는 두 곳 외에는 존재하지 않는다.

 

전세계 1, 2위 파운드리 업체인 TSMC와 삼성전자

 

5nm 공정으로 생산된 최초의 AP는 아이폰 12 시리즈에 탑재된 A14 바이오닉으로 TSMC에서 생산되었고, 이후에 삼성전자의 갤럭시 S21 시리즈에 탑재된 엑시노스 2100과 스냅 드래곤 888이 출시 및 양산되었다. 이 AP들은 모두 전작 대비 20% 이상의 성능 향상을 이루어 냈으며, 차기 플래그십 폰을 기다리는 유저들에게 많은 기대를 심어주었다.

 

세계 최초 5nm AP인 애플의 A14 바이오닉

 

그러나 유저들의 기대는 한순간에 실망으로 바뀌었다. 현재 출시된 5nm AP들은 공통적으로 발열이 너무 높아서 AP의 내구성을 유지하기 위한 정책 중 하나인 쓰로틀링이 자주 동작한다는 것이다.

 

특히, 아이폰의 A1x 바이오닉 같은 경우에는 안드로이드 스마트폰에 탑재되는 AP들과는 급이 다를 정도로 높은 성능을 보여주는 게 일반적이었는데, A14 같은 경우에는 쓰로틀링이 걸리면 1년 전에 출시한 갤럭시 S20에 탑재된 스냅 드래곤 865보다도 성능이 하락하는 충격적인 결과를 보여주었다.

 

아이폰 12의 원신 FPS 결과. 초반에 급격한 프레임 드랍이 보인다.

 

IOS의 최신 버전에서 AP의 스케줄러가 최적화되면서 위와 같이 급격한 프레임 드롭은 잘 보이지 않는다고 하지만, 최근 측정 결과를 보면 위와 같이 성능이 들쭉날쭉하지 않을 뿐이지, 사실상 아이폰 11의 A13과 게이밍 성능이 차이가 나지 않는다고 봐도 될 정도다. 몰론 게임을 하지 않는다면 전작 대비 성능이 확실히 올라간 것은 사실이다.

 

그렇다면 안드로이드 스마트폰에 탑재되는 엑시노스 2100과 스냅 드래곤 888은 어떨까? 아쉽게도 엑시노스와 스냅 드래곤도 발열로부터 자유롭지 못하다. 아래에서 살펴보겠지만 엑시노스 2100과 스냅 드래곤은 높은 발열로 인한 쓰로틀링뿐만 아니라 뽑기 문제도 심각하게 발생하고 있다.

 

뿔딱이라는 오명이 붙은 엑시노스 2100

 

왜 제조 공정이 작아졌음에도 이러한 문제가 발생한 것일까? 여러 가지의 원인이 있겠지만 주범으로 의심받는 요인은 5nm 공정의 불안정화다. TSMC와 삼성전자가 누가 더 작게 만드냐로 경쟁하기 시작하면서 매우 빠른 주기로 미세 공정이 발표되고 적용되고 있는데, 이전 공정 대비 스펙은 화려하지만 실제로 개선된 폭이 적은 것 아닌가 의심이 되는 상황이다.

 

또한 발열 문제의 가장 큰 원인으로 꼽히는 ARM의 Cortex X1 코어의 경우, 이전 코어들보다 최대 30% 이상의 성능이 향상되었으나 그만큼 전력을 많이 소모하는 이른바 전성비가 심각하게 떨어지는 것으로 보인다. 여기에 완벽하지 않은 삼성전자의 5nm 공정이 만나 현재의 발열 문제를 만든 것이 아닌가 하는 의견이 지배적이다.

 

 

이러한 상황을 고려해봤을 때 이번 5nm 공정으로 생산된 AP들의 발열 문제가 개선이 미미한 공정 + 전성비가 너무 높은 코어의 탑재가 주 원인이 아닌가 생각한다. 이 문제는 하반기에 설계와 공정이 개선된 리프레시 AP들이 나오지 않는 이상은 해결되기 어려울 것으로 보인다. 아니, 리프레시 AP가 나오더라도 같은 5nm 공정이면 발열 문제를 확실하게 해결하는 것은 매우 힘든 일이다.

 

결론은 2021년에 출시하는 모든 플래그십 스마트폰들은 발열이 높을 것이고, 게임 회사에서 AP 별로 따로 최적화를 하지 않는 이상 높은 확률로 쓰로틀링에 의한 성능 저하가 올 수 있다는 것이다.

 

갤럭시 S21 5G 벤치마크 테스트

 

상황이 이렇다 보니 핫팩이라 불리는 갤럭시 S21로 갈아탄 본인은 난감할 수밖에 없었다. 2년 만에 플래그십 폰으로 바꿨는데 전작보다 성능이 더 안 좋다니? 아니, 그걸 떠나서 폰을 오래 쓰면 막 뜨겁고 버벅거리는 거 아냐? 아마 나와 같은 불안감에 떠는 갤럭시 S21 유저들이 있을 것이라고 생각한다.

 

그래서 준비했다. 갤럭시 S21 5G 벤치마크 테스트. 첫 번째로 볼 항목은 AP의 연산 테스트이며, 긱벤치 5 어플을 이용하여 5회 정도 진행하였다.

 

 

결과는 아래와 같다. 가장 높은 점수는 싱글 코어 1075점, 멀티 코어 3405점으로 전작 대비 약 20% 정도의 성능 향상이 있는 것을 확인할 수 있었다.

 

엑시노스 2100 긱벤치5 반복 테스트 결과

 

아쉬운 점이라면 벤치 마크를 반복하면서 기기에 발열이 생기기 시작하자 쓰로틀링이 걸려 서서히 점수가 내려가는 것을 볼 수 있었다. 하지만 생각보다 급격한 성능 저하는 없었다. 이후 추가로 5회를 진행했지만, 가장 낮은 점수는 싱글 코어 895점에 멀티 코어 2990점으로 스냅 드래곤 865와 거의 비슷한 성능을 내는 것으로 측정되었다. 이 정도라면 게임이나 고화질 동영상을 촬영하는 환경이 아니라면 일반적인 웹서핑이나 유튜브 영상 감상에는 전혀 지장이 없는 수준이라고 말할 수 있겠다.

 

추가로 여자 친구가 사용하고 있는 갤럭시 S20 FE로 스냅 드래곤 865의 성능도 측정해보았다. 측정 결과는 아래와 같다.

 

스냅 드래곤 865 긱벤치5 반복 테스트 결과

 

스냅 드래곤 865는 싱글코어 881점, 멀티코어 3052점으로 엑시노스 2100이 쓰로틀링이 가장 강하게 걸렸을 때와 비슷한 성능을 내는 것을 확인할 수 있었다. 흥미로운 것은 스냅 드래곤 865는 테스트가 반복되더라도 벤치마크 결과가 거의 같았다는 것이다. 스냅 드래곤 865의 안정성이 매우 좋다는 것을 알 수 있다.

 

다음은 게이밍 성능을 테스트하는 3D Mark 벤치마크이다. 안드로이드용 3D Mark 어플을 통해 측정하였다. 테스트 항목은 Wild life 스트레스 테스트로 총 20번의 벤치마크를 돌려서 AP의 안정성이 얼마나 되는지 확인하는 테스트이다.

 

 

결과는 아래와 같다. 가장 높은 점수는 5760점으로 이전 모델인 S20이 동일한 테스트에서 3700점이 나온 것과 비교하면 무려 30% 정도의 성능 향상을 이루어 낸 것을 확인할 수 있다.

 

 

하지만 쓰로틀링이 걸린 상태에서 점수를 보면 S21은 3800대로 무려 30% 이상의 성능이 떨어진 것을 확인할 수 있다. GPU의 안전성은 66.1%로 이전 모델에 탑재된 스냅 드래곤 865 / 865+의 GPU 안전성이 90% 후반을 보여주는 것과 비교하면 실망스러운 결과라고 말할 수 있다.

 

만약, 이 글을 보고 있는 여러분이 이미 갤럭시 S20 시리즈 또는 노트 20 시리즈를 사용하고 있다면 굳이 돈을 더 내고 갤럭시 S21 시리즈로 올 필요가 없다. 특히, 고성능 3D 게임을 자주 하는 유저라면 더더욱 바꿀 이유가 없다. 아니 바꾸면 오히려 더 불편할 것이다.

 

참고로 아이폰 12 시리즈도 위와 같이 쓰로틀링 정책이 강하게 걸리기 때문에 이미 본인이 아이폰 Xs 이상을 사용하고 있다면 굳이 돈을 더 들여서 아이폰 12로 넘어올 필요가 없다.

 

갤럭시 S21 5G 게이밍 테스트 (아스팔트 9, 배틀 그라운드)

 

그나마 다행인 것은 쓰로틀링 정책이 걸리더라도 엑시노스 2100의 성능이 못써먹을 만큼 떨어지지 않는다는 것이다. 위에서 측정된 결과라면 쓰로틀링이 걸려도 어느 정도의 3D 게임은 충분히 즐길 수 있을 것이라고 생각했다. 그래서 예전에 재밌게 했었던 게임인 아스팔트 9과 인기 높은 배틀 그라운드를 플레이하여 어느 정도의 게이밍 환경을 제공하는지 알아보았다.

 

측정 어플은 삼성에서 제공하는 Perf-Z를 사용하여 FPS, CPU 점유율, GPU 점유율, AP 온도를 모니터링해보았다. 첫 번째 게임은 아스팔트 9이다.

 

 

그래픽은 가장 높은 "품질 중시"로 설정했다.

 

 

실제 플레이 장면. 아스팔트 9이야 뭐 나온 지 2년 정도 지난 게임이기도 하고 갤럭시 S21보다 아랫급 기기에서도 원활하게 돌아가니까 큰 문제없을 것이라고 예상했다.

 

 

프레임은 59 ~ 60, CPU는 20%대를 유지하였다. GPU가 힘들게 일하는 것이 눈에 띈다. 기기 온도는 41도로 확실히 전작인 갤럭시 S20 시리즈보다 높은 것을 볼 수 있다.

 

 

아스팔트 9의 경우 엑시노스 2100으로도 60 프레임의 쾌적한 환경에서 플레이가 가능했다. 다만, 플레이 시간이 40분을 넘어가면 최대 45도의 높은 발열과 함께 심각하게 버벅이며 강제로 종료되는 상황이 벌어졌다. 이 문제는 AP의 성능 문제보다는 게임 내에 최적화의 문제로 보인다.

 

 

다음은 배틀 그라운드 모바일. 높은 성능을 요구하는 고성능 게임이다.

 

 

설정은 아래와 같이 HDR 고화질, FPS는 울트라, 안티 앨리어싱 활성화로 진행하였다. 참고로 배틀 그라운드의 경우에는 엑시노스 2100에 대한 최적화가 끝나지 않아서인지 UHD-4K 화질을 선택하거나 FPS의 극한 설정이 불가능했다. 나중에 최적화되면 선택할 수 있을 것으로 예상된다.

 

 

FPS 설정 > 울트라의 경우 최대 프레임 수 제한이 40인 것을 참고하자.

 

 

기기의 온도가 최대 43도까지 올라간 것을 확인할 수 있다. 다행히도 프레임 수는 40 이하로 떨어지지 않았다.

 

 

배틀 그라운드의 경우 위와 같은 옵션으로 50분 정도 플레이했으며, CPU는 30%대, FPS는 40으로 유지, GPU는 70%대, 기기 온도는 평균 42도로 오랜 시간 게임을 하더라도 프레임이 떨어지는 문제는 없었다.

 

 

위에서 확인한 것과 같이 고성능을 요구하는 게임들도 갤럭시 S21로 충분히 플레이가 가능했다. 하지만 게임을 끝낸 직후 발열이 심한 상태에서는 버벅거림이 느껴졌다. 다행히도 게임을 끝낸 직후에만 버벅임이 느껴졌으며 1분 이내에 다시 빠른 반응성을 보여줬다.

 

갤럭시 S21 5G 성능에 대한 결론

 

갤럭시 S21 발표회 때 이번에는 자신 있다고 하던 엑시노스 2100은 발열과 쓰로틀링 논란으로 X시노스라는 별명을 떨쳐내는데 실패하였다. 그나마 삼성 입장에서 다행이라면 스냅 드래곤 888도 화룡의 재림이라는 별명이 붙어서 같이 손잡고 추락하고 있다는 것이다. (문제는 스냅 드래곤 888도 삼성전자 파운드리라서... 다행이 아닐 수도 ;;)

 

자신 있다며??

 

다행인 것은 완전히 못 쓸 정도로 실패작은 아니라는 것이다. 쓰로틀링이 걸리더라도 어느 정도 수긍할만한 성능을 보여주었고, 본인과 같이 게임보다는 영상이나 웹서핑 위주로 스마트폰을 사용하는 사람이라면 엑시노스 2100이 탑재된 갤럭시 S21 시리즈는 충분히 빠르고 쾌적한 환경을 제공한다.

 

특히, 갤럭시 S21 시리즈의 최고의 장점 중 하나인 길어진 배터리 유지 시간은 웹서핑이나 영상 위주의 유저들에게 큰 만족감을 선사할 것이라고 생각한다. 이 부분은 마지막 편인 3부에서 다루도록 하겠다.

 

아무튼 오늘은 여기까지이며 마지막 3편에서는 다루지 않은 것들에 대해서 리뷰하도록 하겠다.

 

오늘은 여기까지~