Exynos

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삼성전자에서 설계한 SoC를 포함한 모바일 프로세서 브랜드. 엑시노스는 그리스어로 "똑똑하다"라는 έξυπνος(éxypnos) 와 "푸르다" 라는 뜻의 Πράσινο(prasino) 를 합친 이름이다.

ARM Holdings에서 개발한 마이크로아키텍처의 라이센스를 구매하여 설계하고 있다. 엑시노스 SoC의 설계와 개발은 삼성 S.LSI 사업부에서, 생산은 파운드리 사업부에서 담당하고 있다.

삼성 갤럭시 대부분 제품에 엑시노스 AP가 사용된다. 글로벌 표준 모델 기준이 엑시노스고 성능은 스냅드래곤과 비등비등 하니, 삼성전자 본진인 한국 시장을 포함해서 대부분의 국가에는 엑시노스가 들어가는 편.

그러나 미국과 중국, 일본 등 일부 국가에서는 퀄컴 스냅드래곤이 사용되는데, 세계 최대의 이동통신 시장인 중국은 중국 당국의 통신 모뎀 인증 문제가 큰 국가이고, 미국은 퀄컴의 입김이 강하며[1] 삼성 엑시노스 모뎀의 CDMA 통신 규격 문제로[2] 퀄컴의 모뎀을 사용해야만 하는 상황과 퀄컴의 최신 AP & 최신 모뎀 동시 판매 정책으로 인해 퀄컴 스냅드래곤 AP가 사용된다.

사실 중국 차이나유니콤과 차이나모바일, 미국 AT&T와 T-모바일 US는 WCDMA & TD-SCDMA 사업자라서 그냥 엑시노스 AP를 사용할 수도 있지만 미국이 퀄컴의 텃밭인 것과 미국 이동통신사들이 퀄컴의 주주인 것을 비롯해서 모종의 이유로 인해서 미국, 중국은 차이나텔레콤, 버라이즌, 스프린트, US 셀룰러와 같이 묶어서 퀄컴의 AP를 사용한다.

일본과 홍콩, 캐나다는 엑시노스와 스냅드래곤이 혼용된다.

물론 피치 못한 상황엔 엑시노스나 스냅드래곤 중 하나를 독점적으로 사용하기도 한다. 갤럭시 노트3은 LTE-A 지원을 위해 한국 내수용에도 퀄컴 스냅드래곤 800을 사용했다. 그리고 화룡 810은 극심한 발열 문제로 삼성은 아예 구매조차 하지 않았으며, 갤럭시 S6, 갤럭시 S6 엣지, 갤럭시 S6 엣지 플러스와 갤럭시 노트5 전 모델이 삼성 엑시노스 7420을 탑재했다.

드물게 삼성 스마트폰 외의 기기에서도 엑시노스를 쓴다. 대표적으로 오드로이드나 ZTE·메이주 같은 중국계 스마트폰 제조사의 제품, 삼성에서 제조하는 크롬북 일부 모델에 엑시노스가 채택되었고 최근에는 아우디의 인포테인먼트 시스템에도 공급했다. 이외에도 내비게이션이나 임베디드 기기 등을 제작하는 다른 회사에서 쓸 수 있도록 엑시노스 기반의 SoC를 따로 제작한다.

2017년 3분기 기준 모바일 SoC 시장에서 퀄컴, 애플, 미디어텍에 이어 4위의 점유율을 기록했다.#

IHS Markit에 따르면, 2019년 3분기 기준 모바일 SoC 시장에서 퀄컴, 미디어텍에 이어 3위를 차지했다. 이는 안드로이드 스마트폰 제조사중 큰 비중을 차지하는 삼성, 화웨이 양사가 자사 스마트폰에 자사 AP를 넣는 비중을 더 크게 늘렸기 때문이다.

그리고 삼성 엑시노스 9 Series (990)를 마지막으로 삼성에서 ARM 의존도를 낮추고자 야심차게 준비했던 몽구스 코어를 버리면서 몽구스 팀 인원을 대부분 해고조치했고 이로써 990이 삼성에서 자체 개발로 만든 마지막 CPU가 적용된 AP가 되었다. 향후 삼성에서는 NPU에 역량을 집중하고 GPU는 AMD와 협력하여 미래 AP 시장에서 주도권을 가져오겠다는 포부를 밝혔다.

크게 모바일 AP, ModAP, 통신 모뎀, RF칩으로 나뉜다.#

모바일 AP는 통신 모뎀 솔루션이 내장되어 있지 않은 AP, ModAP는 통신 모뎀 솔루션이 내장되어 이동통신 네트워크를 모바일 AP에서 지원하는 원칩 AP를 의미한다.

자세한 내용은 아래 문서 참조.

삼성 엑시노스/통신 모뎀 솔루션 참조.

ARM Mali 그래픽의 GPU IP 라이센스를 취득해 주력으로 사용하나, 이로 인해 퀄컴 Adreno 시리즈 대비 성능, 전성비, 발열 특성&스로틀링 특성이 떨어지고 벤치마크 성능과는 별개로 실제 성능마저 폐급이라는 ARM Mali 그래픽의 단점을 그대로 떠안게 되었다.

최신 API를 Adreno보다 더 잘 지원한다고는 하지만 아이러니하게 퀄컴 Adreno가 그것을 지원하지 못하는 상황에서는 Adreno에 맞춰서 개발해야 하기 때문에 장점이 되지는 못한다.

그러나, 삼성전자도 Mali 그래픽을 사용하면서 시스템 LSI 사업부가 가진 우월한 공정을 무기로 그렇게 큰 문제를 보여주지는 않는 것으로 보인다. 전력 대 성능비 부분에서는 호평을 받은 우드가르드 아키텍처를 사용한 ARM Mali-400 쿼드코어는 문제되지 않고, 전력 대 성능비로 인해 비판받는 미드가르드 아키텍처를 사용한 ARM Mali-T628 헥사코어의 경우 3~4 W정도 전력을 소모[3]하고, ARM Mali-T604는 스마트폰에는 탑재되지 않았으며 엑시노스 7 Octa (5433)의 ARM Mali-T760 헥사코어는 5~6 W 정도 소모하지만 실제 갤럭시 노트4를 보면 배터리쪽으로 큰 문제는 터지지 않았다. ARM Mali-T760 옥타코어는 20nm HKMG 공정에서 14nm FinFET LPE 공정으로 미세화된 효과까지 받아 4W 후반대 정도의 전력을 소모되는 것으로 추산되고 있다.

그러나, ARM Mali-T800번 대 시리즈로 넘어오면서 동세대 경쟁작 대비 성능이 20%가량 낮고, 전력효율이나 호환성 측면에서 Midgard 아키텍쳐의 한계점을 보여주며 불안한 모습을 보여주었다. Bifrost 아키텍쳐가 사용된 Mali-G71에 들어서면서 성능, 호환성 측면에서 꽤나 큰 개선이 이뤄졌지만, 엑시노스 9810에 들어간 Mali-G72에서는 처참한 성능개선으로 꽤나 많은 비판을 받았다. Mali-G76에서는 연산 레인을 두 배로 늘리고, 쉐이더의 효율을 높여서 최대 코어수를 줄이는 등 크게 개선된 상황. 그러나 아직 경쟁사의 Adreno GPU 대비 아쉬운 모습을 보이고 있다.

Mali-G77부터는 다시 새로운 GPU 아키텍쳐를 사용할 예정이며, 이는 엑시노스 990에 들어가게 된다.

아난드텍의 자료를 보면 최적화가 어느 정도 진행된 Open GL ES 2.5환경에서는 경쟁 AP에 탑제되는 Adreno 시리즈에 크게 밀리지 않는 전성비를 보여주나, 최적화가 지진부진한 최신 API로 갈수록 전성비가 떨어지는 상황. 이는 2020년 현시점에는 꽤나 큰 개선이 이루어지긴 했다.

보통 같은 Mali GPU를 사용하는 화웨이 하이실리콘이나 미디어텍 Helio보다는 높은 전성비를 보여주고 있다. 이는 쉐이더코어가 많고 클럭이 낮은 구성 덕인 것으로 보인다.

삼성 엑시노스 시리즈의 고질적인 약점이라고 평가받는 ARM Mali GPU를 대체하고, 더 나아가서 HPC 시장 등에 진출하기 위해 삼성전자가 자체적인 In-House GPU를 개발한다는 소식이 있었다. 정황상 그룹 내에서 2013년부터 개발이 진행되었고, 본격적으로 S.LSI가 해당 프로젝트를 맡기 시작한 시점은 2016년 12월 경이었던 것으로 보여진다.

2017년 6월, 삼성전자 반도체 미국 법인에서 차세대 GPU 개발 전담 팀을 신설하고 하드웨어 및 소프트웨어 경력 엔지니어들을 채용 중인 것으로 전해졌다. 삼성전자 스마트폰에 탑재될 모바일 그래픽 처리장치(GPU)를 독자 개발 중인 것으로 전해졌다.

2018년 7월 소식에 따르면 차기작인 엑시노스 9820에 여전히 ARM Mali GPU가 탑재될 확률이 높으며, 삼성전자는 저가형 스마트폰 GPU에 초점을 맞추고 있다고 한다.# 아직까지도 자체개발 GPU 탑재는 요원하다.

2018년 8월 소식에 따르면 S-GPU성능이 높아 저가형보단 플래그쉽에 장착이 될 확률이 높다고 한다.# 2020년 ARM의 Mali GPU의 라이센스 계약이 끝나 갤럭시 S21부터 S-GPU탑재 가능성이 높으며 6nm/5nm LPP공정에서 생산을 한다고 한다. 또한 삼성이 엔비디아의 엔포스 IGP(내장형 그래픽 프로세서)칩의 개발자를 고용했다고 하여 그래픽 카드를 만드는것 아니냐는 소리도 있다. #

2019년 6월 3일, 삼성전자는 AMD과 협력을 공식적으로 발표했다. AMD의 최신 RDNA 아키텍처를 기반으로 GPU개발이 이루어질 것으로 예상된다.# 인-하우스 GPU 개발이 원하는 만큼의 성능을 얻지 못했다고 하고, GPU 개발 인력이 상당수 드랍되었다는 말이 나오는 상황으로 실질적 S-GPU팀 해체 그리고 2020년 유출된 소식으로 보면 AMD RDNA아키텍처 기반 GPU가 기존 말리 대비 상당한 성능 업그레이드를 기대해볼 만한 수준으로 만들어지고 있는 것으로 보인다.

2012년 12월, 엑시노스 4 시리즈의 커널소스에서 보안 취약점이 발견되었다. 피지컬 메모리에 직접접근이 가능한 결함이다. 이것을 이용하여 원클릭으로 루팅을 하는 애플리케이션이 공개되기도 했다. 삼성전자에서는 해당 문제를 파악하고 패치 작업을 진행 중이라고 밝혔다. 이 문제는 갤럭시 노트 10.1를 시작으로 하여 2013년 상반기에 패치를 완료하였다.

삼성 엑시노스와 퀄컴 스냅드래곤은 수많은 안드로이드 스마트폰에 사용되고 있는 스테디셀러 AP 시리즈이다. 2019년 3분기 기준 애플의 애플 실리콘이 들어가는 아이폰을 제외하면, 안드로이드 스마트폰 내에 들어가는 AP는 스냅드래곤과 엑시노스가 점유율 측면에서 각각 1위, 3위를 차지한다. 2위를 차지하는 미디어텍은 주로 중저가용 AP에 집중하기 때문에 많은 안드로이드 스마트폰 이용자들은 이 두 스테디셀러 AP 시리즈의 성능 우열 구도에 관심을 가지는건 당연한 일이다.

두 AP 시리즈의 성능 두 AP 시리즈는 모두 출범한지 10년이 넘어가는 중이고, 따라서 성능 우열 구도는 절대적이지 않다는걸 알아두는게 중요하다. 대략적으로 요약해봤을때 AP를 설계하는 양사의 정책적인 실수로 인해 성능 우열 구도는 변하는 중이고, 앞으로도 그럴 가능성이 매우 높다.
아래에 스냅드래곤과 엑시노스 칩을 시기별로 짝지어, 성능 우열이 달라지는 것을 기준으로 나누어 서술한다.

엑시노스의 우위.

스냅드래곤 S1~S4는 동시기에 출시되던 엑시노스 3110~엑시노스 4412 대비 크게 떨어졌다. CPU는 스냅드래곤의 Scorpion 시리즈 대비 엑시노스의 Cortex-A8/A9 시리즈가 우수하였고, GPU는 스냅드래곤의 Adreno 2XX 시리즈 대비 엑시노스의 SGX540과 Mali-400 시리즈가 우수하였다. 스냅드래곤의 전력소모 또한 높아 S3까지 스냅드래곤에 대한 악평이 생겨났다. CPU/GPU의 아키텍처 열세와 전력소모, 발열 문제가 S4에서부터 개선되었지만 엑시노스 4412에서 Cortex-A9 쿼드코어 CPU를 탑재하기 시작하면서 성능적 차이를 극복하진 못하였다.

스냅드래곤의 우위.

2012년, Krait CPU 코어를 쿼드코어로 구성한 스냅드래곤 S4 Pro APQ8064 칩셋이 출시된다. 삼성은 갤럭시 노트 2에 엑시노스 4412의 CPU의 클럭을 1.6GHz, GPU의 클럭을 533MHz까지 올려 탑재했지만, CPU는 Krait 쿼드코어가 Cortex-A9 대비, GPU는 Adreno 320 또한 Mali-400MP4 대비 우수하였다.[4]
공정상으로는 여전히 삼성의 32nm가 TSMC의 28nm 대비 HKMG로 인한 우위를 점하고 있었지만, 아키텍처 열세를 극복하지는 못하였다.

2013년, ARM Cortex-A15 CPU와 PowerVR SGX544를 사용하는 엑시노스 5410이 출시되어 갤럭시S4에 탑재되었고, 연이어 향상된 클럭의 ARM Cortex-A15 CPU와 ARM Mali-T628 GPU를 사용하는 엑시노스 5420이 출시되었다.
CPU의 최고 성능은 스냅드래곤 800과 엑시노스 5410이 비슷하였고 향상된 클럭의 엑시노스 5420은 그것을 능가하였지만, ARM big.LITTLE 솔루션 HMP 모드를 지원하지 않기에 딜레이에 의한 성능과 전력효율 저하가 있어 실사용 성능은 스냅드래곤 800보다 좋지 못하였고, GPU도 PowerVR의 구형 SGX544[5]와 성능이 떨어지는 ARM의 Mali-T628을 사용하여 스냅드래곤 800보다 떨어졌다.

반면 스냅드래곤의 경우 스냅드래곤 S4 Pro와 2013년의 스냅드래곤 800의 우수하고 안정적인 성능과 뛰어난 모뎀을 바탕으로 시장을 장악하는데 성공했고 삼성 엑시노스 대비 우위를 보였다.

엑시노스의 CPU 우위, 스냅드래곤의 GPU 우위.

2014년 초, 엑시노스 5420을 리비전하여 출시된 엑시노스 5422는 전작 대비 공정, CPU와 GPU IP, 클럭의 변화는 없거나 미미함에도[6] 드디어 ARM big.LITTLE 솔루션 HMP 모드를 지원하여 스냅드래곤 801 대비 CPU 우위를 가진다.
연이어 출시된 엑시노스 5430에서는 클럭이 소폭 오르고 개선된 삼성 S.LSI 20nm HKMG 공정에서 생산되어 전력소모가 줄어들어 CPU 빅 클러스터의 전력소모와 성능이 스냅드래곤의 Krait보다 뛰어났고[7], 리틀코어에 의해 더욱 효율적인 실사용 전력소모량을 가진다. 곧바로 이어 갤럭시 노트4에 탑재된 엑시노스 5433에는 거대해진 아키텍처인 Cortex-A57 CPU와 Mali-T760 GPU가 탑재되어, 남달리 뛰어난 CPU 성능을 자랑하고 스냅드래곤 805보다 확실히 뛰어나 스냅드래곤 시리즈와의 성능 차이를 더욱 더 크게 벌린다.
엑시노스 5430과 엑시노스 5433의 CPU 성능, 전력소모 정보

하지만 GPU는, 엑시노스 5422와 엑시노스 5430이 스냅드래곤 805보다 크게 떨어지고 많이 개선된 엑시노스 5433조차 최대 성능은 2014년의 스냅드래곤 805와 동급 내지 조금 밀리는 성능에 불과하며, 특히 전력소모가 스냅드래곤 805 대비 크게 높아 전성비와 그래픽 유지 성능이 떨어진다.
그래픽 성능 및 전체 전력 소비를 통한 전성비 정보
엑시노스 5433과 스냅드래곤 805의 그래픽 유지 성능 정보[8]

이후 Mali GPU 드라이버 버전이 r7p0으로 업데이트되면서 성능이 크게 상승되었지만갤럭시 탭 S2 9.7 엑시노스 5433 버전 안드로이드 6.0 마시멜로 내부 테스트 펌웨어 GFX 벤치마크 정보, 결국 스냅드래곤 805 APQ8084를 넘지 못한다.
갤럭시 노트4 스냅드래곤 805 버전 공식 대표값 GFX 벤치마크 정보
갤럭시 탭 S2 9.7 엑시노스 5433 버전 공식 대표값 GFX 벤치마크 정보

엑시노스의 우위.

2015년, 엑시노스 7420은 Cortex-A57 CPU와 GPU의 클럭을 올렸고 GPU의 쉐이더코어[9] 수를 6개에서 8개로 늘렸으며 삼성 14nm FinFET LPE 공정에서 생산된다.
엑시노스 7420은 뛰어난 CPU 성능과 더불어 매우 효율적인 전력소모를 보인다. 빅코어 1코어당 전력소모가 최대 1W 중반 선이고, 엑시노스 5433과 같은 성능에서의 전력소모는 엑시노스 5433의 절반 수준.
엑시노스 7420, 엑시노스 5433의 CPU 성능, 전력소모 정보
그동안 스냅드래곤에 비해 뒤쳐졌던 GPU 또한 큰 개선이 이루어졌는데, 엑시노스 5433과 동일한 GPU IP를 사용했음에도 큰 폭의 그래픽 성능과 전성비 향상이 있으며, 전작 엑시노스 5433은 물론이고 스냅드래곤 시리즈에 비해서도 뛰어나다.
그래픽 성능 및 전체 전력 소비를 통한 전성비 정보

반면 비슷한 시기에 같은 Cortex-A57 CPU IP를 사용한 스냅드래곤 810는 전력과 발열을 제어하지 못하며 뒤떨어진다.[10]

CPU 엑시노스의 우위, GPU 스냅드래곤의 우위.

스냅드래곤 820에서 대대적인 개선이 이루어져, CPU의 전체적인 성능과 빅 클러스터의 전성비는 엑시노스 8890과 비슷하였지만 리틀 클러스터의 코어 아키텍처가 빅 코어와 동일한 탓에 리틀 클러스터 전성비가 밀려 전반적인 CPU 전력효율에서 엑시노스 8890에 밀리고 실 사용 시 배터리 러닝타임에서도 밀린다.
GPU는 CPU 마찬가지로 동급의 성능을 가지지만, 전성비는 CPU와 반대로 스냅드래곤 820 쪽이 높다.
GPU 성능, 전성비, 유지성능 분석

스냅드래곤의 우위.

스냅드래곤이 엑시노스를 전반적으로 앞서기 시작한 것은 2017년의 스냅드래곤 835부터이다. 퀄컴은 스냅드래곤 835부터 자체적으로 설계한 아키텍쳐 Kryo 대신 ARM Cortex-A7X와 Cortex-A53을 세미커스텀한 Kryo Performance, Kryo Efficiency 시리즈를 사용하였고, 삼성은 엑시노스 990까지 빅코어에 커스텀 Exynos M 코어 시리즈를 사용하였다.

엑시노스 8895는 최대성능은 CPU/GPU 모두 스냅드래곤 835와 비슷하였으나[11] 전력소모는 CPU는 30%~40%, GPU는 50%~80% 높은 등 크게 뒤떨어졌다.
최대 성능이 비슷함에도 전력소모가 많기 때문에, CPU의 스케줄러가 보수적으로 설정된 것으로 보여[12] CPU 스케줄러의 영향을 많이 받아 실사용 상황에 가까운 PCMark 등의 벤치마크에서는 엑시노스 8895이 스냅드래곤 835에 밀리며, GPU의 유지 성능도 낮아 실제 게이밍 시 좋은 모습을 보여주지 못했다. [13]
CPU 빅코어 싱글코어 최대 성능, 전력소모 정보 [14]
GPU 최대 성능 정보
GPU 유지 성능, 전력소모, 전성비 정보
실사용 성능 벤치마크 정보
배터리 러닝타임 벤치마크 정보 1, 배터리 러닝타임 벤치마크 정보 2[15]

삼성은 엑시노스 9810을 내놓으면서 CPU와 GPU를 개선시켰다. CPU 아키텍쳐 자체적인 사이즈는 훨씬 컸으나 몇 문제점들이 있었고 스냅드래곤 845가 종합적인 우위를 가진다. CPU의 다이사이즈가 훨씬 큼에도 스냅드래곤 845와 동일한 성능 기준 전력 소모가 비슷하여 하드웨어적인 성능 이점이 없고CPU 빅코어 싱글코어 최대 성능, 전력소모 정보 [16], 소프트웨어적으로도 너무 높은 싱글코어 부스트클럭을 사용하고 CPU 스케줄러가 비효율적이어서 전반적인 성능과 반응속도에서 추가적인 손해를 많이 보는 등 스냅드래곤 845에 비해 밀린다. GPU도 전작들에 비해 개선되었지만 스냅드래곤 845보다 떨어진다.

엑시노스 9820과 9825, 990에서는 빅코어를 2개로 줄이고 ARM 레퍼런스 코어 2개를 미들코어로 추가로 사용한다. 그러나 별 다른 개선 없이 근본적으로 CPU 빅코어와 GPU, 스케줄러 역량이 떨어져 CPU/GPU의 최대 성능과 전력소모, 반응속도 등의 전반적인 면에서 모두 스냅드래곤 대비 크게 뒤떨어져 동 세대의 AP라고 부르기 힘들다.
더욱이 이 즈음 Geekbench 5 버전이 출시되었는데, 기존에 중복 가산하던[17] 메모리성능 배점을 빼 버리면서, 타사보다 유독 높은 성능의 메모리에 의해 연산 성능 대비 높았던 엑시노스의 Geekbench 벤치마크 점수가 타사 대비 큰 폭으로 떨어졌다.

엑시노스 2100에서는 그동안 CPU의 주요 문제점이던 여러 가지를 고쳤다. 커스텀 코어 대신 ARM의 레퍼런스 IP를 사용하였고 비효율적이었던 스케줄러를 크게 개선하였다. CPU는 스냅드래곤 888의 구성과 흡사하지만, 세부적으로는 빅코어와 리틀코어의 캐시 용량이 스냅드래곤 대비 절반이고 대신 클럭이 더 높다. 엑시노스의 클럭이 전반적으로 더 높음에도 메모리 특성이 좋은 스냅드래곤에 비해[18] 빅코어 성능은 오히려 떨어지며 전력소모는 16%나 많고, 미들코어 성능은 8%~13% 높음에도 전력소모는 무려 35%나 더 많다. GPU도 여전히 최대 성능, 전성비, 유지 성능 면에서 스냅드래곤 대비 뒤떨어진다.
엑시노스 2100, 스냅드래곤 888 개괄
엑시노스 2100, 스냅드래곤 888 메모리 특성
엑시노스 2100, 스냅드래곤 888 CPU 최대 성능, 전성비
엑시노스 2100, 스냅드래곤 888 PCMark 전력소모, 스케줄러 특성
엑시노스 2100, 스냅드래곤 888 GPU 최대 성능, 전성비, 유지 성능]

아난드텍의 엑시노스 2100, 스냅드래곤 888 CPU 최대 성능, 전성비에서 서술했듯이 기기간 성능 편차가 매우 심하며(뽑기 문제가 있으며)

GSMArena에서는 둘다 동등한 성능을 내지만 쓰로틀링에 관해서는 아난드텍에서 서술한 것과 같이 엑시노스가 부족하다고 서술하고 있다. GSMArena 벤치마크 최대 성능 리뷰

그외에도 일반 리뷰어가 쓰로틀링 테스트를 한 결과를 보면

뿔딱이라고 판명난 SD888버전과 양품 Exyons 2100을 냉장고와 같이 추운 공간이 아닌 일반적으로 사용하는 공간에서 돌렸을때에는 SD888이 더 성능유지력이나 벤치마크 성능이 약간 떨어졌으나

냉장고에서 돌렸을때에는 양품이나 뿔딱이나 거의 유사한 결과를 보여준다,

즉 칩 간의 편차가 매우 크기때문에 다음과 같이 벤치마크마다 서로 다른 결과치를 냈다고 볼 수 있으며 실제 성능은 둘다 유사하다고 볼 수 있다.