이 블로그는 Espressif SoC에서 FPU(Floating Point Unit, 부동소수점 연산 장치)가 무엇인지, 왜 중요한지, 어떤 칩에 포함되어 있는지, 그리고 성능에 어떤 영향을 주는지를 설명합니다. 특히 ESP32-S3, ESP32-P4 같은 칩은 하드웨어 FPU를 지원해 빠른 연산이 가능하고, ESP32-C3 같은 칩은 소프트웨어로 연산을 처리해 느리지만 정확성을 유지합니다. 

원문 : Floating-Point Units on Espressif SoCs: Why (and when) they matter · Developer Portal

1. 서론
- FPU는 소수점이 포함된 숫자(부동소수점) 연산을 담당하는 프로세서의 일부입니다.  
- 그래픽, 신호 처리, 과학적 계산 등 정밀한 수치가 필요한 분야에서 필수적입니다.  
- 일부 칩(ESP32-S3)은 하드웨어로 지원하지만, 다른 칩(ESP32-C3)은 소프트웨어로 처리합니다.

2. 부동소수점 이해
- 정수(Integer)는 메모리에 직접 값이 저장되지만 범위가 제한됩니다.  
- 부동소수점(Float, Double)은 부호(Sign), 지수(Exponent), 가수(Mantissa)로 구성되어 매우 큰 값과 작은 값, 소수까지 표현할 수 있습니다.  
- IEEE 754 표준은 이러한 표현 방식을 규정합니다.

3. 연산 방식
- FPU가 있는 CPU**: 덧셈, 곱셈, 제곱근 같은 연산을 하드웨어 명령으로 빠르게 처리.  
- FPU가 없는 CPU**: 정수 연산으로 부호, 지수, 가수를 직접 다루며 복잡한 과정을 거쳐야 함.  
- Espressif는 `newlibc` 라이브러리를 사용해 소프트웨어적으로 정확한 연산을 보장합니다.

4. 성능과 정밀도
- FPU의 가장 큰 장점은 속도입니다.  
- 수치 연산이 많은 DSP, 머신러닝, 3D 그래픽 같은 분야에서 큰 차이를 만듭니다.  
- Espressif 칩의 FPU는 (float)만 지원하며, (double)는 여전히 소프트웨어로 처리됩니다.

5. FPU 포함 여부
- FPU가 있는 칩:  ESP32, ESP32-S3, ESP32-H4, ESP32-P4  
- FPU가 없는 칩: ESP32-C3, ESP32-C6 

6. 벤치마크 결과
- 동일한 연산을 10,000번 반복했을 때,  
  - ESP32-S3(FPU 있음) : float 연산에서 최대 95% 속도 향상
  - ESP32-C3(FPU 없음) : 같은 연산을 소프트웨어로 처리해 훨씬 많은 CPU 사이클 소모