전 세계 CPU 시장을 양분하는 두 회사가 있다. 하나는 인텔, 다른 하나는 Amd. 00년대 초반 인텔에서 멀티코어 CPU를 선보이면서 10여년 넘게 80%라는 압도적인 시장 점유율을 자랑하였지만, AMD사의 라이젠 출시, 기술적 혁신을 이뤄내면서 인텔의 영광은 과거의 일이 되었다.
무엇이 이들의 격차를 나게 하였을까? 인텔과 AMD의 CPU의 설계 기술에 근본적인 차이가 있는 것일까? 만약 차이가 있다면 시장을 독점하던 인텔이 어떠한 구조적 한계로 인하여 자리를 내어주게 되었을까? 이 부분에 대하여 깊게 파헤쳐보려고 한다.
인터넷 밈은 단순하지만 많은 내용이 담겨져 있다
Intel vs AMD meme를 검색하여 나온 밈이다. 슈왈제네거 형님이 무수하게 많은 포가 담긴 로캣런처를 발사하는 장면, 그리고 이걸 보고 슬퍼하는 인텔 고양이이다. 슈왈제네거는 Amd를 상징하고, 시간이 지날 수록 더욱 많은 포, 즉 더 많은 코어를 가진 무기를 가지고 온다. 즉, AMD의 핵심은 더 많은 코어를 가진 CPU라는 점을 알게 해주는 하나의 짤이다.
어떻게 더 많은 코어를 담은 CPU를 만들 수 있게 되었을까?
CPU의 기본 구조
먼저 CPU에는 무엇이 들어가 있는지 알 필요가 있다. CPU라 하면 연산장치 정로도만 생각하는 경우가 있으나, 그 안에는 다양한 구성품이 존재한다. 이들 중 핵심 세 개를 챗 Gpt에 물어보아서 요약을 해 보았다.
| 코어 | 연산을 수행하는 기본 유닛 |
| 캐시 메모리(L1, L2, L3) | 자주 사용하는 데이터를 임시로 저장 |
| 버스 & 인터커넥트 | CPU 내부에서 혹은 외부와 소통 |
여기서 연산이 직접 수행되는 곳은 코어이다. 코어 내부에는 ALU(정수 연산), FPU(실수 연산), 레지스터, 디코더, 제어 유닛이라는 구성 품이 있지만, 이 부분은 인텔과 AMD 비교에 핵심이 아닌 만큼, 이런 것이 있다.. 로 넘어가면 좋겠다. HDD나 SSD와 같은 저장장치는 코어에 비해 속도가 매우 느리다. 따라서 저장장치에서 데이터를 뽑아내 RAM에 저장을 하는 데, 이 RAM 마저도 코어에 비해 속도가 느리기 때문에 자주 사용하는 데이터는 캐시 메모리에 저장이 된다. 캐시 메모리 중 L1이 가장 빠르게 접근이 가능하며, 숫자가 커질 수록 느려진다.
버스 & 인터커넥트는 말 그대로 코어, 캐시 메모리 등 안의 장치들이 데이터를 주고 받도록 해주는 일종의 내부 망으로 보면 되겠다.
인텔의 Monolithic, AMD의 Chiplet
코어는 CPU 당 하나였지만 코어의 연산 속도가 한계에 다다르자, 코어의 수를 늘리는 방식으로 발전해나갔다. 한 손으로 만드는 속도가 느리니 손을 하나 더 추가하고, 나중에는 더 손을 계속 추가하여 늘리는 것으로 이해하면 좋겠다. 여기서 인텔과 AMD는 코어의 수를 늘리는 방식이 달랐다.
인텔의 코어 수를 늘리는 방식은 Monolithic die이라 부른다. Mono라는 접두어에서 말하듯, 한 개로 묶여져 있다는 것, 인텔의 코어들과 캐시 메모리 및 기능들을 하나의 실리콘 다이에 합쳐져 있다.
위 그림을 보자, 코어가 4개인 인텔의 CPU를 촬영한 이미지인데, L3 캐치 메모리를 포함에 한꺼번에 집적되어 있다. 크기도 크고 복잡한 반도체 회로(다이)를 실수 없이 한 번에 만들어야 불량을 피할 수 있다는 뜻이다. 전부다 제대로 그렸지만, 코어 3번째에서 삑! 사리가 났다? 그럼 그 제품을 폐기해야 할 처지가 된다는 것.
물론, 이러한 Monolithic(모놀리식) 설계에도 장점이 존재한다. 하나의 회로판(다이)으로 전부 직접 연결되어 있으니, 각 코어와 캐시 메모리, I/O 간의 소통이 신속하게 진행이 된다.
그럼 AMD는 어떻게 설계를 할까? Amd는 모든 코어를 하나의 다이에 연결하여 직접하지 않는다. 대신 Chiplet(칩렛)으로 개별로 묶어서 인쇄를 한다. 칩렛은 CCD(Core Complex Die)라고 불리며, CCD는 작은 여러 개의 CCX(Core Complex)로 나눠진다. CCD 뿐만 아니라 I/O 기능을 담당하는 IOD 칩렛도 별도로 장착한다. 한마디로 회로기판(다이)를 탈부착 조립식이 가능하다는 CPU라는 것이 AMD CPU의 특징이다!
작게작게 하나하나 인쇄가 가능하니, 칩렛 하나가 불량이 나와도 인텔처럼 전체를 폐기할 필요가 없다. 이것이 비용 면에서 엄청난 장점을 가져온다. 그 뿐만 아니라, 칩렛만 추가 장착으로 코어 갯수 확장에 용이해진다. 즉 Amd는 더 많은 코어를 가성비 있게 담을 수 있는 설계방식을 사용하고 있는 것!
물론 단점도 존재한다. 하나의 다이(die)가 아닌 만큼, 서로 데이터를 주고 받는 속도가 느릴 수 밖에 없다. 물론 AMD에서는 이를 극복하기 위해 Infinity Fabric(인피니티 패브릭)이라는 연결망을 사용하여 칩렛 간 소통을 속도를 보완하였다.
표로 요약하면 다음 아래와 같이 정리가 가능하다.
| AMD (Chiplet) | Intel (Monolithic) |
| CPU 코어(연산)과 I/O를 분리 | 모든 CPU 코어와 I/O를 하나의 다이에 집적 |
| CCD 추가로 손쉽게 코어 확장 가능 | 다이 크기를 늘려야 하며, 코어 수 확장이 어려움 |
| Infinity Fabric 사용 | 내부 버스 및 캐시 시스템을 통해 통신 |
| 높은 확장성, 저렴한 제조 비용 | 높은 성능, 낮은 레이턴시, 일체형 설계 |
| 칩렛 간 통신 지연 발생 가능 | 확장성 부족, 다이 불량률 증가, 생산 비용 증가 |
코어를 담은 CPU가 어떠한 유리한 점이 있는가?
사실, 과거에는 대부분의 프로그램들이 멀티 코어를 골구로 사용하는 데에 개발이 되지 않았었다. 그렇기 때문에, 코어 하나 당 성능이 좋은 인텔이 유리한 고점에 있는데 플러스 요인이 되었다. 하지만, 1인 미디어 영상, 영상편집, 멀티 코어에 최적화된 프로그램 등이 보편화되면서 코어가 많은 AMD CPU에 유리한 환경이 조성되었다. 가성비 부문에서도 당연지사. 거기다가 인텔이 10nm 공정 전환에 실패하게 되면서, 성능 개선 속도도 둔화가 일어났다.
하지만 인텔도 변하려 하고 있다
인텔도 현제의 monolithic 공정에 문제의식을 느끼고 있다. 현재 인텔은 "타일"이라는 아키텍처를 도입하였고, 작은 타일을 조합하여 CPU를 구성한다는 점에서 AMD의 방식과 유사하다. AMD의 Inifinity Fabric의 대응하여 EMIB을 내놓았다. 그럼 두 회사가 선의의 경쟁이 앞으로 이어지길 바라며~
글을 작성하는데 도움이 된 출처들:
https://blog.naver.com/shakey7/221427342275
인텔 & AMD CPU 구조 비교 (아키텍처 / 코어 / 오버 클럭 / 스레드 / 라이젠 / 피나클 릿지)
1. 인텔 아키텍쳐 <출처: 나무위키 인텔 코어 i 시리즈> - 1995년 발표된 인텔 P6 마이크로아키텍처...
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