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인텔은 코어2 듀오 CPU로 데스크탑 PC의 판도를 새롭게 짰다. 듀얼코어의 대중화를 이끌어냈고, 저전력
저발열과 동시에 성능까지 쫙 끌어올렸다. 이제 인텔은 앞선 코어2 듀오 CPU를 이용한 펜티엄 듀얼코어
프로세서 E2160을 선보였다. 이 제품은 앞선 제품보다 더 저렴하게 만들기 위해 FSB와 L2캐시를
줄였다. 저렴하면서 강력한 성능을 맛보고 싶다면 이 제품을 눈여겨보자.
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Intel
Pentium™ 2 Dual-Core Processor E2160 |
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제조사 |
미국
인텔 |
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제품명 |
인텔® 펜티엄™ 듀얼코어 프로세서 |
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원산지 |
현지공장(말레이시아, 코스타리카, 필리핀 등) |
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제품형식 |
데스크탑용 마이크로프로세서 |
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제품구조 |
Intel® Core®
Microarchitecture |
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이용소켓 |
LGA775 |
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제품형번 |
E2160 |
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작동속도 |
1.80GHz |
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제조공정 |
CPU회로 전선 굵기 65nm공정(1nm, 10억분의1m) |
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코어형태 |
듀얼코어/ 콘로(Conroe) |
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시스템버스 |
800MHz(FSB, Front Side Bus) |
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1차 캐시 |
8way data cache 32KB
8way Instruction cache 32KB |
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2차 캐시 |
진보된 8way 통합 공유캐시를 1MB 지님 |
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내장 기술 |
1. 넓어진 확장수행(Wide Dynamic Execution)
2. 향상된 전력관리(Intelligent Power Capability)
3. 발전된 캐시관리(Advanced Smart Cache)
4. 진보된 지연방지(Smart Memory Access)
5. 높아진 전송대역(Advanced Digital Media Boost)
6. 미세한 제조공정(Intel 65nm Technology) |
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명령어세트 |
SSE3/SSE4, EIST, xD, EM64T |
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하이퍼쓰레딩 |
없음 |
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CPU재질 |
방열판(IHS): 니켈 도금한 구리
기판 재질: 강화섬유 수지
기판 표면: 금도금한 니켈 |
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냉각장치 |
알루미늄 방열판과 냉각 팬 |
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박스 구성품 |
CPU, CPU 쿨러, 설명서, 로고 스티커 |
코어2
듀오 프로세서가 폭발적인 성능을 쭉쭉 뽐냈던 핵심비결은 바로 넓어진 확장수행 덕이다. 펜티엄 듀얼코어
프로세서 또한 코어2 듀오가 써왔던 기술을 그대로 쓴다. 여기서 잠깐 CPU를 자동차 생산공장처럼
생각해 보자. 자동차 생산공장에서는 자동차 부품(데이터, Micro-Op) 3만여개를
컨베이어시스템(데이터처리통로,
pipeline)에 얹고 돌려서 자동차를 차례차례 조립한다. 이때 작업은 컨베이어 3대를 쓰고 컨베이어
한 라인마다 46단계의 조립과정을 거친다. 이것이 앞선 펜티엄 CPU의 데이터처리 방식이다. 이 때 생산량을
늘이려면 컨베이어 이동속도(클럭주파수)를 빠르게 해서 원하는 목표치에 맞췄다. 하지만 컨베이어 이동속도를
빠르게 하는 것도 한계가 있다.
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한계를 극복하는 좋은 방법이 없을까? 고심하던 공장장은 무릎을 탁 쳤다. 소매를 걷어붙이고
공장설계를 처음부터 새로 했다. 컨베이어(pipeline)를 3개에서 4개로 늘이고 컨베이어에서 조립하는
단계를 46번에서 14번으로 팍 줄였다. 덕택에 컨베이어 이동속도를 종전보다 크게 낮췄는데도 생산량은 오히려
뛰었다.
인텔은 생산성향상 노력을 여기서 끝내지 않았다. 앞선 방식에서는 부품을 하나하나 컨베이어에 그냥 얹었지만 새방식(core)에서는
짝을 이루는 부품을 컨베이어에 올릴 때부터 아예 반조립(Macro Ops Fusion)한다. 결과적으로 처리할
부품수도 크게 줄었다.
여기서 눈여겨 볼 중요한 사실이 하나 있다. 앞선 펜티엄 시리즈는 대부분 싱글 코어다. 코어2 듀오처럼 CPU회로를
2개나 갖춘 진정한 듀얼코어 CPU는 마치 자동차 생산공장을 2개나 갖춘 것이고 생산라인 컨베이어는 한공장에
4개니까 2공장에 총 8개 컨베이어를 갖춘 셈이다. CPU 성능이 왜 폭발적인지는 이 대목만 봐도 고개가 절로
끄덕일 정도다.
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펜티엄 듀얼코어의 전신인
코어2 듀오 프로세서를 들여다보자. 공장을 완전히 새로 뜯어고쳤듯 코어2의 CPU 회로는 앞선 펜티엄 시리즈와 딴판이다.
여기서 잠깐 CPU회로의 설계방식을 종전 펜티엄은 넷버스트 구조(Intel® NetBurst), 코어2 듀오와
펜티엄 듀얼코어는
'코어 미세구조'(Intel® Core Microarchitecture)로 구분한다. 새로운 CPU
회로 설계방식인 코어 미세구조는 처리하는 데이터량이 넷버스트 구조보다 훨씬 많을 수 밖에 없다.
공장 컨베이어를 빗대었듯이 실제로 데이터가 오가는 통로회로(pipeline)는 코어 4개, 넷버스트 3개 지녔다.
코어가 넷버스트보다 데이터통로 1개를 더 많이 갖췄다. 따라서 단순하게 생각해도 코어가 넷버스트보다 33%정도
성능향상이 된 셈이다. 이뿐 아니라 데이터통로 회로 자체만 놓고 따져봐도 넷버스트는 46단계, 코어는 14단계만
거친다. 따라서 코어 미세구조는 앞선 펜티엄보다 폭발적인 성능을 뽐내게 된것이다. 인텔은 코어 미세구조의 성능향상
데이터처리방식을 '와이드 다이내믹 실행'이라고 이름 지었다.
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이 제품이 놀라운 것은 성능 때문만은 아니다. 뛰어난 성능을 내면서 전력소비량은 오히려 꽉
비틀어 입을 쩍 벌어지게 했다. 정확하게는 전력소비량을 40~30%정도 줄어든 셈이다. 도대체 어떤 술수를
부려서 밥을 조금 먹고도 엄청난 괴력을 뽐내는 것일까? 그 비결은 인텔이 CPU회로 속에 담은 디지털 온도센서에
있다.
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인텔은 CPU 회로 속에 전기도둑을 감시하는 끄나풀과 문지기를 심어놓았다. 끄나풀은 디지털 온도센서이고 문지기는
통로마다 설치해 놓은 게이트(gate)가 그것이다. 또 끄나풀이 CPU
회로구성 하나하나 '감 놓아라 배 놓아라' 전력관리를 직접 할 수 있게 손을 썼다. 이 때문에 전기를 낭비하거나
기준치보다 높은 온도가 되면 해당 회로구성은 끄나풀의 철저한 통제를 받는다. 인텔은 또 모든 회로 속 데이터 통로마다 문지기(gate)를
두고 데이터가 오갈 때는 문을 활짝 열어두지만
이용치 않을 때는 사정없이 전기를 끊는다.
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실제로 CPU회로를 살펴보면 가장 말썽덩어리가 산술논리-연산장치(ALU, arithmetic-logic unit)다.
전기를 많이 쓰고 열도 많이 낸다. 이 말썽쟁이 ALU는 한 손에 64bit씩, 양 손으로 총 128비트 데이터를
주고받는다. 여태껏 ALU는 일이 적어도 게으름을 폈다. 데이터량이 적어 한 손만 까딱거려도 될 때도 양 손을
부릴 때처럼 전기를 낭비하고 열을 심하게 냈다. 예전까지만 해도 '일이 많고 중요한 장치니까 별수없다'고
그냥 넘어갔었지만 인텔은 펜티엄 듀얼코어에서 사정 볼것없이 확 틀어쥐어버렸다.
문지기는 ALU나 데이터 통로를 지키다가 어느 누가 어느 곳에서
빈둥대고 놀 때는 공급하는 전기를 가차없이 끊어버린다. 문지기가 가혹해 보여도 전체성능은 떨어뜨리지 않으면서
낭비되는 전기를 알뜰하게 쥐어짜내는 것이다. 이 기술을 종전 전력관리 기술과 맞대보면 인텔이 얼마큼 저전력
저발열을 신경 썼는가 짐작하기 쉽다. 인텔이 앞서 선보였던 '다단계 속도조절'(Intel Speed- Step®
Technology)은 단순히 동작주파수를 낮췄을 뿐이다.
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CPU
회로 속에 담긴 캐시메모리는 어떻게 효율이 좋아졌을까. 여기서 잠깐 예를 들어 이해를 쉽게 해보자. CPU를
통틀어 방/, 각 CPU 회로(core)를 마당쇠와 돌쇠/, 캐시메모리를 짚신
만드는 작업책상/이라고 치자. 그렇다면 인텔 듀얼코어 프로세서란 마당쇠와 돌쇠가 한 방에 앉아 새끼를
꼬고 짚신을 만드는 꼴이 된다. 이때 앞선 펜티엄 시리즈는 마당쇠와 돌쇠가 작업책상을 따로 갖춘 구조다.
마당쇠와 돌쇠가 서로 말도 없이 등지고 앉아 자기 일만 했다. 업무협력이 거의 없었다는 얘기다.
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실제로
짚신을 만들 때는 성인용, 아동용, 여성용 짚신 등 종류가 여러 가지다. 또 일꾼들이 어떤 짚신을 만들고 있는가에
따라 생산시간이 각각 다르다. 이때 업무협력이 이뤄지지 않는 상황에서는 어느 일꾼 쪽에서는 재빨리 처리되면서
어떤 일꾼 쪽에서는 한참을 기다리게 된다. 전체를 따져볼 때 생산성이 그다지 좋다고 볼 수 없는 상황이다.
이처럼 지지부진한 생산성을 크게 개선한 것이 코어2 듀오 프로세서다. 마당쇠와 돌쇠가 하나의 커다란 작업
책상 한 곳에 둘러앉아 짚신을 만드는 구조로 갖춘 것이다. 그 덕에 지푸라기는 기다리지 않고 한 책상으로 꾸준히
들어가기만 하면 된다. 마당쇠와 돌쇠가 한 책상에 앉았으니 업무협력도 잘 된다. 작업책상을 니것내것 따지지
않고 한 마음으로 똘똘 뭉쳐 전체작업을 빨리 끝내게 된 것이다. 당연히 전체 생산성도 껑충 뛰었다. 펜티엄
듀얼코어 프로세서 또한 같은 기술을 쓰니 성능이 좋을 수 밖에 없다.
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이처럼
스마트 캐시는 두 일꾼이 한 작업공간을 나눠 쓰게 하는 기술이다. 결국 캐시 메모리를 코어마다 두지 않아도
되니까 1개뿐이라도 코어 갯수만큼 따로 얹은 효과를 얻는다. CPU는 캐시 메모리가 많은 것처럼 일하지만 사실은
1개뿐이라서 전기를 적게 먹는 것이다. 이뿐 아니라 캐시 메모리 양을 크게 늘리기 쉽다. 이 때문에 인텔이
펜티엄 듀얼코어의 성능을 올릴 때 CPU회로(core) 갯수를 늘려 담으면 된다. 이것이 전기를 적게 쓰고도 놀라운
성능을 뿜게 한 일등공신 '스마트 캐시'의 비법이다.
인텔이 뽐내는 '향상된 스마트 캐시' 기술은 앞선 '스마트 캐시'보다 자랑스러운 재주를 몇몇 더 갖췄다.
허리띠 끊어지게 졸라매는 발전된 전력관리/ 눈치 빠르게 필요한 지푸라기를 알아서 책상에 미리 얹어 놓는 프리페치(pre-fetch)
알고리즘, 일꾼들이 지푸라기를 끌어다 쓰기 쉽게 고친 향상된 데이터공유 효율이 그것이다. |
사실 성능향상은 어느 한 부분만 고친다고 해서 이뤄지지는 않는다. 곳곳에서 성능 향상을 노력해야 비로소
전체성능이 뛰는 것이다. 메모리도 빠질 수 없는 요소다. CPU 속에 담긴 캐시메모리든 시스템 메모리인
램이든 마찬가지다. 따라서 인텔은 굼벵이같던 메모리 작동구조를 성능개선의 중요한 요소로 보고 칼을 들이댔다.
메모리 속에서 데이터들을 꺼내고 저장하는 과정에서 뜸들이는 명령과 뜸들이지 않는 명령의 순서를 좋게 바꿨다.
인텔은 이 메모리 기술만 쳐도 전체성능이 15%정도 오른 것으로 보고 있다.
실제로는 어떻게 돌아가는 모습일까? 사실은 간단하다.
뜸들이고 시간이 더딘 명령(load)을 먼저 띄우고 빨리 움직이는 명령(save)을 나중에 수행하는 방법을 써서 지연시간을
크게 줄였다. 또 데이터를 최대한 빨리 넣고 빼기 쉬운 위치에 골라 담는다. 이 때 눈치 빠른 메모리 명확화(memory
disambiguation) 기술과 알아서 척척 데이터를 갖다 바치는 프리펫처가
큰 도움이 된다.
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메모리 명확화 메모리 속에 저장된 명령들이 실제로 수행되기 전에 실행될 데이터를 미리 불러들이는 게 핵심인 기술이다. 물론
이렇게 눈치 빠른 것은 특수 지능 알고리즘을 갖췄기 때문이다. 이러한 스마트 메모리 엑세스 기술이 이론상 제대로 활용된다면
CPU는 뜸들일 틈 없이 계속 일하게 된다. 인텔 기술이 CPU가 숨돌릴새 없이 꾸준히 데이터를 넘겨주기 때문이다. 때때로
스마트 메모리 기술이 눈치 빠르게 행동했지만 흔하지 않게 이 데이터가 아니다 싶을 때가 있다. 이때도 빠른
눈치로 정확한 데이터를 불러들이고 명령을 수행한다.
인텔 스마트 메모리 엑세스는 빠뜨릴 수 없는 중요한 기술을 하나 더 지닌다. 프리펫처가 그것이다. 프리펫처는 무엇
무엇이 필요하다고 보여지면 데이터를 찾기 전에 먼저 꺼내 놓는 것이다. 이런 귀염둥이 프리펫처는 L1캐시와 L2
캐시 메모리에 각각 2개씩 자리잡았다. 이 프리펫처는 실제로는 여러 데이터의 흐름과 탐색, 유형 따위를 파악해서 눈치
빠르게 행동하는 것이다. 그 덕에 캐시와 메인 시스템 메모리 사이에서 생기는 뜸들이는 시간이 크게 줄어든다.
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코어2 듀오 프로세서가 괴력을 뽐내게 된 원동력을 꼽으라면 높아진 전송대역을 빼놓을 수 없다. 'Intel®
Advanced Digital Media Boost'가 그것이다. 이 기술은 SSE(Streaming
SIMD Extensions)명령을 빠르게 처리해서 소프트웨어 성능을 쫘악 끌어올린다. 큰 혜택을
보는 소프트웨어는 비디오, 이미지, 사진편집, 금융, 기술, 과학, 암호화 관련 프로그램이다. 펜티엄
듀얼코어 프로세서도 이와 같은 재주를 부린다.
코어 프로세서가 SSE명령을 어떻게 다루길래 소프트웨어 성능이 크게 뛰었는지 알아보자. 앞선 펜티엄에서는
128bit짜리 SSE/ SSE2/ SSE3 명령을 두번의 클럭주파수마다 64bit씩 나눠서
처리했다. 128bit를 처리하려면 두번 주파수가 뛰어야 한다는 얘기다. 인텔 코어2는 어드밴스드
디지털 미디어 부스트 기술을 부려서 128bit로 한번에 끝내게 한다. 클럭주파수당 처리하는
데이터량이 2배이상 뛰었기 때문에 그래픽, 비디오, 오디오와 같은 멀티미디어 환경과 SSE 명령들을
쓰는 소프트웨어가 탁월한 성능으로 돌아가게 된 것이다. |
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코어2 듀오가 진정한 듀얼코어 프로세서로 올라설 수 있었던 후원자는 65nm 제조공정 덕이다. 코어
듀오의 CPU 코어는 맨눈에 보이지 않을 정도인 10억분의 65미터 전선들이 얼기설기 회로 구성이 돼
있다. 펜티엄 듀얼코어 프로세서 또한 미세한 65nm 공정의 회로 구성이 되어있다.
이 회로에는 인텔이 자랑하는 2세대 인장실리콘, 빠른 구리 상호연결 8층 레이어, 저유전체, 고성능
절전 트랜지스터로 이뤄진다. 이 중에서 가장 작고 성능이 좋은 35nm짜리 '데이터 출입구'
트랜지스터가 압권이다. 보통 펜티엄4 프로세서의 트랜지스터 출입구가 50nm이니까 얼마큼 좋게 했는지
알 수 있다. 빠르고 작은 트랜지스터는 프로세서 성능을 높이는 기본이라는 것을 여실히 보여준다.
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인텔
정품박스에 함께 든 CPU쿨러를 꼼꼼히 살펴보면 좋게 바뀐게 눈에 띈다. 이 중에서 냉각 팬 날개
모양이 눈길을 끈다. 앞선 쿨러는 비행기 프로펠러처럼 날개 사이가 벌어지고 폭이 작았다. 날개가
빠르게 회전하지만 시끄러운게 흠이다.
펜티엄 듀얼코어와 함께 짝을 이루는 쿨러는 날개를 좋게 고쳤다. 마치 오리발의 물갈퀴 같다. 우리가 흔히 보는
선풍기처럼 날개와 날개 사이가 좁고 폭이 넓다. 한번 돌아서 바람을 많이 일으키는 구조로 바꾼
것이다. 또 날개 폭을 넓게 해서 소음도 줄였다.
이뿐 아니라 펜티엄 듀얼코어의 CPU쿨러는 서멀 그리스도 아이디어 좋게 발라뒀다. 원래 서멀그리스는 많이
바를수록 오히려 좋지 않다. 서멀그리스는 CPU와 방열판 사이의 틈을 매꿔 열전달율을 좋게 하는게
주요 목적이기 때문이다. 따라서 서멀그리스를 너무 많이 발라두면 서멀그리스가 열 전달통로를 가로막는
꼴이 된다. 인텔은 이러한 약점을 간파했는지 서멀그리스를 지능적으로 얇게 발랐다. CPU 닿는 면에
서멀그리스를 띄엄띄엄 조금만 바른 것이다. 실제로 쿨러를 CPU위에 얹고 밀착하면 서멀그리스가 얇게
퍼진다.
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CPU와 함께 박스에 담은 쿨러다. 메인보드의 4핀 전원연결선에 꽂아 쓴다. |
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CPU와 맞닿는 곳은 알루미늄을 쓰고 서멀 그리스를 미리 발라두어 열전도율을 극대화 했다.
펜티엄 듀얼코어 프로세서 쿨러는 예전 쿨러보다 서멀그리스를 적게 발랐다. 원래 서멀그리스는 많이 바르는 것보다
조금만 얇게 발라야 열 전달이 잘 되기 때문이다. |
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KC인증
