멀티코어 프로세서가 `테라시대` 연다

멀티코어 프로세서가 `테라시대` 연다
📁관련 통계자료 다운로드인텔 쿼드코어 프로세서 제품군 지원

 ‘대세는 멀티코어 프로세서다.’

 처리속도 대한 컴퓨터 사용자의 요구는 끝이 없다. 사용자들의 성능 향상 요구가 다양해지고 있다. 더 작고 강력한 휴대형 기기, 배터리 수명 연장, 소음이 작은 데스크톱 PC를 원한다.

 지난 65년 ‘칩의 트랜지스터 수가 2년마다 두 배가 된다’는 무어의 법칙이 처음 소개됐을 때, 평균 칩 수는 2000개 미만. 여기에 비하면 요즘 칩은 물리적인 크기가 작아졌을 뿐 아니라 트랜지스터 수도 600만개에 이른다. 칩의 성능 향상은 주로 주파수의 빠른 발전(83년부터 2002년 사이에 5㎒에서 3㎓로 증가)과 공정기술 발달에서 비롯됐고 클록 주기당 명령처리 수(IPC)의 증가도 한 몫 했다.

  2002년까지는 전력소모 증가와 이로 인해 발생하는 열 때문에 성능 향상 방법으로 주파수를 사용하는 데 한계가 나타나기 시작했다. 칩의 성능을 끌어올리기 위해서는 무어의 법칙에 따른 주파수 강화와 IPC 증가 외에 새로운 사고가 필요하게 됐고 이 새로운 사고에 대한 해답은 멀티코어 프로세서로 모아졌다.

 하나의 프로세서에 여러 개의 실행 코어를 탑재함으로써(클록 주기도 증가) 프로세싱 능력을 향상시킬 수 있게 됐다. 멀티코어 프로세서를 이용해 PC의 성능을 높이고 연산 자원을 늘릴 수 있게 된 것이다. 듀얼코어, 코어2듀오, 코어2쿼드 등이 그것이다.

 ◇멀티코어 원리=멀티코어 프로세서는 여러 개의 코어를 탑재하기 때문에 개별 코어가 보다 낮은 주파수에서 작동할 수 있다. 또 일반적으로 싱글코어에서 소모되는 전력을 여러 코어에 분산시키는 효과도 있다. 인텔 연구소가 일반적인 작업 처리량을 기준으로 실험한 결과, 싱글코어의 클록 주기를 20% 높이면 성능은 13% 올라가지만 전력 소모량은 73%가 증가했다. 반면, 클록 주기를 20% 낮췄더니 전력 소모량은 49%까지 낮아지면서도 성능저하는 13%에 그쳤다. 두 번째 코어를 추가해서 실험을 진행했더니 듀얼코어 프로세서는 클록 주기가 20% 낮춘 상황에서 싱글코어 프로세서가 최대 주파수에서 소모하던 전력을 이용하면서 73%의 성능 향상 효과를 보였다.

 전력과 주파수의 기본 관계는 코어 수를 2, 4, 8개로 늘리는 데 효율적으로 사용할 수 있다. 전력 소모량을 늘리지 않고도 지속적으로 성능을 향상시킬 수 있다. 동급 싱글코어 프로세서에 비해 애플리케이션 성능을 최대 70%까지 끌어올릴 수 있다.

 ◇기반기술=요즘 반도체 업체가 안고 있는 고민 중 하나는 PC·전화기·PDA 등 휴대형 기기의 소형화추세에 맞추고, 좁은 공간에 많은 칩을 탑재해 효율성을 높이고 비용을 줄일 수 있는 방법이다. 이를 위한 가장 손쉬운 방법은 웨이퍼 두께를 줄이는 것. 현재 90나노 공정에서 작업하는 업체들이 빠른 속도로 65나노로 전환하고 있다. 그러나, 단순히 칩을 더 작게 만들어 모든 것을 그 안에 집어넣는 것 만으론 답이 안 나온다. 많은 트랜지스터를 좁은 공간에 들어갈 수 있을 정도로 작게 만들면 전력 및 열 손실 문제가 발생하기 때문이다.

 이런 문제를 해결하기 위해서는 기존 프로세스를 단순히 기술적으로 연장하는 것이 아니라 시스템과 칩, 기술이 모두 유기적으로 결합해야 한다. 회로가 작동하지 않을 때 작은 회로에서 유출되는 전력 손실을 잡는 것도 중요하다. 해결 방법은 칩의 전반적인 전력 필요량을 줄일 수 있도록 게이트 길이와 두께를 줄여 게이트 전기용량을 낮추는 것이다. 이처럼 특수하게 고안된 초절전 65나노 칩들은 일반 칩에 비해 전력 유출량을 1000분의 1수준으로 줄어드는 효과를 나타냈다.

 ◇멀티코어프로세서-컴퓨팅의 미래=인텔은 기기의 지능 강화, 디지털 데이터 급증 등을 비추어 볼 때 앞으로 10년간 출시될 애플리케이션은 지금까지 출현한 그 어떤 제품보다도 연산 능력이 강화될 것으로 예상했다. 이른바 ‘테라시대’라고 불리는 이 시기에는 소비자들이 정보처리를 위해 테라플롭(초당 1조번의 부동소수연산) 수준의 연산 능력과 테라바이트(1024기가바이트)급 데이터 저장 능력을 필요로 하게 될 것으로 내다봤다. 그런 의미에서 멀티코어 프로세서의 발전은 테라급 컴퓨팅의 초석을 마련하는 계기가 될 전망이다.

 멀티코어 프로세서는 의약에서 IT까지 모든 분야에서 발전을 구현할 새로운 제품개발을 촉진할 뿐 아니라 디지털오피스, 디지털 홈, 이동중에 구현되는 컴퓨팅 작업, 컴퓨터 게임에 일대 혁신을 가져올 것이라는 게 전문가들의 예상이다.

 주문정기자@전자신문, mjjoo@etnews.co.kr

◆쿼드코어 프로세서

 현재 출시된 쿼드코어 프로세서는 인텔의 ‘인텔제온5300’(서버용)과 ‘인텔코어 2 익스트림’(데스크톱PC용)이 있다. 인텔의 쿼드코어 프로세서 출시는 사실상 멀티코어 PC시대의 신호탄이 됐다.

 인텔은 이미 4년 전에 인텔 하이퍼-스레딩 기술을 통해 멀티코어 기술에 한 발짝 다가섰고 지난해 4월엔 두 개의 코어를 탑재한 듀얼코어 PC프로세서를 발표하기도 했다.

 폴 오텔리니 인텔 CEO는 “쿼드코어 출시는 새로운 컴퓨터 시대의 개막을 예고한 것”이라며 “쿼드코어 프로세서는 과학기술 발전과 엔터테인먼트, 비즈니스에 새 가능성을 제시할 것”이라고 밝혔다.

 서버용 ‘인텔 제온’은 모두 4가지로 1.60㎓에서 2.66㎓ 사이의 클록속도와 1066㎒에서 1333㎒의 프런트사이드버스(FSB) 속도를 구현한다. 또 80W 열설계전력(TDP) 또는 성능이 최적화된 120W 중 하나를 옵션으로 선택할 수 있다. 이 제품군은 주요 업계 표준 벤치마크에서 잇따라 세계 신기록을 세우기도 했다.

 인텔은 내년 1분기 중에 50W TDP의 저전력 쿼드코어제온 프로세서와 함께 싱글 소켓 서버 및 워크스테이션용으로 개발된 버전도 출시할 예정이다.