Emong의 컴퓨터개론 CPU - 2편

우선 CPU의 제조사는 크게 intel(인텔)과 AMD(암드)가 있다.

INTEL		AMD

예전엔 크게 차이고 안났고 한때는 amd가 더 잘나갈때도 있었지만..... 

크 암드의 영광을 대충 설명하자면 CPU를 제조방식에 따른 개이득인 경우였다. 이게 무슨 뜻이나면 CPU제조방법 같은 경우엔 아주 특이한 방식을 이용한다.

CPU는 엄청 길고 커다란 실리콘 원판을 잘라서 만드는데 그 크고 거다라고 웅장하고 거대한 실리콘판에 이물질이 끼어있을 경우도 있고 이래저래한 경우가 있어서 만드는 주차에 따라서 성능이 조금식 달라진다. 이걸 보고 수율이 좋다 나쁘다라고 표현한다. (수율이 좋으면 낮은 전압으로 높은 클럭으로 쉽게 오버가 가능하다.)

생산 방식이 이렇다보니 판매방법도 특이하다.

예를 들어 CPU를 만들었는데 CPU가 4.2클럭까지 나온다 그럼 얘를 4.0으로 낮춰서 4.0으로 판매하고 4.0까지 나온다 그럼 3.8로 판매하고 그런식이다.

코어의 경우에도 비슷하다 4코어칩을 생산하는데 불량품으로 3~4번 코어가 원하는 만큼 성능이 안나온다. 그럼 그 2코어를 죽이고 정상적인 2코어만 돌아가게끔 만든다음 2코어로 판매하는 것이다. 물론 4코어가 다 정상적인 성능을 보여준다면 4코어로 판대한다.

AMD의 경우도 그렇게 판매하고 있었는데 2코어 3코어로 판매했던 제품중에 간혹 4코어로 세상에 나왔던 얘들이 있었던 것이다. 근데 이 CPU를 AMD사에서 코어를 물리적으로 잘라낸게 아니고 SW적으로 잘라내버려서 바이오스만 따로 입히면 2, 3 코어였던 녀석들이 4코어로 변신하는 것이었다.

하지만... 지금은 그 옛날의 영광을 다 잃고 적어도 CPU계에선 퇴물이 되어버렸다. 망해버려도 이상하지 않을만큼 CPU점유율이 처참한데 미국의 독점법에 따라서 AMD사가 망해버릴 경우에 intel사가 엄청난 세금을 독박써야하기 때무에 intel사에서 "암드야 망하지마...." 하면서 돈을 대주고 있는 실정이다.

나중에 컴퓨터를 살 때보면 전반적으로 AMD의 코어클럭이 인텔의 그것보다 더 높은 것을 살펴 볼 수 있을 것이다. 하지만 ipc 즉, 코어당 연산능력이 intel에 비해 현격히 떨어지므로 코어클럭만 높을뿐이지 실성능은 인텔이 더 좋다. (앞으로 나올 AMD의 새 CPU ZEN을 기대중이다)

인텔의 CPU에 대해 설명하자면

팬티엄1~4, 코어2듀오, 콘로, 울프데일, 켄츠필드, 볼륨필드 등등 다 제끼고 굳이 한두개정도 알아가자면

1. Q6600 = 켄츠필드라는 희대의 역작, 이하 켄츠할배 이놈은 쿼드코어의 시초로써 은박지로 간단한 오버클럭(성능을 끌어올리는 마법)이 가능했고 그리고 현재까지도 오버클럭을 통해 현역으로 노동하시고 계시다. 2. E8400 = 울프데일. 듀얼코어이긴하나 클럭이 높아서 피시방 컴터로 자주사용. 현재도 롤같은 캐쥬얼 게임정도야 충붕히 돌린다. (필자가 한대 컴알못일때 소켓을 확인 안하고 구매했다가 낭패를 본....OTL) 3. Q9550 , 제논5450 = i3, i5, i7이 나오기 이전 가장 성능이 높은 CPU군

현재 인텔의 CPU...

팬티엄 - 코어2듀오 - 콘로 - 울프데일 - 켄츠필드 이하 등등등...으로 라인업을 내던 인텔은 이른바 틱-톡 전략을 앞세어 I시리즈를 출간하기에 이르렀다.

각 세대별로 1세대 - 란필드 / 1156소켓 2세대 - 샌디브릿지 / 1155소켓 32nm 3세대 - 아이비브릿지 / 1155소켓 22nm 4세대 - 하스웰 / 1150소켓 22nm 4.5세대 - 하스웰 리프레시 / 1150소켓 22nm 5세대 - 브로드웰 / 14nm(모바일(노트북), 익스트림군만나옴 일반 CPU없음) 6세대 - 스카이레이크 / 1151소켓 14nm 6.5세대 - 카비레이크 / 1151소켓 7세대 - 캐논레이크 공통점을 느겼는가? 그렇다. 2세대 -3 세대는 브릿지 4세대 -5 세대는 웰 6세대 - 7세대는 레이크

이는 앞의 서술했던 틱-톡 전략의 산물로써 뒤에 접미사가 바뀌면 아키텍쳐도 바뀐다고 알면 된다.

틱톡 전략은

틱 : 제조공정을 미세화 하는 일종의 페이스 리프트 개념

톡 : 아키텍쳐를 새로 변경하는 단계로 사실상 완전히 새로운 프로세서

로 설명할 수 있으며 공정이 달라도 아키텍쳐가 같은 경우엔 비슷한 컴퓨팅 시스템이라 소켓 호환이 가능한데 아키텍처가 바귀어버리면 소켓을 다르게 출시하면서 메인보드 호환이 안된다.

하지만.... 인텔의 틱-톡 전략도 이제 막을 내리게 도니다.

쉽게 알 수 있는 대목이 하스웰과 브로드웰 그리고 스카이레이크의 경우다.

it업계에는 무어의 법칙 이란게 존재한다. 무어의 법칙이 무엇이냐하면 12~18개월마다 반도체 집적도는 2배 향상된다는 것이다. 이는 같은 크기의 판 위에 1코어를 2코어로 만들 공간이 나온다는 이야기이다.

집적도 2배향상 → 기존의 1/2배 면적이 필요 → 길이 루트(1/2)필요 = 1/1.414 = 0.7배

즉 , 집적도가 2배 향상되려고하면 가로 세로가 각각 기존의 70퍼센트로 줄어들면 된다.

여기서 집적도가 향상되면 뭐가 좋냐? 라고 물을 수 있을텐데, 간단하게 성능을 높이는데 가장 일반적으로 생각할 수 있는 경우를 상정해보면 된다. → 클럭을 높이자! (오버클럭)

클럭을 1.4배로 높이면 단연히 필요한 전기(전압)도 1.4배 늘어난다.

하지만 전기를 너무 주면 반도체 회로가 타버린다. 즉, 버려야함

하지만 여기서 공정향상이라는 해결책이 등장한다.

#공정향상 공정향상이 2배로! 하면 트랜지스터를 기존과 같은 면적에 2배로 넣을 수 있는 장점이 있긴한데 사실 더 중요한 점이 있다. 좌, 우 길이가 70%줄어들면 필요한 전압도 70%줄어든다. → 정전 용량도 기존의 70% 감소 → 이 전기를 가두는 gate의 산화막이 얇아진다. (더 가둘 필요가 없어지니깐) → on, off시 산화만 생성/제거 속도가 빨라진다. → on, off 스위칭이 빨라진다.(속도가 빨라짐)

요걸 정리하면

클럭 1.4배 높이고, 공정 2배 향상시 = 1.4 x 0.7 = 0.999 = 1

로써 기존에 필요한 전압과 동일한걸 볼 수 있다.

공정을 작게 했는데 속도가 빨라진다.(클럭업 & 집적도 2배향상을 하면)

또는 속도는 그대로이고 ,공정을 작게 했는데 전기를 덜 먹는다!

이러한 이유로 반도체 업체들이 공정향상에 ㅁ고숨을 걸 듯이 집착하는 것이다.

But, 이것도 한게에 당착하게 되는데..

필요 전압이 줄언드는 핵심파트인 gate 산화막....

이게 공정이 130mm보다 아무리 작아져도 산화막 두께가 그대로 되어버린다는 것이다.

작게 만들어도 필요한 전압이 같음, 집적도 늘어갈수록 트랜지스터 수는 늘어남 

>작게 만들어도 일정량 트랜지스터 밖에 전기를 못줌

>전기가 들어가지 않는 부분이 늘어남

>해당 부분은 죽은 반도체 마찬가지(dark slicon)

이러한 이유들로 인텔의 틱-톡이 전략이 망해가고있다.

CPU를 꾸준히 잘 찍어내고 있던 인텔에서는 기술상의 문제로 새로운 공정을 도입한 5세대 브로드웰이 나와야하는데 그게 넘나 힘들었다.

그래서 4세대인 하스웰을 하스웰리프레쉬로 리비젼하기에 이르렀다.

IPC 소폭향상 코어 클럭 소폭향상 등등 하지만 어찌됬건 지네가 주장했던 틱-톡전략을 이뤄내지 못한건 사실이고 심지어 당므 세대인 스카이레이크 또한 예정시기보다는 조금 늦게 출시되었다.....

설상가상으로 카비레이크 마저 출시시기가 늦어지고 나오라는 캐논레이크는 안나오고 스카이레이크 리비젼버전이 되버린 카비레이크가 출시되게 됬다.

요즘 CPU는 내장그래픽을 가지고 있는데 스카이레이크로 넘어오면서 내장그래픽의 성능을 획기적으로 발전 하였다.

아마 다음세대인 카비레이크에선 여기서도 제법 대폭 더 성능이 올라갈 것 같으니 캐쥬얼 게임용도론 논VGA 견적을 충분 히 짤 수 있을것이다.

다만 내장그래픽같은 경우엔 색감이 좋지도 않을 뿐더러 보통 VGA에 있는 VRAM 이 내장그래픽엔 없어서 메인보드의 램을 빌려쓴다.

하지만 대게 그래픽카드에 붙여진 램보다 메인보드의 램이 성능이 조금 떨어지기도하고 또 대역폭또한 떨어져... 메모리를 듀얼채널로 구성하여 램의 대역폭을 올려주는게 거의 필수불가결하기 때문에 램뱅크또한 하나 더 써야하고 심지어 그래픽드라이버빨로 못받아서 같은 급의 외장그래픽카드보다도 성능이 훨~씬 떨어진다.

#몇가지 자잘한 TIP ※ ipc - 예를 들자면 2세대인 샌디브릿지 i5 3.0Ghz와                    6세대인 스카이레이크 i5 3.0Ghz가  코어클럭이 3.0Ghz로 동일하기 때문에 성능이 같을까? 정답은 당연히 x다. ipc가 다르기 때문이다. 보통 한세대당 ipc가 작네는 10%내외 크게는 10%를 상회할 만큼 올라간다. 그리하야 스카이레이크 i5 3.0Ghz가 성능이 훨씬 좋다. 겨우 10%?라고 할 수도 있겟지만 이게 누적 그리고 또 누적이 되어 지금에 이르러 샌디브릿지 i5 2500과 스카이레이크 i3 6100이 비슷한 수준에 이르렀다. 아무리 연식이 좀 되었다 한들... 2코어 4스레드랑 4코어 4스레드랑 성능이 비슷하단 말이다.(심지어 풀로드 기준이다.) 그마저도 단일코어나 2코어 지원게임에선 i3가 훨~씬 더 성능이 좋다...

CPU 벤치마크