[정보-컴퓨터] Intel 대 AMD 프로세서 비교: Ryzen과 코어 CPU 아키텍처의 차이 설명

인텔과 AMD는 50년 이상 동안 두 개의 주요 마이크로프로세서 회사였다. 두 사람 모두 x86 아키텍처를 사용하여 프로세서를 설계하지만, 지난 10여 년간 CPU는 전혀 다른 경로를 취해왔다.

 

2000년대 중반 불도저 칩의 도입으로 AMD는 인텔에 밀리기 시작했다. 낮은 IPC와 비효율적인 디자인의 조합은 회사를 거의 바닥으로 내몰았다. 이것은 거의 10년 동안 계속되었다. 2017년 선 마이크로아키텍처가 등장하면서 테이블이 돌기 시작했다.

 

새로운 Ryzen 프로세서는 IPC, 단일 스레드 성능, 그리고 특히 MCM 또는 모듈식 칩렛 기반 설계로의 전환에 초점을 맞추어 AMD의 CPU 접근 방식을 완전히 다시 상상했다. 한편, 인텔은 2011년 샌디 브리지의 도착 이후 그들이 했던 것과 거의 똑같이 일을 계속하고 있다.

 

 

이 모든 것은 Zen으로 시작했다.

1, 2세대 라이젠은 코어 i5-7600K와 같은 부품보다 더 많은 코어와 더 많은 스레드를 제공함으로써 인텔의 미드레인지 노력에 스포일러를 했다. 그러나 대기 시간과 같은 하드웨어 측면의 문제와 라이젠에 최적화된 게임의 부족은 인텔이 여전히 게임 작업 부하에서 상당한 성능 우위를 점한다는 것을 의미했다. 이 모든 것은 7nm Zen 2 디자인을 기반으로 한 라이젠 3000 시리즈의 도착과 함께 바뀌었다.

 

IPC가 획기적으로 개선되었다는 것은 AMD가 더 많은 코어를 제공할 수 있을 뿐 아니라 단일 스레드 성능에서도 인텔과 어깨를 나란히 할 수 있다는 것을 의미했다. 스카이레이크 리프레시-리프레시-리프레시-리프레시-리프레시-리프레시-리프레시-리프레쉬를 구매한다고 해서 반드시 더 좋은 프레이머테이트를 얻는 것은 아니다. 지금까지 인텔의 카운터에서는 모든 가격대에 더 많은 코어와 스레드를 제공했다. 10세대 i3는 현재 7세대 Kaby Lake Core i7-7700K보다 성능이 뛰어나다. 그리고 톱티어 i9 파트는 이전에는 Xeon에서만 볼 수 있었던 코어 카운트를 가지고 있다. 프로세서 시장은 변화하고 있으며, 많은 부분이 인텔과 AMD의 프로세서 설계에 대한 다양한 접근 방식과 관련이 있다.

 

AMD와 인텔은 그들의 프로세서 설계 철학에서 근본적으로 다른 길을 걷고 있다. 여기 그 차이를 이해하는 데 도움이 될 성가신 초등학교 비유가 있다. 어떤 과일이 더 많은가? 수박이나 사과 1킬로? 하나는 정말 큰 과일이다. 그리고 다른 하나는, 음, 작은 과일들이 많이 있어. 다음 섹션에서 깊이 잠수할 때 명심하십시오.

 

 

Intel 단일 프로세서 설계와 AMD Ryzen Chiplets 비교

인텔은 프로세서 디자인에 대한 단일 접근법을 따른다. 이것이 의미하는 바는, 본질적으로, 주어진 프로세서에 대한 모든 코어, 캐시 및 I/O 리소스가 물리적으로 동일한 단일 칩에 있다는 것이다. 이 접근법에는 몇 가지 분명한 이점이 있다. 가장 눈에 띄는 것은 지연시간 단축이다. 모든 것이 동일한 물리적 기질에 있기 때문에 서로 다른 코어는 통신, 캐쉬 액세스 및 시스템 메모리에 액세스하는 데 훨씬 더 적은 시간이 소요된다. 대기 시간이 단축됨. 이것은 최적의 성능으로 이어진다.

 

다른 모든 것이 동일하다면, 단일 접근 방식은 항상 최고의 성능을 제공할 것이다. 하지만 큰 단점이 있다. 이것은 비용과 규모 면에서 그렇다. 우리는 지금 실리콘 수율의 경제성을 잠깐 살펴볼 필요가 있다. 좀 더 복잡해질 거야

 

 

단일 CPU는 최고의 성능을 제공하지만 비용이 많이 들고…

제조자가 CPU나 (또는 그 문제에 대한 어떤 실리콘 조각)을 제조할 때 그들은 거의 100%의 수율을 관리하지 않는다. 수율은 만들어진 사용 가능한 부품의 비율을 가리킨다. 인텔의 14nm++와 같은 성숙한 프로세스 노드에 있다면 실리콘 수율이 90%를 넘을 것이다. 이는 사용 가능한 CPU가 많다는 것을 의미한다. 그러나 그 반위는 당신이 제조하는 10개의 CPU에 대해 적어도 하나의 결함이 있는 단위를 폐기해야 한다는 것이다. 폐기된 단위는 분명히 돈을 벌기 위해 비용이 들기 때문에 그 비용은 최종 판매가격을 반영해야 한다.

 

낮은 코어 수에서는 단일 접근법이 잘 작동한다. 이는 최근까지 인텔의 주류 소비자 CPU 라인이 4개의 코어를 압도한 이유를 상당 부분 설명한다. 그러나 코어 수를 늘리면 단일 접근 방식은 기하급수적으로 더 많은 비용을 발생시킨다. 왜 이러는 거지?

 

단일 다이에서 모든 코어는 기능적이어야 한다. 8코어 칩을 팹하고 있는데 8코어 중 7코어를 팹하고 있으면 아직도 쓸 수가 없다. 수익률이 90%를 넘는다고 했던 말 기억나? 수학적으로, 모든 추가 코어에 대한 10%의 불량률 스택은 20코어 Xeon으로 말하면, 인텔은 20코어 모두 작동해야 하기 때문에, 모든 사용 가능한 한 코어에 대해 하나 또는 두 개의 불량 칩을 버려야 한다. 비용은 코어 수에 따라 선형적으로만 확장되는 것이 아니라 낭비 때문에 기하급수적으로 확장된다.

 

이 모든 것의 결과는 인텔의 공정이 낮은 핵심 개수에서는 가격과 성능 경쟁력이지만, 얇은 마진이나 손실로 팔리지 않는 한, 더 높은 코어 개수에서는 견딜 수 없다는 것이다. AMD가 Ryzen 3 SKU를 출하하는 것보다 듀얼 코어 및 쿼드 코어 프로세서를 제조하는 것이 훨씬 더 저렴하다. 우리는 그것이 지금 왜 그런지 알게 될 것이다.

 

 

 

Chips, Chiplets and Dies

AMD는 프로세서 설계에 칩렛 기반 또는 MCM(멀티칩 모듈) 접근 방식을 채택한다. 각각의 Ryzen CPU를 슈퍼 글루-AMD의 인피니티 패브릭과 함께 결합된 다중 이산 프로세서로 생각하는 것이 타당하다.

 

One Ryzen Chiplets(CCX라 함)은 L3 캐시와 함께 4코어 8스레드 프로세서를 탑재했다. 두 개의 CCX가 CCD에 함께 붙어 젠 기반 라이젠과 에픽 CPU의 기본 구성 블록을 만든다. 단일 MCM(멀티칩 모듈)에 최대 8개의 CCD를 쌓을 수 있어 스레드리퍼 3990X 등 소비자 라이젠 프로세서에 최대 64개의 코어를 넣을 수 있다.

 

이 접근법에는 두 가지 큰 이점이 있다. 우선, 비용은 핵심 개수에 따라 다소 선형적으로 확장된다. AMD의 폐기율은 기껏해야 기능적인 4코어 블록(단일 CCX)을 만들 수 있는 것과 비례하기 때문에 결함이 있는 CPU의 대량 재고를 쏟아낼 필요가 없다. 두 번째 장점은 결함이 있는 CPU를 스스로 활용하는 능력에서 나온다. 인텔이 그것들을 그냥 버리는 반면, AMD는 다른 코어 수를 달성하기 위해 CCX 단위로 기능 코어를 비활성화한다.

 

예를 들어, Ryzen 7 3700X와 3600 모두 8개의 코어를 가진 단일 CCD(또는 2개의 CCX)를 특징으로 한다. 3600은 각 CCX에 하나의 코어가 있어 8개 대신 6개의 기능 코어를 제공한다. 당연히 인텔보다 경쟁력 있는 가격으로 6코어 부품을 판매할 수 있다.

 

Chiplet 접근 방식에는 큰 단점이 있다: 지연 시간. 각각의 칩은 별도의 물리적 기질에 있다. 물리 법칙 때문에, 이것은 라이젠 CPU가 인피니티 패브릭을 통한 통신에 대해 지연 시간 페널티를 발생시킨다는 것을 의미한다. 이것은 1세대 라이젠과 함께 가장 눈에 띄었다. 따라서 Infinity Fabric은 메모리 클럭과 관련된 속도를 높이고 메모리를 오버클럭하여 CPU 성능을 눈에 띄게 향상시켰다.

 

AMD는 거대한 L3 캐시를 위한 마케팅에 불과한 소위 "게임 캐시"를 사용하여 Ryzen 3000 CPU로 이 문제를 해결할 수 있었다. L3 캐시는 시스템 메모리와 CPU 사이의 중간이다. 전형적인 프로세서는 소량의 L3-Intel의 i7 9700K를 가지고 있으며, 예를 들어, 단지 12MB의 L3만 가지고 있다. AMD는 3700X에 32MB의 L3와 3900X에 64MB의 엄청난 L3를 페어링했다.

 

L3 캐시는 서로 다른 코어 사이에 고르게 분산되어 있다. 캐시의 양이 증가한다는 것은, 약간의 지능적인 스케줄링을 통해 코어가 필요한 것을 더 많이 캐슁할 수 있다는 것을 의미한다. 이 버퍼는 Infinity Fabric에서 발생하는 지연 시간 페널티를 대부분 제거한다. 결과적으로, 라이젠 3000은 게임을 포함한 거의 모든 작업에서 커피 호수보다 동등하거나 더 나은 성능을 제공한다.

 

 

칩렛 또는 모놀리식: 어느 것이 더 나은가?

인텔과 AMD가 채택한 접근법에는 옳고 그름이 없다. 하지만, 칩릿 접근법은 앞으로 우리가 더 많이 보게 될 것 같다. 이는 2년마다 처리 능력을 두 배로 늘려야 했던 무어의 법칙이 포괄적으로 느려졌기 때문이다. 개별 프로세서 코어는 2년마다 두 배씩 빨라지지 않는다. 그렇다면 성능 향상에 대한 유일한 해결책은 코어를 넓게 쌓는 것이다.

AMD의 Ryzen 3000 프로세서가 경쟁사의 Intel 칩보다 더 저렴할 뿐만 아니라 더 빠른 이유는 무엇인가?

https://www.hardwaretimes.com/amd-ryzen-3000-processors-deep-dive-analyzing-the-7nm-zen-2-cores/

 

 

Intel vs AMD: Sunny Cove vs Zen 2

최신 인텔과 AMD 칩의 핵심 마이크로아키텍처도 상당히 뚜렷하다.

 

• 당장, 분기 예측 변수는 완전히 다르다. AMD의 Zen 2 코어는 L1 기반 예측을 위해 해시드 퍼셉트론 분기 예측기를 활용하고, L2는 새로운 TAGE 예측기를 활용한다. 인텔의 써니 코브와 스카이레이크 아키텍처는 모두 핵심 클래스 예측기를 사용한다. 표준 32비트 L1 예측 변수와 더 큰 L2 예측 변수가 있다. 불행하게도, AMD와 달리, 인텔은 그것의 프리페쳐와 예측 변수의 더 상세한 세부사항을 비밀로 하기 때문에 우리는 그것에 대해 잘 알지 못한다. 그럼에도 불구하고 두 회사는 지점 예측에 대한 접근 방식이 매우 다르다.

 

• 디코더에 관한 한 인텔의 설계는 5방향 1차 디코더를 가지고 있으며 분기 예측기도 사이클당 최대 6개의 마이크로 op을 제공한다. 반면에 Zen 2 코어는 4방향 디코더를 가지고 있으며 사이클당 최대 8개의 대형 마이크로 op 캐시에서 퓨전된 명령을 얻는다.
• 이름 바꾸기 버퍼와 사용 중지 버퍼도 서로 다른 설계를 사용한다. 인텔의 아키텍처는 공통의 이름/은퇴 버퍼를 사용하는 반면, AMD의 Zen 마이크로아키텍처는 INT와 FP 작업에 대해 서로 다른 이름 변경 대기열을 가지며, 독립적인 224 엔트리 은퇴 대기열을 둘 사이에 공유한다.

 

• 당신이 상상할 수 있듯이, 백엔드는 인텔과 AMD의 프로세서에서도 전혀 다른 이야기다. AMD는 정수와 벡터 대기열을 상당히 일찍 분리하는 반면 인텔은 두 가지 모두에 대해 공통 스케줄러를 가지고 있다. 실행 단위의 핵심 차이점 중 하나는 인텔의 최신 Sunny Cove 코어가 기본 AVX-512 명령을 지원하는 반면 Zen 2 코어는 AVX-256으로 제한된다는 점이다.
• 전자는 사이클당 1개의 512비트 FMA(복수 및 추가) 또는 2개의 256비트 FMA를 수행할 수 있으며, 후자는 4개의 INT 실행과 함께 사이클당 4개의 256비트 명령(2 MUL 및 2 ADD)을 지원한다. 써니 코브에는 각각 iMUL, iDIV, MULHi 등 4개의 ALU가 있다.
• 마지막으로 AMD의 Zen 2 코어는 인텔의 10nm Sunny Cove에 비해 로드스토어 대역폭이 훨씬 넓다. 후자는 더 많은 포트를 가지고 있지만, 전체 대역폭은 로드와 저장소를 포함한 128비트에 불과하다. AMD의 디자인은 512비트 폭에 256비트 L2 캐시 로드와 256비트 L2 로드 대역폭을 가지고 있다.

자세히 보기:

인텔 10nm 아이스레이크 딥 다이브: 써니 코브 건축을 스카이레이크와 AMD의 7nm Zen 2에 비교

https://www.hardwaretimes.com/intel-comet-lake-vs-ice-lake-vs-amd-zen-2-comparing-the-core-and-ryzen-architectures/

 

 

결론

AMD와 인텔은 각각 젠3와 윌로우 코브 형태로 차세대 CPU 마이크로아키텍처를 올해 말 출시할 계획이다. 두 칩 제조사 모두 가능한 최저 전력 수준에서 IPC와 부스트 클럭 증가를 목표로 하고 있다. 인텔은 타이거 레이크에 10nm 노드의 세 번째 반복을, AMD는 Ryzen 4000 데스크탑과 Epyc Milan 프로세서에 TSMC의 7nm+ 공정을 활용할 예정이다.

 

https://www.hardwaretimes.com/intel-vs-amd-processor-comparison-difference-between-the-ryzen-and-core-cpu-architectures-explained/