인텔은 8월 11일(현지시간) 코어 M (Core M) 브랜드를 이용하는 14nm 차세대 브로드웰-Y (Broadwell-Y)의 상세 정보를 공개했다.
브로드웰 프로세서는 데스크탑, 모바일용으로 크게 나눌 수 있는데 데스크탑용은 K 시리즈로 2015년 출시 예정, 모바일용은 이보다 앞서 빠르면 올해 하반기 중으로 공개될 것으로 알려졌으며 이중에 코어 M 브랜드를 이용하는 브로드웰-Y 프로세서도 등장할 예정이다.
코어 M은 인텔의 Tick-Tock (틱톡, 틱은 공정 미세화, 톡은 새로운 아키텍처) 모델로 보면 틱에 해당한다. 즉 하스웰 마이크로아키텍처를 14nm로 공정을 미세화해 개발한 프로세서다. 기본적인 프로세서는 샌디브릿지 (Sandy Bridge)부터 이어지는 CPU와 GPU, PCI-Express, 메모리 컨트롤러 통합과 전용 링버스의 연결 구조는 그대로 유지된다.
코어 M 브랜드를 이용하는 브로드웰-Y는 14nm 공정을 기반으로 하는 인텔의 차세대 모바일용 프로세서로 데스크탑용 브로드웰과는 구분되며 특히 9mm 이하의 팬 없는 저전력 노트북이나 2-in-1, 태블릿PC에 보다 최적화된 것이 주요한 특징이다.
14nm 공정을 기반으로 하는 브로드웰-Y, 코어 M (Core M)
코어 M은 팬리스 태블릿 및 2-in-1 장치를 제공하는 것을 목표로 개발된 프로세서로 이를 위해서 가장 중요한 부분은 제조 공정으로 새로운 프로세서 제품군에는 14nm 공정을 적용한다.
14nm 공정은 프로세서의 새로운 패키지와 소형화, 전원 관리 기능 강화, SoC 레벨의 추가 전력 지원에도 유리하다. 이를 통해 누설 전류는 이전 세대 대비 1/2, 트랜지스터 성능은 10-15% 향상, 작동 전압도 10%가량 낮춰 일반 프로세서의 미세화보다 2배의 전력 절감 실현이 가능한 것으로 알려졌다.
또한 22nm 공정의 핀 간격이 60nm인데 반해 14nm는 42nm로 30%가 짧아지고, 게이트 길이도 22nm가 90nm인데 반해 14nm는 70nm로 22%가 짧아지며 트랜지스터 밀도도 높일 수 있다. 핀의 높이도 22nm는 34nm, 14nm는 42nm로 23%가 높아진다. 이는 트랜지스터의 성능 향상을 가능하게 해주며 인텔은 이를 2세대 트라이게이트 트랜지스터로 부른다.
기존 세대가 22nm 공정을 적용한데 반해 보다 미세화된 14nm 공정을 적용해 하스웰 대비 동일 트랜지스터 집적시 다이 사이즈를 50%, 브로드웰과 같이 확장이 포함되면 63% 수준으로 만드는 것이 가능하다. 때문에 브로드웰-Y는 마이크로 아키텍처 미세화와 내부적인 CPU의 IPC와 GPU 구조를 개선한다는 의미로 틱+ (Tick+)로 표현한다.
패키지 구성을 보면 브로드웰-Y는 하스웰-Y (Haswell-Y) 대비 소형화되는데 하스웰-Y 패키지가 24 x 40 x 1.5mm (폭 x 깊이 x 높이), 브로드웰-Y는 16.5 x 30 x 1.04mm로 구현 면적은 50%, 평면은 30%가 감소되며 제조사는 이를 통해 기존 코어 프로세서 제품 대비 25%의 기판 크기를 절감할 수 있을 것으로 알려졌다.
14nm 공정을 이용하면 활성 전력과 누설 전류 감소, 저전압 동작시 성능 최적화된 설계를 통해 전력 효율이 2배로 늘어나는 등의 전력 효율 개선 비율이 높아지나 제조 비용은 더 높아진다. 이것이 미세공정 도입과 등장이 늦어지는 이유다. 그러나 웨이퍼 1장 단위의 제조 비용은 상승되고 있지만 트랜지스터 당 제조 비용은 하락하고 있는 추세이며 인텔은 14nm 수율이 2015년 상반기가 되면 수요를 충족하는 수준에 이를 것으로 전망했다. 트랜지스터 당 제조 비용이 하락 중이므로 세대를 거치면서 더욱 감소하고 더 많은 트랜지스터를 저렴하게 제조 가능할 것으로 알려졌다.
코어 성능 2배, 그래픽 성능 7배로 향상
인텔의 틱에 해당하는 프로세서는 단순히 공정 수정에 그치지 않고 내부적으로 CPU와 GPU의 개선이 이루어져왔다. 코어 M도 듀얼 코어와 하이퍼스레딩 (Hyper-Threading), 4스레드를 구성한다. 여기에 아웃 오브 오더 (Out-Of-Order) 스케쥴러 확장 저장소 로드에 고속화, 더 커진 L2 TLB (1K에서 1.5K), 새로운 전용 1GB 페이지 L2 TLB, 세컨드 TLB 페이지 처리기, 빠른 부동 소수점 곱셈 (5 사이클에서 3 사이클), Radix-1024 분할 빠른 벡터 수집, 주소 예측 개선, 특정 암호화 가속 명령 개선, 빠른 가상 머신 전환을 바탕으로 하스웰 대비 IPC가 5% 향상됐다.
코어 M에 내장된 GPU는 기존 하스웰 세대가 7.5세대인데 반해 8세대로 교체되었다. 그에 따라 실행 엔진은 20%, 샘플러는 50%, 지오메트리, Z 버퍼, 픽셀 필레이트 작업 성능 향상 등으로 처리 성능이 7배 향상될 것으로 예상된다. 태블릿용 브로드웰-Y는 GT2에 해당하는 구조가 공개되었는데 브로드웰은 울트라북용 브로드웰-U (Broadwell-U), A4 사이즈 노트북용 브로드웰-H (Broadwell-H), PC를 위한 브로드웰-K (Broadwell-K) 프로세서가 있어 보다 다양한 내장 GPU를 탑재한다. 이들에는 가장 높은 성능의 GT3를 내장한 프로세서도 있으며 최대 48EU를 제공할 것으로 예상된다.
그래픽 API 지원도 향상되는데 기존 세대가 DirectX 11.1과 OpenGL 4.0, OpenCL 1.1을 지원하는 내장 GPU라면 브로드웰 세대는 DirectX 11.2와 OpenGL 4.3, OpenCL 1.2/ 2.0을 지원한다. 또 향상된 비디오 재생 처리를 위한 비디오 퀄리티 엔진 (Vidoe Quality Engine)의 처리량을 향상해 비디오 재생 표시 품질 향상, 샌디브릿지 (Sandy Bridge)부터 추가된 비디오 인코딩 엔진 퀵싱크 (Quick Sync Video)도 GPU 내부 처리 향상으로 처리 속도가 향상된다.
디스플레이 출력 엔진은 4K (UHD) 출력에 대응한다. 코어 M은 기본적으로 2560x1600이 최고 해상도지만 디스플레이 출력을 높여 4K 지원도 가능할 것으로 알려졌다. 다만 출력이 높아지면 전력 소비가 증가해 저전력 플랫폼 구성에는 그만큼 불리해진다.
2세대 전압조정기 (FIVR)와 3DL 모듈 구조
코어 M은 소형 패키지를 구현하기 위해 3DL 모듈 (3D Module) 구조를 적용해 캐패시터나 컴포넌트 배치를 통해 부품의 높이를 낮출 수 있으며 패키지 윗면에 3DL 서브 보드를 구현할 수도 있다. CPU 패키지 높이를 줄여 보드 전체의 높이도 줄일 수 있게 된다.
또한 하스웰 (Haswell)부터 도입한 전압조정기 FIVR도 2세대로 향상된다. 2세대 전압 조정기는 비선형 컨트롤과 듀얼 FIVR LVR 모드를 적용해 이전세대보다 효율적인 전압 공급이 가능할 것으로 알려졌다.
2세대 전압조정기(FIVR) 지원 외에도 코어 M은 전력 관리 기술을 개선했다. 터보 부스트 (Turbo Boost)의 안정성을 강화했으며 CPU 클럭 주파수의 빠른 변환과 응답성 개선, 듀티 사이클 (Duty Cycle) 컨트롤을 바탕으로 CPU와 GPU의 전력 효율을 개선한다. CPU의 듀티 사이클 관리는 GPU 드라이버와 연계해 실행하며 GPU가 유휴 상태로 들어가면 소비전력을 줄여준다. CPU와 GPU 클럭 주파수를 해제와 선택을 반복하면서 전력을 줄이는 것이 가능해졌다.
오디오 DSP 업그레이드와 PCIe SSD, 전력 절감하는 PCH-LP
코어 M 브래드를 이용하는 브로드웰-Y는 하스웰-Y와 같이 PCH로 불리는 I/O 컨트롤러가 MCM (Multi Chip Module) 방식으로 SoC화 되며 코드명 Wildcat Point-LP로 불리는 새로운 PCH-LP가 탑재된다. 제조 공정은 기존과 같이 32nm 공정을 이용하나 새로 추가된 기능으로는 오디오 DSP 업그레이드와 PCI-Express SSD를 지원한다.
오디오 DSP 기능은 SRAM 용량 증가를 바탕으로 오디오 후처리 품질 향상과 음성 인식에 의한 기동 (Wake On Voice), 소비 전력도 최적화했다. 새로운 설계를 바탕으로 20%의 활성 전력과 25%의 유휴 (아이들, IDLE) 전력을 절감해 브로드웰 SoC의 전체 소비전력을 절감할 수 있을 것으로 알려졌다. PCIe SSD는 하스웰 리프레시 (Haswell Refresh)와 조합되는 9 시리즈 칩셋 지원과 마찬가지로 부팅 시간 절약이나 프로그램의 빠른 실행 등으로 시스템의 응답성을 높여준다.
코어 M 프로세서 양산 시작, 하반기 제품 등장 예상
인텔의 새로운 마이크로 아키텍처와 14nm 공정, 2세대 트라이게이트 트랜지스터를 도입한 코어 M 프로세서는 더 얇고 조용하며 낮은 발열로 새로운 폼팩터 구현, 이전 세대 프로세서 대비 비슷한 성능을 제공하면서 향상된 배터리 수명, 열설계는 두 배 이상의 절감이 가능하다. 또 14nm 공정 기술은 서버와 개인용 컴퓨팅 디바이스, 사물인터넷(IoT) 등 다방면에 사용 가능하고 향상된 성능과 저전력 제품을 만드는데 적합할 것으로 알려졌다.
이와 같은 향상이 이루어진 코어 M은 팬리스 시스템을 구현하는데 최적화된 설계를 바탕으로 프로세서의 크기와 TDP는 더욱 줄이고 CPU는 2배, GPU는 7배의 향상이 가능해졌으며 1/2로 줄어든 배터리 사이즈에 두 배로 늘어난 배터리 시간을 제공하는 등 팬리스 태블릿 및 2-in-1 장치등에 매력적인 제품이 될 것으로 예상된다.
한편 코어 M 프로세서는 14nm 공정을 기반으로 오레곤 D1X의 양산을 시작으로 애리조나 Fab 42, 아일랜드 더블린의 Fab24를 통해 확대 생산할 예정이다. 인텔은 9월 상반기 열리는 IFA 2014, 그 다음주 열리는 IDF 2014를 통해 코어 M 프로세서를 탑재한 OEM 제품을 선보일 것으로 예상되며 올해 말 다양한 제조사의 팬리스 태블릿, 2-in-1 장치 등이 시장에 등장할 것으로 전망된다.
코어 M 프로세서에 대해 인텔 부사장 겸 제품 개발 총괄 매니저 라니 보카르(Rani Borkar)는 "인텔의 설계 전문성과 최고의 제조 공정의 조합인 인텔의 통합 모델은 고객과 소비자들에게 더 나은 성능과 더 낮은 전력을 제공할 수 있게 한다"며, "이 새로운 마이크로아키텍처는 뛰어난 기술적 성과 그 이상을 의미하며, 고객의 요구사항에 맞추어 설계를 최적화하는 인텔의 아웃사이드-인(outside-in) 디자인 철학의 중요성을 보여준다"고 말했다.
인텔 기술 및 제조 그룹의 선임 연구원 겸 프로세스 아키텍처 및 통합 이사인 마크 보어 (Mark Bohr)는 "인텔의 14 나노미터 기술은 업계 최고의 성능, 전력, 집적도 및 트랜지스터 당 비용을 제공하는 2 세대 트라이게이트(Tri-gate) 트랜지스터를 사용한다"며, "무어의 법칙에 대한 인텔의 투자와 노력은 우리 팀이 새로운 공정을 달성할 수 있었던 핵심"이라고 덧붙였다.
[영상] 초거대기업 IBM!,PC 시장 진출기부터 현대 오픈 아키텍처 PC 시장의 아버지가 되기까지 
