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전송 2017-02-15 12:00
[테크닉]

폭풍의 핵 AMD 라이젠(Ryzen) 속살 공개
젠(Zen) 아키텍처 해부

1. 처음 2. 새로운 지평을 열 라이젠의 핵심, SenseMI

대략 3월 초 실물을 만나볼 수 있을 것으로 예상되는 AMD 라이젠(Ryzen)에 대한 관심으로 PC 시장이 뜨겁다.

무엇보다 큰 이유는 그동안 정체되어있던 PC 시장의 새로운 활력소가 될 것으로 기대되기 때문인인데, 가장 눈길을 끄는 부분은 인텔 코어 i7 6900K에 버금가는 성능(물론 실제 성능은 검증이 필요하겠지만)의 제품 가격이 그 절반 수준으로 책정된 것으로 알려진 점에 이의를 제기하긴 어려울 것이다.

심하게 말하면 산업 폐기물이라는 모욕까지 받았던 FX 시리즈. AMD는 2012년 파일드라이버 아키텍처 기반의 코드네임 비쉐라가 출시된 2012년 10월 이후 사실상 하이엔드 CPU 시장을 포기하고 라이젠 브랜드로 최종 확정된 후속 제품 개발에 올인한 결과물이 일반 소비자에게 전달되기 까지 한 달도 남지 않은 상황.

이번 기사에서는 횟수로 5년만에 심기일전하고 새롭게 등장할 AMD의 하이엔드 데스크탑 프로세서 라이젠의 근간을 이루는 젠(Zen) 아키텍처에 대한 이야기를 해보겠다.

 

엑스카베이터 대비 IPC 40% 향상, Zen 아키텍처의 비밀은?

AMD가 라이젠에 적용한 젠 아키텍처는 볼도저, 파일드라이버 아키텍처를 최적화한 스팀롤러, 엑스카베이터 중 6/ 7세대 APU에 적용된 엑스카베이터 아케틱처 대비 40%의 IPC 향상을 내세우고 있다.

이를 위해 AMD는 불도저 계열의 CMT(Cluster-based Multithreading) 구조를 포기하고 인텔 하이퍼스레딩과 유사한 SMT(Simultaneous Multithreading)구조 도입을 비롯해 아키텍처를 기본부터 재설계한 것으로 알려졌다.

 

전문적인 설명을 빼고 결론만 이야기하면, 젠 아키텍처는 코어 엔진 관련해서 코어당 2스레드, 개선된 분기예측, Op 캐시 신설로 인한 디코드 개선, 마이크로-옵 디스패치(Micro-op dispatch), 정수와 부동 소숫점 명령어 스케쥴러, 로드(Load)/ 스토어(Store)/ 리타이어(Retire) 큐 확대 등 대대적인 개선이 이뤄졌다.

또한 캐시 시스템의 속도 증가와 데이터 프리패치 개선, 두 배에 가까운 L1/ L2 캐시 대역폭 및 최대 다섯 배에 이른 L3 캐시 대역폭 개선, 분기 예측 실패시 패널티를 3 사이클로 개선, 최종적으로 엑스카베이터 아키텍처 대비 40% 이상의 IPC 향상과 15% 이상의 스위칭 용량 개선을 이뤄냈다.

 

기존 AMD CPU 아키텍처와 비교해 젠 아키텍처에서 주목할 변화 중 하나는 옵 캐시의 신설로, 기존 캐시가 디코드되지 않은 자료를 필요할 때 인출해 주는 것과 달리 옵 캐시는 이미 디코드된 마이크로옵을 저장, 경우에 따라 디코드 스테이지를 생략할 수 있다.

옵 캐시 도입과 함께 젠 아키텍처는 불도저의 모듈당 4개(코어당 2개꼴)의 디코더 대비 2배에 이르는 코어당 4개의 디코더를 탑재, 브로드웰과 동일한 사이클당 4~5개의 x86 명령어 처리가 가능해 작업 효율을 높일 수 있게 되었고, 디코더를 통해 실시간 디코드된 마이크로옵과 옵 캐시에 저장되었던 마이크로옵을 백엔드로 보내는 마이크로옵 대역폭은 스카이레이크와 동일한 사이클당 6개다.

정수 실행부의 경우 불도저의 코어당 2개 대비 4개로 늘어난 정수 유닛(ALU)과 2개의 로드&스토어 유닛(AGU)으로 구성된 4+2 구조이며, 젠의 부동소수점 유닛(FPU)은 하스웰/ 스카이레이크보다 2배 더 많은 4개지만, FPU당 2사이클당 256bit AVX 명령어를 처리할 수 있어, 하스웰/ 스카이레이크가 FPU 1사이클 당 256bit AVX 명령어를 처리할 수 있는 것과 비교할 때 전체적인 스루풋은 동일한 것으로 판단된다.

 

최근까지 논란이 되었던 6코어 12스레드 모델과 관련해 젠 아키텍처의 캐시 구조는 각 코어를 전담하는 L2 캐시의 내용을 L3 캐시에 전달하는 빅팀(Victim) 캐시 구조로 설계되었다. 불도저 아키텍처의 L2 캐시가 모듈 내에서 공유되고, 각 레벨별 캐시가 중복되는 내용이 없도록 크게 하나의 통합 캐시처럼 작동하던 것과 비교해 제어 알고리즘이 보다 단순 명료해지는 효과를 기대할 수 있다.

캐시 용량 또한 인텔 카비레이크의 코어당 L1/ L2 캐시보다 두 배 확대되어 싱글 스래드 성능 개선도 기대할 수 있는데, 정확한 수치는 공개되지는 않았으나 AMD는 젠의 캐시 대역폭이 불도저 대비 다섯배 수준으로 향상되었음을 알려왔다.

불도저의 성능 이슈 원인 중 하나가 캐시 성능 부족이었음을 감안하면 라이젠의 성능이 기대되는 내용이다.

 

젠 아키텍처 CPU의 기본 구조인 CCX(CPU Complex)를 보면 L3 캐시는 슬라이스(slice) 형태로 구성되어 있지만 로우 오더 어드래스 인터리브에 의해 각 코어가 모든 L3 캐시 슬라이스에 동일한 평균 레이턴시로 접속할 수 있다.

젠 아키텍처의 CCX는 외형상 불도저의 모듈 구조와 동일해 보이지만 각 코어끼리 중첩되거나 공유하는 기능이 없기 때문에, 특정 조건에서만 제대로된 성능을 발휘하거나 낮아지는 문제는 없을 것으로 예상된다.

 

하이퍼트랜스포트 대체, 인피니티 패브릭 지원

한편, 젠의 칩내 인터커넥트는 하이퍼 트랜스포트(Hyper Transport)를 기반으로 재설계된 Infinity Fabric(인피니티 패브릭, IF)이 적용되었는데, 해당 인터커넥트 기술은 젠을 포함해 앞으로 출시 예정인 Vega에도 적용될 예정으로 알려졌다.

 

완전한 모듈 방식의 IF는 외부 멀티 프로세서와 내부 코어 스케일 업등 다양한 연결 토폴로지 환경에서 캐시 일관성을 제공하며, 젠의 신경망 예측 구현에 일조하는 지능형 데이터 접근 제어 방식의 Control-Fabric과 하이퍼 트랜스포트에 가까운 방식으로 대용ㄹ양 데이터 고속전송을 담당하는 Data-Fabric으로 구성되어 있다.

IF가 젠에 어떤 방식으로 적용되었는지 구체적인 정보는 확인되지 않았지만, 공개된 정보에 따르면 노트북에서의 대역폭은 30GB/s ~ 50GB/s로 최대 51.2GB/s 대역폭의 하이퍼 트랜스포트  3.1의 최대치에 가까운 대역폭을 제공하며, Vega GPU서는 HT 3.1의 열 배에 달하는 512GB/s의 대역폭을 구현한다.

참고로 IF는 GPU와 x85 서버 SoCs간의 클러스터링 링크, 네트워크 온 칩 솔루션에서도 사용 가능하다.

 

또한 모듈 방식을 사용함에 따라 추가 자원 투입을 최소화하면서 디자인의 스케일 업/ 다운 작업을 빠르게 끝낼 수 있는 것이 Infinity Fabric의 특징 중 하나로, AMD가 Zen 아키텍처를 임베디드/ 노트북/ 데스크탑/ 서버 마켓 맞춰 스케일링 할 것이란 계획은 Infinity Fabric 기반으로 진행되리라 판단된다.

 

SMT는 프론트엔드의 스케줄링 방식으로 시분할(라운드 로빈) 방식이 쓰이는데, 젠 아키텍처에는 여기에 필요한 경우 우선 순위를 부여할 수 있도록 변형된 알고리즘을 사용해 1스레드 동작 모드에서도 모든 자원을 사용할 수 있도록 설계되었다.

이는 불도저 아키텍처가 모듈 단일 스레드 동작 환경에서도 모듈 내 모든 자원을 활용하지 못했던 문제를 개선하기 위한 것으로 부동소수점과 정수 스케줄러, 분기 예측기에 대해 알고리즘에 의해 우선 순위를 판별하고, 청녹색 부분에서는 레이턴시가 중요한 입출력등의 작업에서 태그한 우선 순위에 따라 동작한다.

우선 순위를 고려할 필요가 없는 마이크로 옵 큐와 라티이어 큐, 스토어 큐는 정적 방식으로 두 스레드의 공간을 분리하며, 그 외 부분에 대해서는 각 스레드가 필요한 유닛을 선점한 순으로 점유한다.

  태그(Tag)  : AMD, AMD RYZEN, CPU
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기자의 시각이 항상 옳은것은 아닙니다. 나머지는 여러분들이 채워 주십시요.

2014년부터 어려운 이야기를 쉽게 하는 것으로 편집방침을 바꿉니다.
heaye / 17-02-15 13:37/ 자국/ 신고/ 이댓글에댓글달기
1. ES셈플로 장난친게 아닌게 확실해지는 28일까지 기다린뒤에,
2. 가장 값싼 B350메인보드가 1800x까지 지원에 문제없는지 확인한뒤,
3. 1~2달 정도 더 두고보면서, cpu에 버그있다는 소리 나오는지 확인해야하고(AMD는 리콜안하고 버그CPU가 소비자에겐 별문제 아니라고 넘어가는 쪽이라;)
4. 소프트웨어호환성문제 없는지 확인해야하고.
5. 약간 싼 모델 구매할분들은 5모델 나올때까지 조금 더 기다려야 할테고.
6. 인텔에서 대응모델 나오면 다시 벤치비교하는거 봐야하고
흠...
대충 이정도만 하면, 어느정도 궤도에 오르겠네요.
쿠로링 lswrome님의 미디어로그 가기  / 2017-02-15 15:09/ 자국/ 신고/
2번은 인텔도 그런 식으로 지원하지 않습니다

인탤도 이런 경우가 있었고 두회사 둘다 거의 없는 일 아닌가요?

지금까지 AMD 시퓨가 소프트웨어를 가린건 못봤습니다....

전반적으로 라이젠이 성능이 잘 나오는게 맘에 안드시나 봅니다.....
울쓰란 / 2017-02-16 13:02/ 자국/ 신고/
지금까지 이분이 AMD 관련 내용에 댓글다는걸 지켜보면 언제 한번 크게 데였거나 그냥 체질적으로 인텔이 아니면 안되는 분인듯 합니다 ..
이명환 / 2017-02-16 18:18/ 자국/ 신고/
내 살다가 이런 엉터리글은 처음 보는 것 같습니다.
haeye님 글의 요점은 'AMD CPU는 원래 폭탄인데 운좋게 안터지는 것뿐이고, INTEL CPU는 원래 CPU니까 터질 수가 없다!'라는 것 아닙니까?
heaye님은 아무래도 왕따당하고 있는 INTEL 직원인 것 같습니다. 이런 글이라도 올려서 빌붙어 있으려고 하는 노력이 가상합니다!
헬프로네 / 2017-02-17 20:22/ 자국/ 신고/
작년 연말 케벤 압축프로그램 벤치에서 혼자 날리쳐서 이름 날린 사람 입니다.
인텔과 엔비디아만 신봉 하고 반디소프트에 고소당할 수준의 엉터리글로 날리친데다 정작 트집 개발자 존경 한다고 해 놓고 반디집 까는 언행불일치 대표적인걸 보여 준 사람 입니다.

트집 개발자가 반디집 개발자죠.

이사람글은 믿고 거르면 됩니다.

공부하자 milkblue님의 미디어로그 가기  / 17-02-15 20:29/ 자국/ 신고/ 이댓글에댓글달기
-On Mobile Mode -
불도저의 실패를 만회하기 위해 설계된만큼 같은 실수는 하지 않겠다는 의지가 보이는군요. 다음달이면 완전해부 수준으로 전세계에서 리뷰 벤치마크가 등록될텐데... 기대만큼 좋은 제품이 나와 인텔과 경쟁할 수 있길...
heaye / 17-02-15 20:45/ 자국/ 신고/ 이댓글에댓글달기
쿠로링님/
2번은,
여름되서 터지는지 확인하라는 뜻입니다. AMD제품들중에, 상급CPU는 메인보드가 전력부족으로 소켓은 맞는데 지원못한 경우가 있었고, VGA는 전원부쿨링부족으로 터져나간 사례가 있죠. 지금 라이젠 발매시키는 2월말입니다. 추울때죠. 이때는 별 문제 없다가 여름에 문제 발생하는 쪽으로 갈 수 있습니다. 더구나 인텔은 아예 메인보드가 2011소켓이지만, AMD는 딱히 1800x가 1600x하고 다른 메인보드규격이라는 이야기는 안하고 있습니다.
그리고,
4번,
소프트웨어는, 항상 체크해야 합니다. 특히 이번처럼 아키텍쳐 많이 바뀐상황에선 필수입니다. 물건 매번 잘 만들던 회사도, 어느시기에 삐끗하는 수가 있죠.
그리고,
말씀이 잘못됬는데, 라이젠은 지금 성능이 잘나오는게 아닙니다. 코어갯수를 경쟁사보다 늘리고, 가격을 낮춘것뿐입니다. 또한 가성비 좋은게 마음에 안들지도 않습니다. 인텔도 가격하락 할테니까요. 소비자는 이득이죠.
꾸냥 / 2017-02-17 0:42/ 자국/ 신고/
보드가 전력 부족으로 시피유를 지원 못한건 제가 알기로 5기가 달성해 보겠다고 미친 220와트 tdp 스펙으로 만든거 말곤 없는걸로 아는데, 나머지는 다 150와트 이하라 문제없이 썻었죠.
메인보드가 전력 부족으로 상급 시피유를 못쓴 경우가 있는건 분명한 사실이지만, 극히 예외적인 경우를 일반화 하지 마시죠.
시피유 아키텍처 바뀐다고 소프트웨어 호환 조심하라는 이야기는 또 처음 듣네요. x86에서 arm 가는 것도 아닌데. 예전 TLB 버그 같은걸 발견 못한 가능성을 이야기하면 모를까 어이없네요.

님이 성능을 말했으니 성능만 말해봅시다. 정확한 성능은 진짜 실 제품 같고 확인해야 아는거지만 인텔과 같은 코어로 같은 성능 나온다는데 성능이 잘 나오는게 아니면 인텔도 성능이 잘 나오는게 아니라는 말이네요. 님이 생각하는 성능이 잘나온다는 기준은 뭔가요?
지금 사람들이 라이젠 성능 잘 나온다는건 지금까지 i3랑 놀던 암드 하이엔드가 인텔 hedt 에 비빌 정도로 확 올라서 잘 나온다는거고, 그러니 i7 i5 i3 대응 모델은 코어가 더 많으니 더 좋은 성능이 기대된다는 쪽이지 뭐 인텔보다 20% 30%씩 더 좋다는 이야길 하고 있는게 아니잖아요.

그리고 제품 구매는 필요할 때 예산에서 적당히 필요한 성능 제품을 사는거지, 암드 나오면 인텔 대응보고 사야한다니, 그럼 인텔 대응 나오면 암드는 대응 안한답니까. 그럼 암드 대응 나오면 인텔 대응 보고 무한 반복이네요.
그래서 어디 죽기전에 뭐 살 수 있겠어요?

epician epician님의 미디어로그 가기  / 17-02-15 20:59/ 자국/ 신고/ 이댓글에댓글달기
하이엔드 i7 시리즈는 가격거품이 좀 심해서 그걸 가지고 가격경쟁력이 있다고 얘기하긴 좀 어렵지 싶네요. 메인스트림급 모델인 6코어 4코어 모델이 i7, i5와 가격경쟁 좀 해줬으면 싶습니다.

수 년간 인텔이 너무 모델을 난잡하게 펼쳐놓고 장사하는 꼴이 별로 보기 안좋더라고요. 로우엔드 모델은 셀러론, 펜티엄, i3 까지 정말 너무하다 싶을 정도. 인텔 코어 시리즈와 성능경쟁만 된다면 다시 AMD로 갈아탈 의향 충분히 있습니다.
공부하자 milkblue님의 미디어로그 가기  / 2017-02-16 9:54/ 자국/ 신고/
현재 유출 혹은 공개된 AMD 라이젠 리스트의 제품과 가격대를 보면
인텔 i5 가격대에 4코어/8스레드 라이젠이 있습니다. i7 가격대에는 8코어/16스레드가 있고요. 같은 가격대라면 성능에선 라이젠이 확실히 앞서는 제품을 선보일 생각으로 보입니다. 물론 현재 드러나고 있는 벤치마크만큼 성능이 나올때 동가격대 인텔보다 나은 성능을 보일 것이지만...

다만 현재 리스트상 최하위 라이젠3 1100 제품의 가격대도 i3 와 경쟁되는 가격대라서 ... 펜티엄 이하에서 보급형에서 경쟁할 제품들은 아직 공개되지 않았습니다. 지금 카비레이크 펜티엄이 2코어4스레드를 채택한 상황이라 10만원대 이하 보급형 젠 아키텍쳐 제품은 어떻게 나올런지...

BOT입니다 znzlspt17님의 미디어로그 가기  / 17-02-16 2:12/ 자국/ 신고/ 이댓글에댓글달기
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옛날에 윈도우 8인가 AMD시스템에서 무한부팅 걸리던거랑
페놈시리즈 첫 출시때 은행사이트만 들어가면 블루스크린 뜨던게 생각나네요

제로샤넬 lina226님의 미디어로그 가기  / 17-02-16 4:47/ 자국/ 신고/ 이댓글에댓글달기
맨위에 유명하신분 오셨네요 중증 AMD까+반디집 까 로 유명한 분...파코즈 에서 공인한 그분이 오실줄은...아니 그렇게 다굴당해도 정신 못차리셨네요. 이스트소프트 법무팀은 고발안하고 뭐했데요 ㅋㅋㅋ
heaye / 17-02-16 15:06/ 자국/ 신고/ 이댓글에댓글달기
덕분에 인텔 G4560을 싸게 살수 있겠군. ㅎ
heaye / 17-02-16 15:13/ 자국/ 신고/ 이댓글에댓글달기
코어갯수는 2배인데, AMD쪽이 더 저전력이라니..
믿고싶은건 이해하지만, 너무 뻔한걸 믿는건, 지나치다고 봄.
똑같은 미세공정 기술이어도 안되는건 안되는건데, 심지어 인텔쪽이 2~3세대는 더 미세공정에서 앞서있는 상황인데..
치더라도, 믿을만한 구라를 쳐야 조금이라도 혹하지.
꾸냥 / 2017-02-16 23:39/ 자국/ 신고/
apu에서 gpu 빼고 공정 미세화하면 불가능하지도 않을거 같은데요.
솔직히 gpu 빼고 코어 좀 더 넣은거 치곤 오버클럭 생각해서 tdp를 일부러 높게 잡은게 아닌가 생각이 드는데, 지금까지 apu가 100w급이었다가 브리스톨 릿지가 같은 28nm 공정으로 65와트까지 낮춘건 의도적으로 무시한 건가요. 실제로 논x 모델은 65와트라고 하죠.
물론 정확한 측정치는 제품이 나와야 아는거고, 저도 딱히 amd 좋아하지는 않지만, 엄밀히 따지면 싫어하는 쪽에 가깝지만 충분한 발열, 소비전력 관리 노하우 있는걸 알텐데 이런 트집잡기라니.
참으로 어처구니없는 일이 아닐 수 없습니다
게리킬달추종자 / 2017-02-19 10:50/ 자국/ 신고/
기술쪽 뉴스를 안보신고 같은데요. 최근 코어 크기에서 인텔 엔지니어 조차도 새로운 라이젠의 코어 크기가 더 작은 것에 대해서 경쟁력이 있다고 했다는 내용이 있습니다. 한번 찾아보세요. 그리고 펜티엄 라인의 가격 변동은 언제나 고만고만 했습니다. 지금 구입하셔도 문제가 없으실고에요.

꾸냥 / 17-02-19 11:06/ 자국/ 신고/ 이댓글에댓글달기
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산업폐기물이라던 fx는 이제 역사의 뒤안길로 사라질 때가 다가오는군요
지나가던컴늅 / 17-02-28 12:03/ 자국/ 신고/ 이댓글에댓글달기
메인보드가 문제죠. 바이오스가 문제죠. 초기 2달은 다들 각오 하셔야할겁니다. ㅎㅎ.. 지금까지 AMD에 너무 시달려온 1인으로서,, 급한 것 아니라면 2달은 상황보고 구입하는 것 추천.
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