2. CPU와 GPU가 통합된 퓨전 APU
CPU와 GPU를 통합하는 프로세서는 AMD가 퓨전 (Fusion) APU라는 개념을 소개했지만, 이를 적용하고 실제 시장에 등장은 인텔이 한발 앞서가고 있다. 그러나, AMD는 궁극적으로 CPU와 GPU를 통합해 이종간의 컴퓨팅 환경을 개선하고 이들을 바탕으로 다양한 것들을 이루어내기 위해 노력하고 있다.
퓨전 APU는 CPU 뿐만 아니라 GPU까지 하나로 통합하여 이종 간의 컴퓨팅 환경 개선 및 성능, 전력효율을 높일 수 있도록 설계되고 있으며, 싱글에서 멀티코어를 요구하는 성능 향상과 GPU를 이용한 병렬컴퓨팅 기술 등의 도입으로 이종간의 협력이 활발해진 바탕이 등장 배경이다.
CPU와 GPU를 이용한 컴퓨팅 비용을 줄이고 불균형적인 성능을 끌어올려 최상의 성능을 이끌어내는 목적으로 광범위한 퓨전 (Fusion)의 개념을 사용했으며, 프로세싱 능력을 향상시킨다는 의미로 APU (Accelerated Processing Units)으로도 불린다.
AMD의 퓨전은 x86 CPU와 GPU의 장점을 조합해 최적의 프로세싱을 염두에 두고 있으며, 와트당 성능과 와트당 가격을 개선하는 것을 목표로하고 있다.
AMD 퓨전 프로세서 초기 제품군은 저전력 밥캣 (Bobcta) 기반 x86 코어와 현재의 데스크탑용 K10 아키텍처를 기반의 32nm SOI 공정으로 제조되나 이후에는 새로운 아키텍처가 적용되어 올해 등장이 예상되는 불도저 아키텍처를 이용한 퓨전 APU도 등장할 것으로 알려져 있다. 또한, 추후 퓨전 프로세서들은 궁극적으로 CPU의 부동소수점연산 부분을 줄이고 GPU를 이용해 처리함으로써 효율을 극대화할 수 있을 것으로 예상되며, L3 캐쉬도 CPU와 GPU가 모두 통합되는 근본적인 변화가 이루어질 것으로 예상된다.
소형 플랫폼에 적합한 브라조스 플랫폼 (저전력 기반/ 넷북용)
퓨전 APU 중 AMD가 가장 먼저 발표된 브라조스 (Brazos) 플랫폼에 포함된 Ontario/ Zacate APU는 각각 8W/ 18W TDP 스펙을 지녀 인텔의 저전력 아톰 프로세서가 시장을 형성하고 있는 저가형 넷북과 넷탑 시장에서 경쟁할 수 있는 위치에 있다. 이 시장은 저렴한 가격대와 어느 정도 성능을 제공하면서 간단한 문서나 인터넷, 그리고 영상 재생 등의 작업들을 진행할 수 있으며, 브라조스 플랫폼은 고해상도 영상 재생까지 가능하도록 설계되고 있는 플랫폼이다.
[밥캣 (Bobcat)과 DX11 GPU 내장된 AMD E 시리즈 퓨전 APU, 75mm2]
퓨전 APU 중 자카테는 40nm 공정으로 TSMC를 통해 생산되는 것으로 알려져 있으며, 밥캣 x86 듀얼코어, DirectX 11과 UVD3가 내장된 라데온 HD 6310이 하나로 통합되고 있다. 다이사이즈는 75mm2로 AMD 6코어 투반 (Thuban)의 346mm2, 샌디브릿지 듀얼코어 (GT1 내장 그래픽)의 131mm2, 샌디브릿지 (GT2 내장 그래픽) 듀얼코어의 149mm2의 절반에 가까운 크기를 가지나 사우스브릿지 기능을 제외하고 거의 모든 기능이 통합되고 있다.
SATA와 USB, 이더넷과 오디오 기능이 통합된 FCH의 다이사이즈는 4mm x 7mm의 크기로 약 28mm2로 알려진 만큼 이들이 조합되는 브라조스 플랫폼은 그만큼 소형의 PC를 구축하기에 적합하다.
[E-350 APU가 내장된 미니 ITX 플랫폼]
저전력의 브라조스 플랫폼을 이루는 퓨전 APU들은 인텔의 저전력 아톰 프로세서와 같이 주로 미니 ITX 플랫폼이나 넷북과 넷탑에 적합한 구성을 가진다. 이중 듀얼코어 자카테 APU는 넷탑과 고해상도 HD 영상 재생을 지원해 HTPC 구성에 적합한 성능을 제공한다.
브라조스 플랫폼 구성 (저전력 기반/ 울트라씬과 넷북, 넷탑용)
[브라조스 플랫폼, Ontario/ Zacate APU와 허드슨 FCH 조합]
브라조스 플랫폼은 지난해 4분기부터 출시되기 시작한 것으로 알려진 AMD의 첫 퓨전 APU인 온타리오 (Ontrio)와 자카테 (Zacate), 그리고 새롭게 추가된 허드슨 (Hudson)으로 알려진 FCH (Fusion Controller Hub) 조합으로 구성된다.
AMD 프로세서나 인텔 샌디브릿지 (Sandy Bridge) 등은 이미 메모리 컨트롤러와 PCIe 컨트롤러 등이 CPU에 통합되면서 노스브릿지 기능은 사실상 사라지고 있는데 퓨전 APU 역시 이들처럼 CPU 코어와 GPU, 그리고 메모리 컨트롤러, PCIe 컨트롤러 등이 모두 내장되기 때문에 사우스브릿지 역할을 하는 FCH만 추가하면 시스템을 구성할 수 있게 된다.
브라조스 플랫폼에 포함된 APU는 온타리오와 자카테의 2종이 있으며, 온타리오는 싱글코어 기반으로 9W TDP, 자카테는 듀얼코어 기반으로 18W TDP를 가져 각각 C/ E 시리즈로 구분되며, C 시리즈는 저가형 넷북과 소형 플랫폼에 어울리고 E 시리즈는 인텔 아톰 듀얼코어기반 프로세서처럼 넷탑이나 HTPC 등에 적합하다.
비순차 (Out-Of-Order) 아키텍처 적용된 밥캣 (Bobcat) 코어 기반
[AMD 저전력 Ontario/ Zacate APU는 비순차방식 밥캣 (Bobcat) 기반]
AMD 밥캣은 아톰과 같은 저전력 지향 프로세서로 간단한 문서작업과 인터넷, 캐쥬얼 게임에 적합하며, 넷북, 넷탑, HTPC, 타블렛 PC 등에 적합한 프로세서다.
AMD 밥캣 (Bobcat)은 비순차 (Out-Of-Order) 아키텍처를 적용해 순차 (In-Order) 아키텍처를 가진 아톰 (Atom)과 대조된다. 비순차 아키텍처는 일반적으로 병렬 명령처리 가능성이 높고 클럭당 명령어 처리 (IPC, Instruction-per-Clock) 성능이 더 높아진다. 반면, 순차방식보다 CPU 스케쥴러가 복잡해지는 문제가 있으며, 대부분의 x86 CPU들이 비순차 아키텍처를 적용하고 있다.
비순차 아키텍처는 펜티엄 프로 이후로 사용되고 있는 아키텍처로 명령어를 프로그램에 적용된 순서와 관련없이 실행하여 성능을 증가시키며, 메인 메모리나 특정 리소스를 위해 대기하는 명령어들보다 앞서 실행하여 독립된 명령어들을 처리한다. 그러나, 순차방식과 비교하여 성능 향상의 이점이 있으나 비순차 실행된 명령들을 순차적으로 처리하도록 하기 위해 다양한 로직들이 추가되고 이에 따라 다이 면적과 전력 소모가 증가되는 단점도 있다. 아톰의 경우 전력소모를 고려해 순차적 명령 실행구조를 이용했고 현재 그리고 당분간 이 아키텍처를 유지해갈 것으로 알려져 있다.
스마트폰 등과 같이 평균저력 소모율이 1와트 미만을 유지하는 장치들에는 45nm 아톰 등에서 비순차적인 구조로 이를 만족하기 어려우나 넷북이나 노트북에서는 AMD의 저전력 Ontario/ Zacate APU 역시 이들을 충족시킬 수 있다.
아톰은 초기 CPU 단일 구성이었으나 이후 파인뷰 (PineView)에서는 GPU 등을 통합한 방식을 취하고 있는데 밥캣은 CPU 코어와 GPU를 통합한 SoC 방식으로 등장한다. 밥캣 초기 제품은 2011년 초 등장한 온타리오 (Ontario)/ 자카테 (Zacate)로 1/ 2개의 밥캣 코어를 TSMC에서 40nm로 AMD GPU와 통합하는 최초의 APU가 된다. (밥캣은 TSMC 최초로 제조하는 x86 CPU)
[파인트레일 (Pine Trail)은 CPU와 메모리 컨트롤러, 그래픽코어 통합]
인텔의 파인트레일 플랫폼은 아톰 프로세서와 메모리 컨트롤러, 그리고 그래픽코어가 하나로 통합된 방식으로 이전 아톰 프로세서를 이용한 넷북 및 넷탑 플랫폼이 CPU와 이를 지원하는 내장 그래픽 포함 칩셋과 사우스브릿지의 CPU-MCH-ICH 구조를 가졌던 부분과 달리 클락데일 (Clarkdale)이나 샌디브릿지처럼 CPU에 노스브릿지와 내장 그래픽이 통합되는 구조를 이들보다 먼저 보여준바 있다.
파인트레일 플랫폼은 2010년 아톰 기반 플랫폼으로 파인트레일-M (Pine Trail-M), 넷북 아톰 프로세서는 파인뷰-M (Pineview-M), 넷탑 등의 데스크탑 플랫폼은 파인트레일-D, 여기에 사용되는 아톰 프로세서는 파인뷰-D (Pineview-D)로 Ontario APU는 파인뷰-M에 대응될 수 있고 Zacate APU는 파인뷰-D 아톰 프로세서에 대응될 수 있다.
AMD 밥캣 아키텍처는 물리적 레지스터 파일을 이용해 전력소모를 줄이는 방법을 활용하고 있으며, 불도저 (Bulldozer) 프로세서 역시 같은 방법을 사용할 것으로 알려져 있다.
밥캣은 아톰과 거의 흡사한 파이프라인 깊이 (밥캣 15 vs 아톰 16)와 동일한 명령 이슈, 비슷한 동작클럭이 적용될 것으로 알려져 있다. 밥캣은 비순차 명령 실행구조로 아톰을 능가하는 성능이 예상되나 아톰은 각 코어가 멀티스레드화 즉, 하이퍼스레딩 (Hyper-Threaing)을 지원해 멀티코어/ 멀티스레드화된 애플리케이션에서 조금 더 유리할 것으로 예상된다. 대신 Ontario와 Zacate APU는 DirectX 11을 지원하는 등 지원 기능과 성능에서 더 유리하다.
밥캣은 단일이 아닌 듀얼코어 기반으로 이들에 대응할 것으로 알려지고 있으며, Ontario는 싱글코어, Zacate APU는 듀얼코어 기반으로 만들어진다. 쿼드코어 등 그 이상의 제품들 역시 구성은 가능하나 단가나 시장의 상황에 따라 등장할 수도 그렇지 못할 수도 있다.
AMD의 밥캣은 절반이하의 다이면적을 제공하면서 메인스트림의 90%에 근접하는 성능을 제공할 것으로 알려져 저전력 아톰 뿐만 아니라 CULV 저전력 프로세서 시장의 공략도 가능할 것으로 알려지고 있다. TSMC를 통해 40nm 공정으로 제조되는 밥캣기반 프로세서는 비순차 명령 실행구조로 45nm 인텔 아톰과 비교해 전력소모가 높을 것으로 예상되나 넷북/ CULV 노트북 시장에서 늘어난 전력소모만큼 성능의 혜택을 제공할 것으로 예상된다.
밥캣에 내장된 GPU : AMD 라데온 HD 6310
[AMD E-350 (Zacate APU)에 내장된 라데온 HD 6310 GPU]
라데온 HD 6250/ 6310은 DirectX 11 지원과 80개의 스트림 프로세서 (80SP, Cedar 기반 그래픽코어)와 8 텍스처 유닛 (TMU), 4 ROP를 제공하며, 동작클럭은 각각 280/ 500MHz가 적용될 것으로 알려졌으나 이를 적용한 제품과 사양, 제조사에 따라 다르게 적용될 것으로 예상된다. 이외에도 DirectCompute, OpenCL, AMD Stream 기술을 지원한다. 밥캣 아키텍처를 기반으로 한 Ontario APU와 Zacate APU는 라데온 HD 6250과 HD 6310으로 알려진 GPU를 하나의 다이에 네이티브로 통합하고 있다.
[AMD E-350 (Zacate APU)은 UVD3 엔진을 내장]
라데온 HD 6200/ 6300 시리즈 내장 그래픽에는 UVD3 엔진을 내장해 MPEG2/ H.264/ VC-1, MPEG-4 part2 (DivX/ xVid) 코덱의 하드웨어 가속을 지원한다. 다만, UVD3 엔진을 내장한 일반 외장형 그래픽카드와 달리 MVC (Multi-View Codec) 가속을 지원하지 못하는 것으로 확인되며, MVC 가속은 HDMI 1.4a 규격과 함께 블루레이 3D (Blu-Ray 3D) 하드웨어 가속을 위해 필요하다.
온타리오와 자카테 APU에 내장된 그래픽은 경쟁 플랫폼이 DirectX 9 또는 DirectX 10에 그치고 있는 것과 비교해 DirectX 11을 지원해 유리하며, DX11 지원으로 인한 장점들을 갖게 된다. GPGPU 기술은 CPU보다 빠른 트랜스코딩 등에 활용할 수 있으며, 최근 공개된 어도비 플래시 플레이어 10.2 (Adobe Flash Player 10.2)는 AMD 퓨전 APU를 지원하고 Stage Video 엔진을 통해 GPU를 이용한 가속에도 활용할 수 있어 플래시 기반 영상의 점유율을 낮추어 여러 작업을 병행하는데 경쟁 플랫폼보다 유리할 수 있다.
[영상] 엔비디아에 대응하는 인텔 가우디3/AMD MI300/범클라우드 진영의 NPU/,그리고 AI 하드웨어 개발 흐름과 추세는? 
