3. CPU와 GPU 모두를 개선한 트리니티 APU
1세대 라노 (Llano) APU를 잇는 2세대 APU 트리니티 (Trinity)는 라노와 같은 32nm 공정으로 제작되었으나 CPU와 GPU는 라노 APU와 다른 특징들을 제공해 기존과 많은 변화가 이루어졌다.
2세대 불도저 파일드라이버와 라데온 HD 7000 시리즈 통합
[트리니티 APU, CPU 및 라데온 그래픽 개선]
트리니티 APU는 파일드라이버 (Piledriver)로 알려진 2세대 불도저 (Bulldoer) 코어를 기반으로 하며, 3세대 터보 코어 (Turbo Core 3.0) 기술을 지원한다. 메모리는 노트북은 DDR3-1600MHz 지만 데스크탑은 DDR3-1866MHz를 지원하며, LPDDR3 (1.25V) 메모리 지원과 최대 4코어, L2 4MB 용량의 캐쉬를 제공한다.
내장 그래픽은 VLIW4 아키텍처 기반의 라데온 HD 7000 시리즈가 통합되며, HD Media 가속기를 탑재해 부드러운 HD 재생 및 영상 화질 개선 등을 지원하며, 향상된 디스플레이 지원이 이루어진다.
플랫폼은 기존 라노 APU와 같이 트리니티 A 시리즈 APU와 사우스브릿지 기능을 담당하는 A 시리즈 FCH로 구성된다.
[라노APU보다 개선된 트리니티 APU 내부 구조]
2세대 APU인 트리니티는 최대 4코어 및 L2 캐쉬만 제공하는 것은 1세대 라노 APU와 같으나 내부적으로 모듈 기반의 2세대 불도저 기반 파일드라이버 코어, 업그레이드된 듀얼 채널 DDR3 메모리 컨트롤러를 제공한다.
멀티미디어 강화를 위해 UVD와 AMD Accelerated Video Converter 등을 포함하고 있는 AMD HD Media Accelerator, 노스브릿지 기능을 내장한 통합 노스브릿지, 노던 아일랜드 기반 AMD 라데온 GPU, 디스플레이 지원을 위한 HDMI 1.4a, DisplayPort 1.2, DVI 컨트롤러 내장, 24레인 (Lane)을 제공하는 PCI-Express 컨트롤러 등이 내장된다.
모듈 기반 2세대 불도저 파일드라이버
AMD는 K10 아키텍처에서 모듈 기반의 새로운 아키텍처인 불도저 (Bulldzoer)를 발표했고 이를 기반으로 데스크탑용 FX 시리즈 CPU를 출시한 바 있다. 2세대 불도저로 알려진 파일드라이버는 모듈 기반의 불도저 아키텍처를 기본으로 하며, 라노 APU에 탑재된 허스키 (Husky) 코어가 K10 스타 (Star) 아키텍처를 기반으로 한 것과 다르다.
파일드라이버 코어는 불도저 아키텍처의 모듈 기반인 만큼 이의 특징을 갖춘 만큼 여러 코어의 활용성과 멀티스레드 애플리케이션에서 성능을 발휘할 것으로 예상되며, 쉐어드 아키텍처로 모듈화되었다.
불도저 아키텍처는 멀티스레드 비중이 증가되는 시대를 반영해 내부 코어의 연계성과 처리 효율 개선, 멀티 코어화에 유리한 구조 및 코어당 전력효율 개선에 중심을 두고 있다. K10 아키텍처 대비 25% 이상 높은 클럭 적용이 가능하며, 8코어 이상의 구성도 용이해 서버 시장에도 적합한 아키텍처다.
불도저 아키텍처는 1모듈에 2코어를 내장해 스레드 리소스를 공유하며, 2개의 스레드 실행을 지원한다. 싱글 코어의 2개의 스레드 실행보다 유리하며, 멀티스레드 작업에 유리하고 하나의 스레드가 활성화시 전체 리소스를 공유해 처리 효율을 높인다.
K10 아키텍처가 하나의 스레드를 실행하는 정수코어가 3연산 파이프와 3주소 생성 파이프로 구성되는 것과 달리 불도저 1모듈은 2개의 정수코어에 각 2개의 연산 파이프와 2개의 주소 생성 파이프를 내장한다. 이는 클럭 당 명령어 처리를 의미하는 IPC (Instruction Per Clock)의 하락을 의미하며, K10 아키텍처 대비 정수연산 성능에 영향을 준다.
불도저는 멀티 스레드 처리에 최적화되어 싱글 스레드 성능을 희생하며, 동작 클럭을 높인 구조는 정수연산 성능 저하를 줄이기 위한 방안이다. 모듈 방식 아키텍처로 기존 CPU와 성능 판단 척도가 달라지며, 새로운 최적화와 불도저에 최적화된 애플리케이션의 등장이 성능을 향상하는데 영향을 줄 것으로 예상된다.
파일드라이버는 1세대 불도저 코어 대비 향상된 IPC와 전력 누수를 줄여 전력 효율을 높이며, 동작 클럭 등을 개선했다. 파일드라이버는 라노에 탑재된 허스키 코어 대비 데스크탑 시스템 성능은 최대 26%, 노트북은 최대 29%, 터보 코어 3.0으로 전력 효율을 높인다. 동작 클럭은 CPU가 2.0-3.8GHz, GPU는 424-800MHz를 적용한다.
데스크탑 불도저 FX CPU가 최대 8코어를 구성한 것과 달리 CPU와 GPU 통합에 따른 전력 소모를 고려, 최대 4코어를 트리니티 APU에 탑재한다. 성능 향상을 위해 사용된 L3 캐쉬는 제외되었다. 모듈 당 2코어와 최대 L2 2MB를 제공하며, 페치와 디코더, 부동소수점 유닛, L2 캐쉬는 공유한다.
부동소수점 연산을 위한 AVX/ AVX 1.1, 암호화를 위한 AES 지원 외에도 AMD의 FMA3 명령어와 F16C 명령어를 추가로 지원한다. 파일드라이버는 또 분기 예측과 스케쥴링, 하드웨어 프리페치, L2 효율 등을 비롯한 전반의 성능을 개선했다.
파일드라이버를 기반으로 한 트리니티 APU는 노스브릿지와 메모리 연계성, 컴퓨팅 가속을 위한 많은 부분을 개선했다. PCIe 인터페이스를 통해 HT와 I/O를 대체하며, IO에서 메모리 엑세스가 가능한 128b 인터페이스인 FCL을 제공한다. GPU는 메모리 공간을 공유하며, CPU도 GPU 프레임 버퍼를 액세스할 수 있도록 해준다.
2개의 Unganged 64bit 채널로 128bit 메모리 인터페이스를 지원하며, 메모리 속도 즉시 적용, 1.25V DIMMs로 저전력 메모리 지원, 데스크탑은 DDR3-1866MHz를 지원해 최대 29.8GB/s의 대역폭을 제공한다. FS1r2와 FP2 소켓을 이용하는 노트북은 최대 32GB 시스템 메모리, FM2 소켓을 이용하는 데스크탑은 최대 64GB의 시스템 메모리를 지원한다.
IOMMU v2를 지원해 IO/dGPU 쉐이더가 직접적으로 x86 가상 메모리를 액세스하고 GPU 가상화와 네이티브 Open CL 지원, 라데온 그래픽 메모리 컨트롤러의 개선으로 GPGPU 지원에도 더욱 적합하도록 설계된다.
DX11 지원 2세대 라데온 코어 통합
[VILW4 아키텍처 기반 2세대 라데온 코어 탑재]
AMD는 최근 데스크탑 및 노트북용 GPU에 새로운 아키텍처인 GCN (Graphics Core Next)을 적용했다. 이전까지는 VLIW (Very Long Instruction Word) 아키텍처를 적용해왔는데 트리티니 APU에 내장된 2세대 라데온 코어는 GCN이 아닌 라데온 HD 6900 시리즈에 적용된 VLIW4 아키텍처를 적용했다. GPU 성능은 최대 56%의 향상이 이루어질 것이라고 밝혔다.
VLIW4 아키텍처를 적용한 트리니티 APU의 라데온 그래픽 코어는 DX11을 지원하며, 최대 384SP를 제공한다. GPGPU를 위한 DirectCompute 11과 OpenCL 1.1, 라노 APU 내장 그래픽 대비 업그레이드된 하드웨어 테셀레이터 (Tessellator)를 제공해 DX11과 테셀레이션 환경의 성능을 개선한다.
하드웨어 인코드 유닛인 AMD AVC (Accelerated Video Converter) 지원, 24X 멀티 샘플 및 수퍼 샘플 AA 모드도 지원하며, 16X 비등방성 필터링 (Anisotropic filtering), 24 텍스처 유닛 (SIMD 당 쿼드 텍스처 유닛), 8 color ROP 유닛 (RB 당 4 color ROP 유닛) 등을 제공한다.
VLIW4 (4-Way VLIW) 아키텍처는 VLIW5 (5-Way VLIW) 아키텍처에 사용된 T-unit을 제공하지 않는 대신 모든 스트림 프로세서 유닛이 이 기능을 담당하며, mm^2당 성능 향상, 스케쥴링 및 레지스터 관리 단순화, 로직 재사용 확장 등을 통해 성능과 효율을 개선한다.
VILW4 아키텍처는 GPGPU를 위한 GPU 컴퓨팅 성능 개선을 위해 비동기 디스패치를 통해 동시에 멀티 컴퓨트 커널 실행 향상 등이 이루어지며, 명령어 처리 흐름 개선 및 LDS로부터 직접 패치, 더블 프리시전 (Double Precision) 개선 (1/16 SP 비율)도 이루어졌다.
이러한 변화는 CPU와 GPU가 통합된 트리니티 APU의 범용 컴퓨팅 개선 및 이의 활용성을 크게 확대할 수 있을 것으로 알려졌다.
향상된 듀얼 그래픽스 지원하는 트리니티 APU
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AMD Trinity APU 듀얼 그래픽스 (Dual Graphics) 구성 |
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모바일 외장 GPU |
라데온 브랜드 |
프레임 버퍼 타입 |
A10 시리즈 HD 7660G |
A8 시리즈 HD 7640G |
A6 시리즈 HD 7520G |
| Thames XT |
HD 7670M |
DDR3 |
7660G + 7670M |
7640G + 7670M |
7520G + 7670M |
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Thames Pro
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HD 7650M |
DDR3 |
7660G + 7650M |
7640G + 7650M |
7520G + 7650M |
|
Thames Pro |
HD 7550M |
DDR3 |
7660G + 7550M |
7640G + 7550M |
7520G + 7550M |
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Thames LE
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HD 7510M |
DDR3 |
7660G + 7510M |
7640G + 7510M |
7520G + 7510M |
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Seymour XT |
HD 7450M |
DDR3 |
7660G + 7450M |
7640G + 7450M |
7520G + 7450M |
2세대 APU인 트리니티는 1세대와 같이 듀얼 그래픽스 (Dual Graphics) 기술을 지원한다. 기존 1세대 APU의 듀얼 그래픽스는 초기 DX11만 지원하는 등 여러 문제가 제기되었는데 2세대 APU의 듀얼 그래픽스 기술은 DX11과 DX9 기술을 모두 지원하는 것으로 알려졌다.
트리니티 APU는 한층 강화된 라데온 HD 7000 시리즈 내장 그래픽과 모바일용 외장 GPU를 결합해 더 향상된 성능을 제공할 수 있도록 개선된다.
안티 앨리어싱 지원 향상
트리니티에 탑재된 라데온 HD 7000 시리즈 내장 그래픽은 VLIW4 아키텍처를 적용해 라데온 HD 6900 시리즈가 지원한 새로운 MSAA 모드에 픽셀 당 최대 16 커버리지 샘플을 추가해 안티 앨리어싱을 향상한 EQAA (Enhanced Qulity Anti-Aliasing)을 지원한다.
또한 DirectCompute를 이용한 그래픽 후처리 기법인 MLAA (Morphological Anti-Aliasing) 기술을 지원한다. DX9/ DX10/ DX11과 호환되며, AMD 카탈리스트 컨트롤 센터 (Catalyst Control Center)를 이용해 켜고 끌 수 있다.
라노 APU 대비 향상된 트리니티 APU 내장 그래픽 성능
트리니티 APU에 내장된 라데온 HD 7000 시리즈는 기존 라노 APU에 내장된 라데온 HD 6000 시리즈보다 향상된 처리 성능을 제공한다. AMD가 공개한 자료에 의하면 더트 3 (DiRT 3) 게임을 기준으로 노트북 A 시리즈 APU와 데스크탑 A 시리즈, 데스크탑 A 시리즈와 라데온 외장 그래픽 조합은 각 시스템 및 해상도에 맞게 30fps 이상을 제공한다.
인텔 코어 i7 2720QM과 A10-4600M 트리니티 APU 내장 그래픽의 성능은 1366 x 768 해상도 기준으로 게임에 따라 최대 3배까지 향상된 성능을 제공한다고 소개했다.
데스크탑용 A10 5800K 트리니티 APU와 인텔 아이비브릿지 (Ivy Bridge) 코어 i7 3770K와 1680 x 1050 해상도 기준시 내장 그래픽 성능 역시 최대 1.5배, 노트북 A10-4600M은 1366 x 768 해상도에서 다양한 게임들에서 30fps 이상의 성능을 제공하는 것으로 AMD 내부 테스트 결과를 소개했다.
모바일용 트리니티 APU 샘플 공개
[AMD 트리니티 APU 샘플]
AMD는 미디어를 대상으로 국내에서 트리니티 APU 발표 당시 5월 15일 우선 발표가 이루어질 모바일 트리니티 APU 샘플을 함께 공개했다. 모바일용 트리니티 APU는 FS1r2 또는 FS2 소켓을 적용할 것으로 알려져 기존 라노 APU 소켓과는 호환되지 않는다.
[영상] 엔비디아에 대응하는 인텔 가우디3/AMD MI300/범클라우드 진영의 NPU/,그리고 AI 하드웨어 개발 흐름과 추세는? 
