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45nm로 공정에 따른 이점
최근 인텔은 65nm 공정에 이어 45nm 공정의 빠른 적용과 함께 SSE4와 같은 새로운 명령어 등을 포함하여 다시 한번
AMD의 기세를 누를 준비를 하고 있다. 이에 따라 45nm 공정 적용에 따른 여러 가지 장점과 새롭게 개선된 부분을
살펴보도록 하자.
일반적을 잘 알려진 사실로 공정을 개선하게 되면 소비전력 향상과 발열, 클럭의 향상 등을 통한 성능의 향상을 쉽게 접할
생각해볼 수 있다.
65nm 공정에서 45nm High-K + Metal Gate 트랜지스터 공정을 적용함에 따라 트랜지스터 갯수를 늘릴 수
있는 장점이 있는데 작은 사이즈라도 더 많은 트랜지스터를 집적할 수 있기 때문에 보다 많은 기능을 추가할 수 있게 된다.
이에 따라 성능 향상을 위한 다양한 기능들을 같은 면적에 더 많이 넣을 수 있다.
또, 트랜지스터의 스위칭 스피드를 20% 향상할 수 있고 유출되는 전력을 5배 줄일 수 있게 된다. 그리고 트랜지스터의
스위칭 전력을 최대 30%까지 줄일 수 있게 된다. 공정 개선에 따른 성능 향상 부분에는 트랜지스터의 속도 향상 뿐만
아니라 그에 따르는 소비전력을 줄일 수 있게 되므로 동작에 따른 발열 역시 줄어들 게 된다. 또한, 게이트 유출 전력을
10배 줄일 수 있게 되므로 결과적으로 소비전력 부분에서도 이득을 얻게 된다.
인텔의 45nm High-K + Metal Gate 트랜지스터의 조합은 이전 세대의 프로세서들보다 더 적은 소비전력과
발열을 가지게 되고 집적도를 높여 성능 향상, 그리고 원활한 생산이 가능해지면 같은 크기에서 더 많은 CPU를 생산할 수
있으므로 가격 부분에서도 유리해지게 된다.
65nm 코어 마이크로 아키텍처 개선
코어 마이크로 아키텍처는
이번엔 확 바꼈다!, INTEL Core 마이크로아키텍처 기사를 통해 소개한 적이 있는데 핵심이
되는 부분은 모두 5가지로 압축해볼 수 있으며, 그 5가지는 Intel Wide Dynamic Execution,
Intel Advanced Smart Cache,
Intel Smart Memory Access,
Intel Advanced Digital Media Boost, Intel Intelligent Power
Capability가 있다.
45nm 공정이 내세우는 특징은 클럭 사이클 당 성능 향상, 프로세서의 클럭 향상, 효율적인 전력 소비 등을 들 수 있고
이를 위해 기존 코어 마이크로 아키텍처의 향상을 위한 변화를 주게 된다.
[45nm 공정 개선과 함께 코어 마이크로 아키텍처의 개선]
앞서도 언급하였듯이 코어 마이크로 아키텍처 구성에 따라 향상된 기능들로 살펴본 5가지 부분에 45nm 공정의 적용에 따라
기존의 아키텍처의 개선이 따르게 된다. 이 부분에서 변화를 살펴보도록 하자.
1. Intel Wide Dynamic Execution의 변화
Intel Wide Dynamic
Execution은 IPC 향상을 위해 적용된 것으로 코어 마이크로 아키텍처는 넷버스트 아키텍처의 31단계보다 적은
14단계를 통해 IPC를 향상할 수 있게 되었다. 여기에 성능 향상을 위해 4개의 추가 디코더를 통해 기존보다 최대 33%
이상의 인스트럭션 디코딩 성능을 개선할 수 있다. 두 개의 명령어를 하나로 묶어 처리할 수 있는 마이크로 퓨전 기술을
추가하여 처리 과정에 따른 불필요한 부분을 줄여 성능 향상을 꾀하고 있다.
이것이 Intel Wide Dynamic
Execution의 기본 내용인데 45nm 공정을 적용한 Penryn에서는 공정 개선을 통한 성능 향상을 위해 3가지를
추가하고 있다. 3가지는 Fast Radix-16 Divider와 Fsater OS Primitive 지원, 향상된
Intel Virtualization 기술이다.
[2배에 이르는 분할 실행 속도 증가]
Fast Radix-16 Divider는 기존 65nm
공정을 적용한 프로세서보다 2배에 이르는 속도를 가능하게 해주어 과학 분야, 3D 분야, 수학 관련 연산 부분에서의 속도
향상을 가능하게 해준다. 즉, 정수와 부동 소수점 부분에서의 성능 향상을 꾀하고 있다. 기존의 Radix-4는 2bit
연산이었던 것과 비교하여 Radix-16에서는 4bit 연산이 가능해지고 레이턴시는 감소하여 연산 부분에서 2배에 이르는
분할 실행 속도 처리 능력을 가진다.
다음으로
Fsater OS Primitive 지원에서는 일반적인 OS의 경우 오류
발생시 오류가 발생한 코드와 필요한 부분을 I/O 장치로부터 읽어 들이는 시간을 낭비하게 된다. Penryn의 경우 이
부분의 시간 낭비를 줄이기 위한 것이 바로 Faster OS Primitive이다. 또, 데이터 베이스나 서버 처리에서
자주 발생하는 타임 스탬프 카운터를 빠르게 읽어 들여 이를 처리할 수 있도록 해준다.
향상된 Intel Virtualization 기술은 가상 머신의 변화 즉, 시작과 종료 사이에서 평균 25 ~ 75%에
이르는 성능 향상을 가져오도록 개선되었다. 이 기술은 멀티 코어 프로세싱 성능과 효율을 증대시켜 싱글 머신보다 향상된 가상
컴퓨터 환경을 구성할 수 있고 이를 통해 비용을 절약할 수 있게 된다.
2. Intel Advanced Smart Cache의 변화
Advanced Smart Cache 기술은 일정량의 할당된 캐쉬에서 시스템
메모리를 거치는 복작한 과정을 줄여주는 것으로 기본 제공되는 캐쉬를 동적으로 끌어다 사용하여 캐쉬 적중률을 높이고 FSB
대역폭의 병목 현상과 데이터 지연시간을 줄여 효율적인 작업을 가능하게 해주는 기술이다.
45nm 공정의 개선으로 변화된
Advanced Smart Cache 부분은 최대 12MB로 늘어난 L2 캐쉬와
16 Way Associativity에서 24 Way Associativity로의 변화를 들 수 있다.
65nm 듀얼 코어인 Core2 Duo는 최대 4MB L2 캐쉬, 쿼드 코어인 Core2
Extreme은 4MB x 2로 최대 8MB의 L2 캐쉬를 가지고 있었다. 45nm에서는 6MB x 2로 최대 12MB의
L2 캐쉬를 갖게되어 50%의 L2 캐쉬가 증가된 셈이다. 이렇게 증가된 캐쉬와 24 Way Associativity를
통해 캐쉬 적중률 즉, 데이터를 읽어 들이거나 쓸 때 발생하는 실패를 줄여주기 때문에 기존보다 효율적인 작업이 가능하게
된다.
3. Intel Smart Memory Access의 변화
Smart Memory Access는 여러 번의 메모리를 참조하는 복잡한 과정을 줄여주기 위해
도입된 기술로 원하는 자료가 없을 경우 다른 작업을 먼저 진행하고 다시 자료를 찾아 내어 실행하는 것으로 명령어를
재배치하여 데이터 전송 지연을 최소화하는 기술이다.
여기에 추가된 것은 Store Forwarding과 Higher Bus Speed이다.
Store Forwarding은 파이프라인 쓰기로부터 메모리 주소를 읽어 들이는 일이
발생하였을 때나 심지어 메인 메모리에 정렬되지 않은 쓰기 작업이 발생하지 않아도 메모리에 쓰기나 저장을 끝내기를 기다리는
것보다 앞서 저장된 결과를 즉시 읽어 들일 수 있도록 하는 것으로 이를 통해 전송 지연을 기존 65nm보다 줄일 수 있게
된다.
또한, Bus Speed 즉, 인텔은 FSB를 65nm 공정에서 1333MHz로 증가시켰는데
45nm 공정에서는 이 FSB를 최대 1600MHz까지 증가시킬 수 있게 된다. 오늘 살펴볼 QX9650의 경우 FSB가
1333MHz로 적용되고 있지만, 상위 CPU로 알려진 QX9770의 경우 FSB1600MHz가 적용되고 클럭도
3.2GHz로 높아진다. 클럭이 증가된 다는 것은 결국 처리 지연 시간이 그 만큼 줄어 빠른 처리가 가능해진 다는 것을
의미한다.
4. Intel Advanced Digital Media Boost
Advanced Digital Media Boost는 SSE (Streaming SIMD
Extensions) 처리 성능을 개선하여 128bit SSE 명령을 한 사이클에 처리가 가능하도록 개선하여 SSE 연산
성능 향상과 함께 멀티미디어 성능도 향상할 수 있게 된 기술이다.
이번 45nm 공정에서는 65nm 공정의 프로세서들이 SSE3까지 지원하던 것에 이어 새로운
SSE4 명령어를 추가하고 Super Shuffle Engine를 추가했다.
[소프트웨어의 변화 없이 SSE Shuffle 명령 실행을 2배 빠르게 해준다!]
Super Shuffle Engine은 SSE 알고리즘 처리 향상을 위한 기술로 128bit를 가진 Single-Pass
Shuffle 유닛을 하나의 사이클에 형성하여 SSE 데이터 처리에서 두 배에 이르는 속도 향상을 가져올 수 있도록
해준다. 또한, 레이턴시의 감소와 SSE2, SSE3, SSE4 명령어의 작업 처리량도 증가되었으며, SSE 데이터
처리에서는 이미지에 나타나고 있는 것과 같이 언팩, 팩 등의 작업에서 상당 부분 향상을 가져오게 된다.
[SSE4를 적용한 프로그램들에서 더 높은 성능 향상을 기대할 수 있다.]
SSE3만 지원되었던 65nm 프로세서들과 달리 45nm Penryn에서는 47개에 이르는 새로운 SSE4 명령어를
도입하였다. 위 이미지는 SSE4 명령어에 최적화된 프로그램을 사용하였을 때 최대 63%에 이르는 성능 향상을 나타내는
그래프이다.
47개의 명령어가 추가된 SSE4는 QX9650에 포함된 SSE 4.1과 아직 알려지지 않은 4.2 버전의 두 가지가
있는데 현재는 4.1 버전의 SSE4가 이번 45nm Penryn에 포함되고 있다. SSE4 명령어에는 비디오 인코딩 가속 명령어를 비롯하여 부동
소수점 연산, 이미지 및 3D 게임 가속 등에 필요한 다양한 명령어들이 추가되어 기존 SSE3보다 향상된 성능을 기대할 수
있다.
SS4 지원 프로그램은 여기에도 나와있는 DivX v6.6과 v6.7 코덱을 비롯하여 TMPGEnc 4.4 Express,
MainCencept H.264 인코더, 피나클 스튜디오 플러스 (Pinnacle Studio Plus), 소니 베가스
(Sony Vegas) 등과 같은 동영상이나 인코딩 관련 프로그램들에서 지원할 예정에 있다. 주로 동영상 인코딩 관련
프로그램들에서 지원하므로 인코딩을 자주 하는 사용자들은 SSE4 지원에 따른 성능 향상을 체감할 수 있다.
5. Intel Intelligent Power Capability
Intelligent Power Capability는 전력 관리 기술로 코어 마이크로
아키텍처는 모바일 아키텍처의 장점을 도입한 만큼 모바일의 전력 관리 기술의 장점들을 적용하고 있다.
Enhanced Intel SpeedStep와 Enhanced Halt State가 여기에 포함된다. 코어 마이크로
아키텍처에서는 사용하지 않는 부분은 동작하지 않고 사용할 때는 다시 동작이 가능한 상태로 만들어 소비전력을 줄일 수 이고
이에 따른 응답시간의 문제도 해결하고 있다.
45nm 공정에서는 이 전력 관리 기술에 Deep Power Down과 Dynamic
Acceleration을 추가로 지원하게 된다. 이는 45nm 공정 적용에 따른 이점을 활용한 것으로 이 두 가지 기술은
데스크탑이 아닌 모바일 45nm 프로세서에만 적용되는 기술로 알려지고 있다.
일반적으로 C-State 상태이면 내부 트랜지스터의 전력 누수를 줄여 배터리 시간을
증가시켜주게 되여, 이는 모바일 CPU인 메롬에 적용되고 있다. Deep Power Down 기술을 사용하게 되면 코어와
L2 캐쉬의 파워를 꺼 소비전력을 줄일 수 있게 해준다. 하지만, 메모리는 계속 입출력 작업을 진행하며, 프로세서는
동작하지 않는 상태를 가지게 된다. 이 대 코어가 필요하면 전압이 증가하여 원래의 클럭으로 돌아오며, 프로세서는 리셋되고
명령 실행을 할 수 있는 상태로 만들어 준다. Penryn은 상태 변경에 따른 에너지 낭비를 이를 돕기 위해 지능적으로
프로세서를 끄거나 재시작할 때를 결정할 수 있도록 해주어 idle 상태에서도 소비전력을 줄일 수 있다.
향상된 Intel Dynamic Acceleration 기술은 현재의 Core2 프로세서들에도
사용되고 있는 기술로 하나의 코어가 사용되지 않을 때 다른 하나는 활성화되어 싱글 쓰레드 어플리 케이션을 처리하여 성능을
향상 시킬 수 있도록 해주는 기술이다.
지금까지의 내용을 간단히 정리해보면 아래와 같다.
-
45nm 공정으로 발열 및 소비전력 유리
-
L2 캐쉬 12MB 증가로 적중률 향상, 24 Way
Set Associativive 적용
-
FSB 최대 1600MHz 적용으로 인한 클럭 향상
및 성능 향상
-
47개의 SSE4 명령어 추가로 멀티미디어 등의 성능 향상
-
Faster Radix-16 Divider로 정수와 부동
소수점 연산 능력 향상
-
멀티 프로세서 사용시 가상화 기술 향상
-
전력 관리 향상을 위한 Deep Power Down과
Dynamic Acceleration 적용
이상으로 살펴본 내용의 기본은 코어 마이크로 아키텍처는
이번엔 확 바꼈다!, INTEL Core 마이크로아키텍처 기사를 통해 소개한 적이 있으므로 이
기사를 참고하자.
45nm 공정이 적용된 프로세서
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45nm 인텔 프로세서 가격 및 스펙
정보 |
|
모델 |
클럭 |
L2 캐쉬 |
FSB |
가격 |
출시 시기 |
|
Intel Core2 Extreme QX9770 |
3.20GHz |
12MB |
1600MHz |
$1,399 |
2008 Q1 |
|
Intel Core2 Extreme
QX9650 |
3.0GHz |
12MB |
1333MHz |
$999 |
2008 Jan |
|
Intel Core2 Quad Q9550 |
2.83GHz |
12MB |
1333MHz |
$530 |
2008 Jan |
|
Intel Core2 Quad Q9450 |
2.66GHz |
12MB |
1333MHz |
$316 |
2008 Jan |
|
Intel Core2 Quad Q9300 |
2.50GHz |
6MB |
1333MHz |
$266 |
2008 Jan |
|
Intel Core2 Quad Q6700 |
2.66GHz |
8MB |
1066MHz |
$530 |
사용 가능 |
|
Intel Core2 Quad Q6600 |
2.40GHz |
8MB |
1066MHz |
$266 |
사용 가능 |
|
Intel Core2 Duo E8500 |
3.16GHz |
6MB |
1333MHz |
$266 |
2008 Jan |
|
Intel Core2 Duo E8400 |
3.00GHz |
6MB |
1333MHz |
$183 |
2008 Jan |
|
Intel Core2 Duo E8200 |
2.66GHz |
6MB |
1333MHz |
$163 |
2008 Jan |
|
Intel Core2 Duo E8190 |
2.66GHz |
6MB |
1333MHz |
$163 |
2008 Jan |
|
Intel Core2 Duo E6850 |
3.0GHz |
4MB |
1333MHz |
$266 |
사용 가능 |
|
Intel Core2 Duo E6750 |
2.66GHz |
4MB |
1333MHz |
$183 |
사용 가능 |
|
Intel Core2 Duo E6550 |
2.33GHz |
4MB |
1333MHz |
$163 |
사용 가능 |
|
Intel Core2 Duo E6540 |
2.33GHz |
4MB |
1333MHz |
$163 |
사용 가능 |
|
Intel Core2 Duo E6700 |
2.66GHz |
4MB |
1066MHz |
$316 |
사용 가능 |
|
Intel Core2 Duo E6600 |
2.40GHz |
4MB |
1066MHz |
$224 |
사용 가능 |
|
Intel Core2 Duo E6420 |
2.13GHz |
4MB |
1066MHz |
$183 |
사용 가능 |
|
Intel Core2 Duo E6400 |
2.13GHz |
2MB |
1066MHz |
$183 |
사용 가능 |
|
Intel Core2 Duo E6320 |
1.86GHz |
4MB |
1066MHz |
$163 |
사용 가능 |
|
Intel Core2 Duo E6300 |
1.86GHz |
2MB |
1066MHz |
$163 |
사용 가능 |
45nm 공정을 적용한 프로세서는 Penryn으로 통칭되며, 듀얼 코어는 Wolfdale로 쿼드 코어는 Yorkfield의
코드명을 각각 갖고 있다.
45nm 공정이 적용된 프로세서는 데스크탑용의 듀얼 코어 E시리즈는 E8xxx가 쿼드 코어는 Q9xxx와 하이엔드의
QX9xxx 시리즈 CPU들이 등장한다. 오늘 살펴볼 QX9650은 FSB1600MHz의 QX9770이 등장하기 전까지는
가장 높은 클럭의 제품이 된다. 듀얼 코어는 E8190, E8200, E8400, E8500이 2.66GHz부터
3.16GHz와 FSB1333MHz, L2 6MB로 기존 Core2 시리즈 CPU들보다 2MB가 늘어난 L2 캐쉬를 갖게
된다. 쿼드 코어 역시 Extreme 시리즈가 아닌 Q시리즈는 Q9300, Q9450, Q9550이 등장하며, 기존의
Q6600과 Q6700을 각각 대체한다. 오히려 Q9450을 배치하여 가격적인 부분에서도 기존보다 더 유리해진다.
이들은 위 표에 나타나 있듯이 현재의 Core2 시리즈 CPU들을 2008년 초가 되면 45nm 공정이 적용된 CPU들로
교체할 될 것으로 예상되고 있다. 가격 역시 기존의 프로세서들을 대체할 정도의 가격을 형성하기 때문에 시장 진입은 큰
문제가 없어 보이며, 이 때는 AMD에서도 새로운 프로세서인 Phenom이 등장할 것이므로 가격 경쟁에 의해 가격은 더
낮아질 수도 있다. |
