인텔이19일(현지시간) 온라인으로 개최한 ‘인텔 아키텍처 데이 2021’에서 대규모 신규 혁신 아키텍처를 공개했다.

라자 코두리(Raja Koduri) 인텔 수석 부사장 및 가속 컴퓨팅 시스템 및 그래픽(AXG) 그룹 총괄과 인텔 아키텍쳐 팀은 이 행사에서 두 개의 새로운 세대의 x86 코어와 인텔리전트 인텔 스레드 디렉터 워크로드 스케줄러를 탑재한 인텔의 첫 하이브리드 퍼포먼스 아키텍처인 ‘앨더레이크’에 대한 상세한 내용을 소개했다.

또 데이터센터용 차세대 인텔 제온 스케일러블 프로세서인 사파이어 래피즈는 물론, 새롭게 소개하는 인프라 처리 장치(IPU), 그래픽 아키텍처 제품군으로 Xe HPG와 Xe HPC아키텍처, 알케미스트와 폰테 배키오 시스템-온-칩(SoC) 등 다양한 혁신 기술도 함께 공개했다.

인텔은 이번 발표를 바탕으로 현재 직면하고 있는 가장 어려운 컴퓨팅 문제를 해결하고 사람들의 삶을 풍요롭게 만들고자 지속적으로 노력을 이어 나가겠다는 방침이다.

새로운 아키텍처는 앞으로 출시될 고성능 제품의 기반이 될 것이며, 세계적으로 증가하는 컴퓨팅 수요에 부응할 수 있도록 인텔의 혁신 시대를 위한 기반을 구축할 예정이다.

라자 코두리 수석 부사장은 아키텍처 발전의 중요성을 강조하며 “아키텍처는 하드웨어와 소프트웨어의 연금술이다. 특정 엔진에 가장 적합한 트랜지스터를 혼합하고, 첨단 패키징으로 연결하며, 고대역폭과 저전력 캐시를 통합한 후, 하나의 패키지 안에 하이브리드 컴퓨팅 클러스터를 위한 고용량, 고대역폭의 메모리와 낮은 레이턴시의 확장 가능한 인터커넥트를 통해, 모든 소프트웨어가 원활하게 가속되도록 보장한다”고 말했다.

또 “오늘 공개한 새로운 혁신은 데스크톱에서 데이터센터에 이르는 워크로드가 그 어느 때보다 크고 복잡하며 다양해지고 있으며, 아키텍처가 더 많은 컴퓨팅 성능에 대한 수요를 어떻게 충족할 수 있을지를 보여준다”고 했다.

아키텍처는 하드웨어(HW)와 소프트웨어(SW) 설계방식이다. 반도체의 뼈대다.

코두리 수석부사장은 아키텍처를 ‘HW와 SW의 연금술’이라고 표현하기도 했다.

아키텍처 분야는 인텔과 ARM이 양분하고 있다. 인텔은 서버·PC용 중앙처리장치(CPU), ARM은 스마트폰 애플리케이션프로세서(AP)가 주력이다.

양사는 각각 아키텍처 점유율 90% 이상을 차지할 정도로 사실상 독점 체제다.

하지만 작년부터 이 구도에 균열이 가기 시작했다.

애플이 PC에 직접 개발한 CPU를 투입하면서다. 애플은 ARM 아키텍처 기반 ‘M1’를 선보였고 맥북 등에 탑재했다.

이어 마이크로소프트(MS)도 자체 CPU 설계에 착수했다. 역시 ARM 코어를 바탕으로 한다. PC 운영체제(OS) 주도권을 잡은 MS의 선택은 인텔에 부정적이다.

아마존웹서비스(AWS) 구글 등 대형 클라우드 업체도 잇달아 ARM과 협업을 통해 자체 프로세서를 만들기 시작했다. GPU 강자 엔비디아마저 ARM 기반 CPU를 개발한다고 선언했다. 일시적 현상이 아니라 대세로 굳어지는 분위기다.

x86 엑소더스는 왜 발생했을까. 업계에서는 유연성을 꼽는다.

반도체 업계 관계자는 “데이터센터 업체들은 네트워크 인프라나 서버를 자신만의 방식으로 구성하기를 추구한다. ARM 아키텍처는 그 부분에서 강점이 있다. 반면 x86 아키텍처 기반 인텔, AMD 등의 CPU를 사용하면 정해진 틀에서 서버를 운영해야 한다”고 설명했다.

우선 인텔은 x86 아키텍처 유인책으로 성능 개선에 초점을 맞췄다. 이번 행사에서 ‘에피션트 코어’와 ‘퍼포먼스 코어’를 발표했다.

기존 그레이스몬트(Gracemont)라는 코드명으로 알려졌던 인텔의 새로운 에피션트 코어(Efficient core) 마이크로아키텍처는 멀티태스킹을 위한 스루풋 효율성과 확장가능한 멀티쓰레드 성능을 위해 설계됐다.

에피션트 코어는 인텔의 가장 효율적인 x86 마이크로아키텍처로 공격적인 실리콘 면적을 목표하고 있으며, 많은 코어에서 멀티코어 워크로드로 확장 가능하다.

또 넓은 클럭스피드 범위를 제공한다. 마이크로아키텍처와 설계 노력으로 에피션트 코어는 저전압으로 작동해 전력 소모를 줄이고 헤드룸을 만들어 보다 까다로운 작업 부하에 맞게 주파수를 높이고 성능을 향상한다.

기존 CPU 마이크로아키텍처 ‘스카이레이크’ 대비 동일 전력으로 40% 높은 단일 스레드 성능을 제공한다.

가령 4개의 에피션트 코어는 2개의 스카이레이크보다 더 적은 전력으로 80% 더 높은 성능을 지원한다.

기존 코드명 ‘골든 코브(Golden Cove)’로 알려졌던 인텔의 새로운 퍼포먼스 코어(Performance core) 마이크로아키텍처는 빠른 속도를 제공하기 위해 설계됐다.

짧은 대기 시간과 단일 쓰레드 애플리케이션 성능 한계를 극복했다.

코드 설치 공간의 워크로드가 점점 증가하고 있으며 더 많은 실행 기능에 대한 수요가 증가하고 있다.

데이터 대역폭에 대한 요구사항과 함께 데이터셋의 수도 증가하고 있다.

인텔의 새로운 퍼포먼스 코어 마이크로아키텍처는 대용량 코드 애플리케이션을 보다 효과적으로 지원하고, 범용 성능에서 확실한 성능 개선을 제공한다.

퍼포먼스 코어에 대해 인텔은 향후 10년을 이끌어갈 아키텍처라고 치켜세웠다.

병렬화를 높이고 레이턴시는 줄이는 방식으로 성능을 높였다. 고성능컴퓨팅(HPC) 제품을 위해 대용량 데이터 및 많은 코드가 필요한 애플리케이션도 지원할 수 있도록 설계됐다,

코드명 ‘앨더레이크(Alder Lake)’로 알려진 인텔의 차세대 클라이언트 아키텍처는 인텔의 첫 퍼포먼스 하이브리드 아키텍처로 모든 워크로드 타입에서 상당한 성능을 위해 퍼포먼스 코어(Performance core)와 에피션트 코어(Efficient core) 2가지 코어 타입을 최초로 통합한다.

앨더레이크는 인텔 7 공정 기반으로 구축됐으며 최신 메모리 및 가장 빠른 IO를 지원한다.

퍼포먼스 및 에피션트 코어가 운영 체제와 원활하게 작동하도록 인텔은 ‘인텔 스레드 디렉터(Intel Thread Director)라는 향상된 스케줄링 기술을 개발했다.

하드웨어에 직접 내장된 스레드 디렉터는 코어 상태와 스레드의 명령어 혼합에 대해 낮은 수준의 원격 측정(telemetry)을 제공해 운영 체제가 적시에 올바른 스레드를 배치할 수 있도록 한다.

스레드 디렉터는 단순하고 정적인 규칙 기반 접근 방식이 아닌 실시간 컴퓨팅 요구에 맞춰 스케줄링 결정을 조정할 수 있어 역동적이고 적응력이 뛰어나다.

Xe HPG는 게이밍 및 창작 워크로드에 적합한 전문가 수준의 성능에 맞춰 확장되도록 설계된 새로운 외장 그래픽 마이크로아키텍처다.

Xe HPG 마이크로아키텍처는 알케미스트(Alchemist) 시스템-온-칩(SoC) 제품군을 강화하며 인텔 아크 브랜드로 2022년 1분기에 첫 관련 제품이 출시된다.

Xe HPG 마이크로아키텍처는 컴퓨팅에 중점을 두고 프로그래밍이 가능하며 확장 가능한 새로운 Xe-코어 요소가 포함된다.

클라이언트 그래픽 로드맵에는 알케미스트(이전의 DG2), 배틀메이지(Battle Mage), 셀레스티얼(Celestial) 및 드루이드(Druid) SoC가 포함된다.

이날 발표에서 인텔은 생산 전 단계에 있는 알케미스트 SoC에서 실행되는 마이크로아키텍처 세부 사항과 데모를 공개했고, 실제 게임플레이와 언 리얼 엔진 5(Unreal Engine 5) 상태 테스트, 그리고 새로운 신경 기반 슈퍼 샘플링 기술인 XeSS를 선보였다.

사파이어 래피즈는 가장 큰 데이터센터 플랫폼 발전을 보여준다.

사파이어 래피즈는 점점 더 까다로워지는 데이터센터 사용 전반에 걸쳐 상당한 컴퓨팅 성능을 제공하며, 클라우드, 마이크로서비스 및 AI와 같은 탄력적인 컴퓨팅 모델에서 높은 성능을 제공하도록 워크로드에 최적화되어 있다.

사파이어 래피즈의 중심에는 인텔의 EMIB 패키징 기술을 활용해 상당한 확장성을 제공하면서 동시에 단일 CPU 인터페이스의 이점을 유지하는 타일 방식의 모듈식 시스템-온-칩(SoC) 아키텍처가 포함되어 있다.

사파이어 래피즈는 균형 잡힌 단일 메모리 엑세스 아키텍처를 제공한다. 모든 쓰레드는 캐시, 메모리 및 입출력(I/O)를 포함한 모든 타일의 리소스에 엑세스할 수 있다. 전체 SoC에서 지연율이 낮고 횡단 대역폭이 높다.

사파이어 래피즈는 인텔 7 공정 기술을 기반으로 구축됐으며 인텔의 새로운 퍼포먼스-코어 마이크로아키텍처가 적용되어 대기 시간이 짧고 단일 쓰레드 애플리케이션 성능의 한계를 극복한다.

아울러 인텔은 파운드리 사업 본격화로 피해를 최소화할 방침이다.

CPU 판매가 줄어드는 것을 파운드리 매출로 상쇄하겠다는 의도다. 인텔이 최근 차세대 공정 및 패키징 청사진을 공개한 것도 같은 맥락이다.

경쟁사와도 거리낌 없이 협력하기로 했다.

IBM과 패키징 등 공동 연구개발(R&D)을 진행하고 설계 분야에서는 케이던스 시놉시스 등과 동맹을 맺었다. 파운드리 에코시스템에는 ARM 리스크파이브 등 아키텍처 경쟁사도 포함했다. 다양성을 통해 고객사를 유치하기 위함이다.