6코어로 돌아오다 : 인텔 샌디브릿지-E 리뷰 (1)

Author : Daeguen Lee

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(※ 이 글은 월간 smart PC사랑 2011년 12월호에도 수록되었습니다.)

1. Introduction

안녕하세요. ㄷㄱ입니다. (^^)

지난달 AMD가 FX 시리즈를 출시한 데 이어 이번 달에는 경쟁사 Intel에서 새 플래그십 CPU를 출시했습니다.
Sandy Bridge-E 라는 코드명으로 알려진 Core i7 3900/3800 시리즈가 바로 그들입니다.

태평양 기준시로 11월 14일 자정 (한국 기준 14일 오후 5시) 을 기해 해제되는 엠바고에 발맞춰
과연 새 CPU가 어떤 성능을 보여줄지 & 얼마나 유용하게 쓰일 수 있을지 리뷰를 통해 알아보고자 합니다.

오늘의 주인공은 Core i7 3960X Extreme Edition과 Core i7 3930K 두 모델입니다.
그럼, 우선 Sandy Bridge-E의 출시가 갖는 의미를 살펴보도록 하겠습니다.


2. Tick, Tock

인텔은 2006년 65nm 공정 하에서 Core 아키텍처를 도입한 이래로 매년 새 CPU들을 발표해 오고 있습니다.
이 스케줄을 자세히 보면 2년 주기로 한 해는 제조공정을 미세화하고 이듬해는 아키텍처를 바꾸는 것을 알 수 있는데, 이렇게 공정 개선 -> 아키텍처 혁신을 2교대로 반복해 온 신제품 개발 전략을 '틱-톡' 이라고 합니다.

톡: 65nm 'Core' 아키텍처 = Merom (Conroe, Kentsfield)
틱: 45nm 'Core' 아키텍처 = Penryn (Wolfdale, Yorkfield)
톡: 45nm 'Nehalem' 아키텍처 = Nehalem (Bloomfield, Lynnfield)
틱: 32nm 'Nehalem' 아키텍처 = Westmere (Clarkdale, Gulftown)
톡: 32nm 'Sandy Bridge' 아키텍처 = Sandy Bridge (Sandy Bridge, Sandy Bridge-E)
틱: 22nm 'Sandy Bridge' 아키텍처 = Ivy Bridge (예정)
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이런 식으로 말이죠.

사실 Sandy Bridge의 등장에 의의를 찾자면 32nm라는 제조공정이 갖는 의미보다는 2년만의 새 아키텍처라는 의미가 더 크지만, 32nm의 원조 격인 Westmere가 메인스트림 라인업에 자리잡지 않은 덕에 (하이엔드의 Gulftown 및 로엔드의 Clarkdale만 출시) 메인스트림 유저의 관점에서 보면 Sandy Bridge는 '틱'과 '톡'을 동시에 수행한 프로세서처럼 여겨지게 되었습니다.

일반적으로 아키텍처를 뜯어 고치는 '톡' 단계에서는 전세대와 같은 제조공정 하에서 이것저것 새 기능을 추가하기 때문에 다이 사이즈는 전세대보다 커질 가능성이 높으며 소비전력 역시 전세대 대비 증가하는 경우가 많았습니다.
반면 제조공정을 미세화하는 '틱'은 전세대에 도입했던 아키텍처를 원숙하게 완성시키는 단계에 가깝습니다.
'틱'이 성공적으로 이행될 경우, 다이 사이즈/소비전력 감소 -> 클럭 향상이라는 특징을 보이게 됩니다.

바로 여기서 Sandy Bridge에 대한 꼬인 인식의 단서를 찾을 수 있는데, Sandy Bridge는 엄연히 '톡'의 스케줄에 맞춰 나왔음에도 불구하고 일반적으로 '틱' 단계에서 구현되는 특징들로 인해 오히려 더 유명해졌다고 볼 수 있습니다.
즉 Sandy Bridge가 (시장에서 '전세대'로 인식되는) Lynnfield보다 소비전력이 줄고 & 오버 여력이 높아진 것은 분명하지만 사실 Sandy Bridge 아키텍처를 두고 비교해야 할 것은 두세대 전의 Nehalem이 아니라 한세대 전의 Westmere 란 것이죠.

그런 점에서 Westmere와 대등하게 견줄 첫 Sandy Bridge 제품군인 'Sandy Bridge-E'가 나온 것은 매우 흥미로운 일입니다.

우선, 이 둘을 비교하기 위해 Nehalem이 등장하던 시점으로 거슬러 올라가 봅시다.

▲ Nehalem은 네이티브 4코어 CPU로, 인텔로서는 처음으로 메모리 컨트롤러를 내장시킨 CPU이기도 합니다.
위 그림은 Nehalem 아키텍처를 차용한 첫 CPU, Bloomfield의 다이 구조를 간단히 그려 본 것입니다.
Bloomfield를 출시하고 몇 달이 지나, 인텔은 서버용으로 Nahalem-EX라는 새로운 제품을 출시하게 됩니다.

▲ 앞에서 본 그림과 비교해 보면, Nehalem-EX는 Bloomfield를 좌우 대칭으로 붙여 놓은 것처럼 생겼습니다.
물리적으로 코어 갯수가 두 배가 되었으므로 성능 역시 두 배에 가깝게 향상되었지만 다이 사이즈 역시 그에 비례해 증가했기 때문에 면적 대비 성능의 측면에선 Bloomfield보다 나아진 게 없었습니다.
바로 이런 시점에 '틱' 이 필요해집니다.

▲ 제조공정을 미세화할 경우, 전세대의 절반 정도의 면적에동일한 수의 트랜지스터를 집적할 수 있습니다.
설계를 어떻게 하느냐에 따라 다르긴 하지만 대체로 프로세서의 성능이 투입 가능한 트랜지스터 수에 비례한다고 볼 때, 제조공정이 한 단계 미세화될 때마다 이론적으로 두 배의 성능 향상이 가능해지는 것이기도 합니다.

...이렇게 작아진 코어 사이즈를 바탕으로...

▲ Bloomfield보다 작은 면적에 50% 더 많은 코어를 탑재한 이것이 바로 Gulftown (Westmere-EP) 입니다.
마케팅상의 이유로 (= Bloomfield / Lynnfield를 팔아야 하니까) Gulftown을 최고로 비싼 가격대에 위치시켜 놓은 덕에 대부분의 메인스트림 유저들은 Westmere의 시대가 끝나가도록 Gulftown을 만져 볼 기회조차 갖지 못했지만, 사실 제조단가의 측면에서만 보자면 Gulftown의 생산 비용은 Bloomfield / Lynnfield보다 더 저렴했을 것입니다.
(여기에서 로드맵과 시장 사이의 괴리가 발생합니다.)

여튼, '틱'을 거치며 인텔은 다이 사이즈에 여유가 생겨 하나의 다이에 더 많은 코어를 탑재할 수 있게 되었고,

▲ ...그 결과 서버용으로는 10개의 코어를 탑재한 Westmere-EX까지 선보이게 됩니다.
이것 역시 Gulftown을 좌우 대칭으로 붙여놓은 것처럼 생겼죠?

한편, 미세화된 제조공정을 발판으로 아키텍처를 갈아 엎을 차례(톡)가 되어 인텔이 선보인 것은 바로...

▲ Sandy Bridge입니다!
그리고 여기에서부터 Nehalem (Bloomfield) -> Nehalem-EX, Westmere-EP (Gulftown) -> Westmere-EX로의 진화 과정과 똑같은 전철을 밟아 탄생한 것이...

▲ 오늘의 주인공인 Sandy Bridge-E 되겠습니다.
아, 물론 위 그림이 곧장 제가 리뷰할 Core i7 3960X/3930K가 되는 것은 아닙니다.
애초 Sandy Bridge-E는 서버용 8코어 모델로 계획되었고, 이 다이 그대로 데스크탑용으로도 출시하려 했지만
통상적으로 '톡' 단계에서 봉착하게 되는 문제 -소비전력 증가, 발열 증가, 수율 저하- 가 발목을 잡게 됩니다.
따라서, 데스크탑 제품으로써 '적당한' TDP를 갖추도록 하기 위해 인텔이 선택한 전략은 아래와 같습니다.

▲ 바로 코어 두개와 캐시 일부를 비활성화하는 것입니다. (어디서 많이 보던 방식인데...)
원래 온전한 Sandy Bridge-E 다이는 8코어 / 20MB L3 캐시의 스펙을 갖추고 있지만
오늘부로 데스크탑 최고 모델로 자리잡게 될 3960X는 6코어 / 15MB에 불과(?)한 스펙을 가지고 있습니다.
(여담이지만, 실제로 Sandy Bridge-E의 초기 엔지니어링 샘플은 8개의 코어가 모두 살아 있는 것도 있습니다)
그렇다면 바로 아래 모델인 3930K에는 이와 동일한 코어가 들어가느냐 하면, 그렇지도 않습니다.

▲ Core i7 3930K는 3960X XE보다 L3 캐시 용량이 3MB 더 줄어들어 총 12MB의 L3 캐시를 지니게 됩니다.
즉 '온전한' Sandy Bridge-E 다이와 비교하자면, 코어 갯수는 75%, 캐시 용량은 60%에 불과해지는 것이죠.

앞서 Sandy Bridge는 '톡' 단계에 해당하기에 Westmere 대비 다이 사이즈가 커질 소지가 있다고 했는데
그렇다면, Gulftown보다 큰 다이를 가진 Sandy Bridge-E가, 그 큰 다이의 60~75% 정도만을 활용하는 핸디캡을 안고서도 생산 원가에서 오는 약점을 상쇄할만한 성능으로 Gulftown을 압도할 수 있을지 지켜보는 것도 재미있을 것 같습니다.