[고든 정의 TECH+] Zen 5 공개한 AMD, 아키텍처 완전히 갈아 엎을까?

작년 인텔은 12세대 코어 프로세서인 엘더 레이크를 선보이며 한동안 소비자용 PC 시장에서 보였던 열세를 크게 만회했습니다. 오랜 시간 14nm에 머물러 있던 미세 공정을 최신 미세 공정으로 변경하면서 아키텍처 역시 대대적으로 개선했습니다. 덕분에 앨더 레이크의 골든 코브 코어의 성능은 전 세대 대비 동일 클럭에서 19% 정도 성능이 향상됐습니다. 

제국의 역습에 놀란 AMD는 캐시 메모리 용량을 3배 늘린 3D V 캐시를 통해 이에 대응했습니다. AMD의 주장대로 캐시 메모리를 3배를 늘린 결과 게임 성능이 크게 향상됐습니다. 하지만 3D V 캐시 모델은 일부에 국한되어 있어 반도체 제조 공정과 CPU 아키텍처를 개선한 인텔에 맞서기 위해서는 역시 같은 수준의 변화가 필요합니다. 올해 AMD가 예고한 변화는 Zen 4 아키텍처와 5nm 미세공정입니다. 

물론 아키텍처 개선과 미세 공정만이 전부는 아닙니다. AMD는 Zen 4에서 주변 환경의 큰 변화를 예고했습니다. 가장 큰 변화는 DDR5와 PCIe 5.0의 지원인데, 덕분에 구형 메인보드와 호환되지 않습니다. 기존 메인보드에 새 CPU만 장착해서 사용할 수 없다는 점은 아쉽지만, 메모리와 주변 기기 성능 향상을 위해서는 어쩔 수 없는 선택입니다. 

다만 이런 큰 변화에도 클럭 당 성능인 IPC 상승은 8-10% 수준으로 생각보다 낮은 편입니다. 최대 클럭이 5.5GHz로 높아지면서 전체 성능은 15% 이상 높아지지만, 앨더 레이크와 비교하면 특출 나다고 할 순 없는 수준입니다. 한 세대 정도는 AMD가 크게 불리해지지 않을 수준이지만, 만약 몇 세대 동안 이런 일이 누적되면 성능 차이가 다시 상당히 벌어집니다. AMD의 Zen 5 아키텍처에 관심이 쏠리는 이유입니다. 

2024년 등장 예정인 Zen 5에서는 Zen 아키텍처 도입 후 가장 큰 변화가 있을 예정입니다. 구체적인 내용은 밝히지 않았지만, CPU의 핵심 구조인 파이프라인 프론트 엔드를 바꾸고 더 넓은 명령어 처리 능력을 지녀 같은 클럭에서 더 높은 성능을 구현할 것으로 보입니다. 또한 인공지능 관련 기능도 통합해 더 높은 인공지능 연산 능력을 지닐 것입니다. 여기에 Zen 5 기반 프로세서들은 TSMC의 4nm 및 3nm 공정에서 제조됩니다. TSMC 3nm는 5nm의 개량형인 4nm와 달리 완전히 새로운 공정이기 때문에 더 큰 폭의 성능 향상을 기대할 수 있습니다. 물론 AMD가 주장한 것처럼 Zen 5가 정말 완전히 새로운 마이크로아키텍처(All-new microarchitecture)라고 해도 Zen 아키텍처가 처음 도입되었을 때처럼 40% 수준의 성능 향상은 기대하기 어려울 것입니다. 다만 대대적인 아키텍처 개선을 통해 Zen 4에서 다 못한 일을 해내야 앞으로 인텔이나 ARM 진영과의 경쟁에서 가능성이 있습니다. 

Zen 5 기반 제품들은 데스크탑 CPU인 그래나이트 릿지 (Granite Ridge)와 노트북용 CPU/GPU 통합 제품군인 스트릭스 포인트 (Strix Point), 그리고 서버 제품군인 튜린 (Turin) 패밀리로 나뉘게 됩니다. 크게 3가지 제품군처럼 Zen 제품군 역시 3가지로 나뉘는데, 기본 Zen 5 코어와 Zen 5 + 3D V 캐시, 그리고 Zen 5c (compact) 코어입니다. 사실 이 구성은 Zen 4에서부터 도입됩니다. 

크기가 작은 콤팩트 코어의 도입은 같은 면적에 더 많은 코어를 집어넣기 위한 것입니다. 최신 x86 CPU들은 고성능을 위해 아키텍처를 더 복잡하게 만들면서 면적도 점점 커져서 코어 숫자를 늘리기 힘들게 되고 있습니다. 서버 CPU처럼 코어 숫자가 많을수록 유리한 상황에서는 불리한 조건입니다. AMD는 Zen 4c 코어를 통해 사상 최초로 100개 이상의 코어 (128개)를 집적한 CPU인 베르가모를 2023년 내놓을 예정입니다. Zen 5에서도 같은 방법으로 싱글 쓰레드 성능을 일부 희생하고 코어 숫자를 더 늘린 서버 프로세서를 내놓을 것으로 보입니다. 

올해 CPU 시장은 AMD와 인텔이 서로 공수를 주고받으면서 한쪽이 유리하지 않은 형태로 흘러갈 것으로 보입니다. 내년에 등장할 예정인 인텔 메테오 레이크 (14세대 코어 프로세서)와 내후년에 등장할 예정인 Zen 5가 어떻게 나오냐에 따라 CPU 시장의 흐름이 달라질 것으로 보여 앞으로 공개되는 내용이 주목됩니다. 

고든 정 과학 칼럼니스트 jjy0501@naver.com