모든 것을 바꿨다…인텔 메테오 레이크에서 보여준 타일 아키텍처의 혁신[고든 정의 TECH+]

최근 인텔은 14세대 코어 프로세서인 메테오 레이크의 세부 내용을 공개했습니다. 메테오 레이크는 CPU 코어가 모여 있는 CPU 타일, GPU가 있는 GPU 타일, 기타 기능이 집약된 SoC 타일, 입출력 기능을 담당하는 I/O 타일 네 가지가 베이스 타일 위에 올려진 독특한 구조로 인텔이 10세대 레이크필드에서 시험한 포베로스 (Foveros) 기술을 주력 CPU까지 확장한 첫 번째 제품입니다. 

타일 방식의 장점은 각각의 다이의 크기를 줄여 생산 비용을 절감하고 최신 미세 공정이 필요하지 않은 경우에는 좀 더 저렴한 공정을 적용해 비용은 절감하고 성능은 높이는 데 있습니다. 그리고 생산에서도 상당한 유연성을 발휘할 수 있습니다. 

만약 메테오 레이크 전체를 최신 미세 공정인 인텔 4 공정으로 제조한다면 상당한 비용이 들어가는 것은 물론 충분한 수량을 공급하기 어렵습니다. 인텔은 빠르게 인텔 3, 20A, 18A 같은 다음 세대 미세 공정으로 진입할 계획이기 때문에 인텔 4 공정 팹을 대규모로 늘릴 수도 없습니다.

그런 상황에서 CPU 타일만 인텔 4 공정으로 제조하고 나머지는 TSMC에서 외주를 주는 방식으로 선회한 것입니다. 물론 TSMC 5nm, 6nm도 상당히 미세 공정이지만, 4nm, 3nm 같은 더 최신 미세 공정이 아니기 때문에 상대적으로 수급이 쉽고 가격 협상에서도 유리합니다. 

이런 내용은 이전부터 알려진 것이지만, 최근 인텔은 지금까지 공개하지 않았던 놀라운 이야기를 공개했습니다. 바로 미스터리한 SoC 타일의 정체입니다. TSMC의 6nm 공정이 적용한 SoC 타일은 면적이 오히려 CPU나 GPU 타일보다 커서 상당한 양의 트랜지스터가 집적된 것으로 보이지만, 도대체 뭐가 들어 있는지는 잘 몰랐습니다.

인텔에 의하면 이 안에는 저전력 (LP) 고효율 (E) 코어와 인공지능 연산을 담당하는 NPU, 그리고 GPU에서 독립한 미디어 엔진과 디스플레이 엔진이 숨어 있었습니다. 

1. CPU밖의 CPU, LP E코어컴퓨터의 두뇌는 CPU입니다. 최근에는 프로세서가 복잡해지면서 CPU 이외의 많은 메모리, GPU, 기타 입출력 담당 회로 등 여러 가지가 포함되어 있기는 하지만, CPU는 컴퓨터 메인보드의 가운데 보다 약간 위에 있는 상석을 차지하고 있는 게 일반적입니다. 오디오 칩이나 다른 기능을 관리하는 칩셋은 메인보드 여기저기에 흩어져 있습니다.  하지만 메테오 레이크는 CPU를 CPU 타일 밖에 배치하는 독특한 구성을 선택했습니다. 인텔 CPU 가운데서 첫 번째 시도일 뿐 아니라 사실 지금까지 발표된 CPU 가운데서 비슷한 사례를 찾을 수 없는 독특한 구성입니다. 이 구성의 장점은 빠른 속도로 움직일 필요가 없는 저전력 코어에 비싼 최신 미세 공정을 적용하지 않아도 된다는 것입니다.  메테오 레이크는 고성능 코어 (P 코어)인 레드우드 코브와 고효율 코어 (E 코어)인 크레스트몬트 코어로 되어 있습니다. 여기에 SoC 타일에 있는 저전력 (LP) E 코어까지 합쳐 세 가지 형태의 코어를 지닌 최초의 x86 CPU입니다. 덕분에 노트북에서 초저전력 모드, 저전력 모드, 고성능 모드 등 상황에 맞춰 더 유연한 전력 및 성능 관리할 수 있습니다. 

2. 인공지능 가속기를 탑재한 첫 CPUSoC 타일에 들어 있는 두 번째 깜짝 선물은 바로 NPU입니다. 컴퓨터용 CPU에 인공지능 가속기를 탑재한 것은 애플이 최초입니다. 애플의 M 시리즈 칩셋에는 A 시리즈에서 사용한 뉴럴 엔진이 포함되어 각종 인공지능 연산을 더 빠르게 수행할 수 있습니다.

메테오 레이크에 처음 탑재되는 NPU는 CPU 단독으로 사용했을 때보다 8배나 빠르게 인공지능 연산을 수행할 수 있으며 CPU, GPU와 독립적으로 시행되기 때문에 부하를 덜어줄 수 있습니다. 

다만 NPU가 윈도우 환경에서 어떤 도움이 될지는 아직 미지수입니다. 우선 생각할 수 있는 건 인공지능을 통해 게임 성능 향상인데, 인텔의 XeSS는 엔비디아의 DLSS보다 적용되는 게임도 적고 기술적으로도 아직 미숙한 상태입니다.

인텔은 윈도우 스튜디오 등 몇몇 애플리케이션에서 이를 응용할 수 있다고 이야기하고 있으나 실제 소비자들이 체감할 수 있는 부분이 얼마나 될지는 두고 봐야 알 수 있을 것 같습니다. 

3. GPU와 독립한 Xe 디스플레이, Xe 미디어 엔진SoC의 타일의 큰 면적 중 일부는 본래 GPU에 포함되었던 Xe 디스플레이, Xe 미디어 엔진에 할당됐습니다. Xe 디스플레이 엔진은 최대 8K, 60프레임 출력과 HDMI 2.1 디스플레이포트 2.1등의 규격을 담당합니다. 만약 4K 모니터라면 최대 4개까지 지원이 가능합니다. Xe 미디어 엔진은 8K 60프레임/10비트 HDR 영상 인코딩, 디코딩 지원, VP9, AVC, HEVC, AV1 같은 최신 코덱을 지원합니다.  하지만 사실 이것만으로는 소비자가 체감할 변화가 있다고 보기는 어렵습니다. 진짜 중요한 변화는 사실 5nm 공정으로 만든 GPU 타일에 있습니다. GPU에서 빠르게 움직일 필요가 없는 인공지능 가속기와 디스플레이 출력, 동영상 처리 기능을 빼서 SoC 타일에 넣었기 때문에 GPU 성능이 한층 강화됐습니다. 

메테오 레이크의 내장 GPU인 Xe-LPG는 모두 8개의 Xe 코어를 탑재하고 있으며 각각의 코어는 16개의 256비트 벡터 엔진을 탑재해 전 세대보다 33%가 늘어났습니다. 별도의 GPU 타일을 이용하고 최신 미세 공정을 적용한 만큼 성능 향상은 33% 이상일 가능성이 높습니다. 

종합하면 메테오 레이크는 인텔의 CPU 설계 사상이 완전히 달라졌다는 사실을 보여주고 있습니다. CPU, GPU, NPU, 칩셋 등 여러 가지 구성 요소를 기능에 따라 묶은 것이 아니라 성능과 클럭에 따라 묶어서 최적의 성능을 내면서 비용은 절감하는 방식을 선택한 것입니다. 타일 아키텍처를 선택하면서 제조 방식만 바꾼 게 아니라 설계 사상과 구조도 거기에 맞게 뜯어고친 셈입니다. 

다만 소비자 입장에서는 설계 사상이 무엇이고 어떤 타일을 사용했는가 보다는 성능과 가격이 더 큰 관심사일 수밖에 없습니다. 메테오 레이크는 올해 말 출시 예정으로 이를 탑재한 노트북이 연말과 연초에 대거 출시될 것으로 보입니다. 그때가 되면 구체적으로 뭐가 좋아졌는지 확실하게 알게 될 것입니다.

고든 정 과학 칼럼니스트 jjy0501@naver.com