다시 시작된 코어 수 전쟁…288코어 CPU 나온다 [고든 정의 TECH+]

CPU 성능을 좌우하는 요소는 여러 가지입니다. 한 번의 클럭 주파수에 얼마나 많은 명령어를 처리할 수 있는지, 그리고 최대 클럭은 얼마나 되는지, 캐시 메모리처럼 작업할 수 있는 공간은 얼마나 되는지가 중요한 요소입니다. 그리고 최근에는 얼마나 많은 숫자의 코어를 지니는지가 중요해지고 있습니다.

본래 초창기 CPU는 코어가 하나였습니다. 서버에서는 여러 개의 CPU를 사용하는 경우도 있었지만, 2000년 대 이전까지 아무리 고성능 개인용 컴퓨터라도 복수의 코어나 CPU를 사용하는 경우는 없었습니다. 그러다가 2005년 AMD가 애슬론 64 X2로 듀얼 코어 CPU의 시대를 열었고 이에 질세라 인텔도 펜티엄 D를 출시하면서 CPU의 코어 숫자 경쟁이 본격화됐습니다.

이 시기 CPU의 멀티코어를 뒷받침하던 이론이 바로 폴락의 법칙(Pollack‘s Rule)입니다. 인텔의 엔지니어인 프레드 폴락이 주장했고 현재 인텔 CEO가 된 팻 겔싱어가 명명한 이론으로 프로세서의 성능은 면적(트랜지스터 수) 증가량의 제곱근과 비례한다는 것입니다. 폴락의 법칙에 의하면 트랜지스터 숫자가 1억 개의 싱글 코어 CPU의 성능을 두 배로 늘리기 위해서는 같은 공정과 같은 클럭을 유지할 경 4억 개의 트랜지스터가 필요합니다. 하지만 트랜지스터 숫자가 1억 개인 코어 4개를 넣으면 같은 면적에서 최대 4배의 병렬 연산 능력을 기대할 수 있습니다.

물론 이것은 사용하는 프로그램이 여러 개의 코어를 사용해 병렬 연산을 할 경우에만 해당하는 이야기이지만, 시간이 흐르면서 자연스럽게 다수의 논리 코어(스레드)를 이용한 프로그램이 많아져 현재는 멀티코어가 데스크톱 CPU 뿐 아니라 스마트폰 같은 모바일 기기에서도 대세가 됐습니다.

한동안 기세 좋게 늘어나던 CPU의 코어 숫자는 2010년대 인텔이 시장을 독점한 시기에는 다소 주춤했습니다. 하지만 2017년 AMD가 8코어 라이젠을 출시하고 이어서 최대 64코어 서버 CPU인 에픽을 출시하면서 다시 경쟁에 불이 붙었습니다. 당시 AMD는 8개의 CPU 코어를 하나의 칩렛으로 만들고 칩렛을 여러 개 탑재하는 방식으로 코어 숫자를 빠르게 늘렸습니다.

이로 인해 한동안 서버와 데스크톱 시장에서 고전했던 인텔은 비장의 무기인 E 코어를 선보이며 반격의 실마리를 잡았습니다. E 코어는 하나의 코어에서 두 개의 논리 프로세서를 지원하는 멀티스레드 기능을 뺀 대신 에너지 효율이 뛰어나고 면적이 작아 많은 코어를 탑재하는 데 유리합니다. 따라서 인텔은 데스크톱 CPU 시장에서 최대 24코어 제품을 내놓을 수 있었습니다. 그리고 이제 E 코어만 탑재한 서버 CPU인 코드네임 시에라 포레스트의 출시를 앞두고 있습니다.

AMD는 서버 시장에서 앞서가던 코어 숫자를 더 앞서기 위해 Zen 4c 코어를 개발했습니다. Zen 4c 코어는 멀티스레드 기능을 유지하면서도 5nm 공정에서 면적이 L2 캐시를 포함해도 2.48㎟로 Zen 4 코어의 3.84㎟의 2/3 수준에 불과한 작은 크기를 지니고 있습니다. AMD는 Zen 4c 코어를 128개 탑재한 코드네임 베르가모 CPU를 출시해 x86 CPU에서 첫 번째로 세 자리수 코어를 기록했습니다. 인텔은 이에 질세라 144코어 시에라 포레스트 제온 CPU를 발표한 바 있습니다. 가장 많은 코어를 탑재한 x86 CPU의 자리를 내주지 않겠다는 의지를 보여준 것입니다. 하지만 논리 프로세서 숫자도 똑같이 144개라는 것이 약점입니다. 베르가모는 128코어라도 코어 하나가 두 개의 논리 프로세서를 지원해 256개의 논리 프로세서 지원이 가능합니다. 여전히 멀티스레드 성능에서 시에라 포레스트가 뒤처질 수 있는 셈입니다.

이점을 의식했는지 인텔은 MWC 2024에서 144코어 시에라 포레스트 CPU를 2024년 상반기에 출시하고 올해 하반기까지 288코어 제품을 추가하겠다고 발표했습니다. 그렇게 되면 x86 CPU 최초로 200코어 이상 제품이 될 뿐 아니라 스레드 숫자에서도 베르가모를 앞서게 됩니다. 인텔은 시에라 포레스트의 가격, 클럭, 전력 소모 등 구체적인 제원에 대해서는 밝히지 않았지만, 많은 수의 코어를 집적해 서버 랙 당 2.7배의 성능 향상이 있을 것이라고 주장했습니다.

아무튼 AMD도 경쟁에서 질 수 없기 때문에 Zen 5c 코어를 공개하면서 128 코어 이상의 CPU를 내놓을 가능성이 커졌습니다. Zen 5c는 3/4nm 공정을 적용하는 만큼 코어의 면적을 더 줄여 숫자를 더 늘릴 수 있을 것으로 예상됩니다. 물론 서버 CPU 코어 숫자가 급격히 늘어나는 것은 일반 소비자와는 당장에 관련이 없습니다. 하지만 보통 이렇게 코어 수 경쟁이 붙으면 결국 소비자 시장까지 옮겨가는 것이 일반적입니다.

그리고 이미 16-24코어 제품이 나온 만큼 다음 세대에는 성능을 높이기 위해 더 많은 코어가 탑재되는 것이 상식입니다. 이런 경쟁의 결과로 소비자들이 앞으로 더 높은 성능의 컴퓨터를 사용할 수 있게 될 것입니다.

고든 정 과학 칼럼니스트 jjy0501@naver.com