SK하이닉스가 기존 제품보다 속도가 80% 이상 빨라진 서버용 D램 ‘DDR5 MCR DIMM’ (사진)샘플 개발에 세계 최초로 성공했다고 8일 밝혔다. 이번 제품의 동작 속도는 초당 8기가비트(Gb) 이상으로, 모듈을 통해 속도를 높인 것이 특징이다. DDR은 서버와 PC에 주로 들어가는 D램 규격으로, 현재 5세대인 DDR5까지 개발됐다. 기존 서버용 DDR5의 속도는 초당 4.8Gb다. SK하이닉스가 개발한 MCR DIMM은 여러 개의 D램을 기판에 결합한 모듈 제품으로, D램 모듈에서 중앙처리장치(CPU)로 내보내는 기본 데이터 전송 단위 묶음인 랭크(RANK) 2개가 동시 작동해 속도가 향상됐다. 그동안 DDR5의 속도는 D램 단품의 동작 속도에 좌우된다는 것이 업계의 일반적인 인식이었지만, SK하이닉스는 MCR DIMM에 탑재한 데이터 버퍼를 사용해 랭크 2개가 동시에 작동하도록 설계했다. 버퍼는 D램 모듈 위에 같이 탑재돼 D램과 CPU 사이의 신호 전달 성능을 최적화하는 부품을 의미한다. 이번 개발은 미국 인텔과 일본 르네사스와의 글로벌 협업을 통해 진행됐다. SK하이닉스의 모듈 설계 역량에 인텔의 서버 CPU, 르네사스의 버퍼 기술력이 융합됐다. 류성수 SK하이닉스 D램상품기획 담당 부사장은 “MCR DIMM이 안정적으로 성능을 내려면 모듈 내외에서 함께 동작하는 데이터 버퍼와 서버 CPU 간의 상호작용이 매우 중요하다”며 “앞으로도 기술 한계 돌파를 위해 지속적으로 노력해 서버용 D램 시장에서 1등 경쟁력을 공고히 하겠다”고 말했다. SK하이닉스는 향후 고성능 컴퓨팅 시장에서 MCR DIMM의 수요가 많이 늘어날 것으로 보고, 고객 수요가 본격화되는 시점에 맞춰 제품을 양산할 계획이다.

SK하이닉스가 기존 제품보다 속도가 80% 이상 빨라진 서버용 D램 ‘DDR5 MCR DIMM’ 샘플 개발에 세계 최초로 성공했다고 8일 밝혔다. 이번 제품의 동작 속도는 초당 8기가비트(Gb) 이상으로, 모듈을 통해 속도를 높인 것이 특징이다. DDR은 서버와 PC에 주로 들어가는 D램 규격으로, 현재 5세대인 DDR5까지 개발됐다. 기존 서버용 DDR5의 속도는 초당 4.8Gb다.SK하이닉스가 개발한 MCR DIMM은 여러 개의 D램을 기판에 결합한 모듈 제품으로, D램 모듈에서 중앙처리장치(CPU)로 내보내는 기본 데이터 전송 단위 묶음인 랭크(RANK) 2개가 동시 작동해 속도가 향상됐다. 그동안 DDR5의 속도는 D램 단품의 동작 속도에 좌우된다는 것이 업계의 일반적인 인식이었지만, SK하이닉스는 MCR DIMM에 탑재한 데이터 버퍼를 사용해 랭크 2개가 동시에 작동하도록 설계했다. 버퍼는 D램 모듈 위에 같이 탑재돼 D램과 CPU 사이의 신호 전달 성능을 최적화하는 부품을 의미한다. 모듈에서 CPU로 가는 회당 데이터 전송량을 늘려 D램 단품보다 2배 가까이 빠른 초당 8Gb 이상의 속도를 구현해냈는 게 SK하이닉스 측 설명이다.이번 개발은 미국 인텔과 일본 르네사스와의 글로벌 협업을 통해 진행됐다. SK하이닉스의 모듈 설계 역량에 인텔의 서버 CPU, 르네사스의 버퍼 기술력이 융합됐다. 류성수 SK하이닉스 D램상품기획 담당 부사장은 “MCR DIMM이 안정적으로 성능을 내려면 모듈 내외에서 함께 동작하는 데이터 버퍼와 서버 CPU 간의 상호작용이 매우 중요하다”며 “앞으로도 기술 한계 돌파를 위해 지속해서 노력해 서버용 D램 시장에서 1등 경쟁력을 공고히 하겠다”고 말했다. 디미트리오스 지아카스 인텔 메모리 IO 기술부문 부사장은 “앞으로도 MCR DIMM의 표준화와 후속 제품 개발을 위해 긴밀히 협업하겠다”고 말했다. 사미르 쿠파할리 르네사스 메모리 인터페이스 부문 부사장은 “이번에 르네사스가 개발한 데이터 버퍼는 제품의 구상부터 완성까지 3년 동안 여러 기술이 집약된 노력의 결실”이라며 “SK하이닉스, 인텔과 협업해 혁신적인 제품을 개발하게 돼 자랑스럽다”고 밝혔다. SK하이닉스는 향후 고성능 컴퓨팅 시장에서 MCR DIMM의 수요가 많이 늘어날 것으로 보고, 고객 수요가 본격화되는 시점에 맞춰 제품을 양산할 계획이다.

글로벌 경기침체에 따른 소비심리 위축과 지속적인 메모리 반도체 가격 하락의 늪에 빠진 삼성전자와 SK하이닉스가 기업 서버용 메모리 시장으로 눈을 돌리고 있다. 스마트폰과 태블릿 등 모바일용 D램 시장의 상황은 더욱 악화하는 반면 넷플릭스 등 온라인동영상서비스(OTT) 대중화 바람을 타고 기업 서버용 반도체 사용량이 처음으로 모바일용을 추월할 것으로 전망되면서다. 1일 시장조사기관 옴디아에 따르면 올해 연간 서버용 D램의 수요(잠정치)는 684억 8600만Gb(기가비트)로 전망됐다. 스마트폰과 태블릿을 포함한 전체 모바일용 D램의 연간 수요 잠정치는 662억 7200만Gb다. 올해 처음으로 연간 서버용 D램의 수요가 모바일 D램의 수요를 넘어설 전망이다. 서버용 D램은 데이터센터에 들어가는 저장장치다. 구글과 아마존, 메타 등 글로벌 빅테크 기업들은 전 세계에서 8000여개의 데이터센터를 운영하고 있다. 여기에 탑재되는 서버용 D램이 전 세계 약 150억대에 달하는 모바일 기기의 전체 D램 사용량을 넘어서게 될 것이라는 게 옴디아 측 예측이다. 이는 온라인상 데이터 사용량 증가와 OTT 활성화 등에 따른 것으로, 이런 추세는 앞으로도 상당 기간 지속되면서 2026년까지 서버용 D램 수요의 연평균 성장률은 24%에 이를 것으로 전망된다. 반면 이미 가격 하락이 지속되고 있는 모바일용 D램의 단기 전망은 어둡다. 옴디아는 올해 모바일용 D램의 수요가 지난해(668억 2900만Gb) 대비 역성장할 것으로 예상하며, 2026년까지 연평균 성장률은 서버용의 절반에도 못 미치는 10.4% 수준으로 내다봤다. 이에 따라 삼성전자와 SK하이닉스는 이미 서버용 메모리 고도화 및 시설 투자 강화에 나섰다. 한진만 삼성전자 메모리사업부 부사장은 지난달 27일 3분기 실적 콘퍼런스콜에서 “내년에는 데이터센터 증설도 확대되고 신규 중앙처리장치(CPU)를 위한 DDR5(차세대 D램 규격) 채용도 늘 것”이라고 말했다. 노종원 SK하이닉스 사업 담당 사장도 실적 콘퍼런스콜에서 “인공지능(AI), 빅데이터 분석 등 향후 클라우드 사업의 지속적인 성장과 함께 빅테크 기업의 투자는 계속될 것으로 보여 서버용 메모리가 계속해서 메모리 수요의 성장을 견인할 것”이라고 예상했다.

글로벌 경기 침체에 따른 소비심리 위축과 지속적인 메모리 반도체 가격 하락의 늪에 빠진 삼성전자와 SK하이닉스가 기업 서버용 메모리 시장으로 눈을 돌리고 있다. 스마트폰과 태블릿 등 모바일용 D램 시장 상황은 더욱 악화하는 반면 넷플릭스 등 온라인 동영상 서비스(OTT) 대중화 바람을 타고 기업 서버용 반도체 사용량이 처음으로 모바일용을 추월할 것으로 전망되면서다.1일 시장조사기관 옴디아에 따르면 올해 연간 서버용 D램 수요(잠정치)는 684억 8600만 기가비트(Gb)로 전망됐다. 스마트폰과 태블릿을 포함한 전체 모바일용 D램의 연간 수요 잠정치는 662억 7200만Gb다. 이에 따라 올해 처음으로 연간 서버용 D램의 수요가 모바일 D램의 수요를 넘어설 것으로 보인다. 서버용 D램은 데이터센터에 들어가는 저장장치로 구글과 아마존, 메타 등 글로벌 빅테크 기업들은 전세계에서 8000여개의 데이터센터를 운영하고 있다. 여기에 탑재되는 서버용 D램이 전 세계 약 150억대에 달하는 모바일 기기의 전체 D램 사용량을 넘어서게 될 것이라는 게 옴디아 측 예측이다. 이는 온라인상 데이터 사용량 증가와 OTT 활성화 등에 따른 것으로, 이런 추세는 앞으로도 상당기간 지속되면서 2026년까지 서버용 D램 수요 연평균 성장률은 24%에 이를 것으로 전망된다. 반면 이미 가격 하락이 지속되고 있는 모바일용 D램의 단기 전망은 어둡다. 옴디아는 올해 모바일용 D램의 수요가 지난해 (668억 2900만Gb) 대비 역성장할 것으로 예상하며, 2026년까지 연평균 성장률은 서버용의 절반에도 못 미치는 10.4% 수준으로 내다봤다. 모바일용 반도체 수요 감소 등으로 3분기 영업이익이 크게 줄어든 삼성전자와 SK하이닉스는 이미 대안으로 서버용 메모리 고도화 및 시설 투자 강화에 나섰다.한진만 삼성전자 메모리사업부 부사장은 지난달 27일 3분기 실적 컨퍼런스콜에서 “내년에는 데이터센터 증설도 확대되고 신규 중앙처리장치(CPU)를 위한 DDR5(차세대 D램 규격) 채용도 늘 것”이라고 말했다. 노종원 SK하이닉스 사업 담당 사장도 실적 컨퍼런스콜에서 “인공지능(AI), 빅데이터 분석 등 향후 클라우드 사업의 지속적인 성장과 함께 빅테크 기업의 투자는 계속될 것으로 보여 서버용 메모리가 계속해서 메모리 수요의 성장을 견인할 것”이라고 예상했다.

“반도체 시장은 피 말리는 경쟁의 장이면서도 경쟁사의 성장이 동반 성장을 이끄는 복합적 생태계입니다. 그래서 다들 인텔의 ‘성공’을 애타게 바라고 있는 것이기도 하고요.”러시아-우크라이나 전쟁 장기화가 촉발한 글로벌 경기침체에 세계 반도체 시장도 요동치고 있다. 글로벌 반도체 1위 삼성전자와 3위 SK하이닉스는 물론 미국 인텔과 대만 TSMC 등 ‘반도체 공룡’도 모두 하반기 시장 먹구름이 짙어지면서 비상이 걸렸다. 끝 모를 전쟁에 원자재와 물류비는 폭등을 이어가고 있는 반면 D램 등 반도체 가격은 소비 둔화로 폭락하고 있기 때문이다. 반도체 업계에서는 하반기 성장을 좌우할 요인으로 삼성전자와 애플의 신형 프리미엄폰 출시와 인텔의 차세대 CPU(중앙처리장치) 출시를 꼽고 있다. 9일 대만 시장조사업체 트렌드포스에 따르면 올해 2분기 D램 평균 계약가는 전년 동기 대비 10.5% 감소했다. 분기 기준 D램 평균 가격이 하락한 것은 2년 만에 처음이다. 더 큰 문제는 3분기를 포함한 하반기 시장 전망이다. 트렌드포스는 3분기 D램 가격이 2분기 대비 10% 하락할 것이라던 기존 전망을 ‘21% 하락’으로 수정했다. 가파른 물가 상승으로 소비심리가 얼어붙으면서 컴퓨터와 스마트폰 등에 대한 수요까지 급감할 것으로 보이기 때문이다. 시장조사업체 가트너는 올해 글로벌 PC 출하량은 전년 대비 9.5% 줄고, 스마트폰 출하량은 전년 대비 5.8% 감소할 것으로 전망한 바 있다. 반도체 시장에서는 하반기 삼성전자와 애플이 각각 출시할 프리미엄 폰이 ‘가뭄의 단비’가 될 것으로 기대하고 있다. 삼성전자는 다음달 10일 미국 뉴욕에서 ‘갤럭시 언팩’ 행사를 열고 폴더블폰 신제품 갤럭시 Z폴드4와 플립4를 공개할 것으로 알려졌다. 이어 애플은 9월 초순 쯤 아이폰14 시리즈 공개를 준비하고 있는 것으로 전해졌다. 중국 기업들도 하반기 프리미엄 폰 경쟁에 가세할 예정이다. 반도체 기업들은 미국과 유럽, 한국 모두 시장 소비 심리가 위축됐지만 소비 여력이 있고, 제품 충성도가 이미 형성된 프리미엄 시장 수요는 견조할 것으로 보고 있다. 업계 관계자는 “과거의 신드롬까지는 아니더라도 아이폰의 인기는 해마다 변하지 않았고, 갤럭시 폴드와 플립은 폴더블폰 시장을 새롭게 이끄는 삼성전자의 주력 제품으로 성장하고 있다”라면서 “프리미엄 폰 출시는 반도체 공급사인 삼성과 SK하이닉스 모두에게 긍정적으로 작용할 것”이라고 전망했다.업계는 8~9월 프리미엄 폰 순차 출시에 이은 하반기 성장 동력으로 인텔의 차세대 서버용 CPU인 ‘사파이어래피즈’ 출시를 기다리고 있다. 애초 인텔은 이 CPU를 지난해 3분기 출시할 예정이었지만 주변 제품과 호환성 검증을 이유로 1년 가까이 출시가 지연되고 있다. 반도체 기업이 사파이어래피즈 출시를 기다리고 있는 것은 이 CPU가 차세대 메모리 규격인 차세대 D램인 DDR5를 지원하는 첫 서버용 CPU기 때문이다. 반도체 기업 관계자는 “인텔이 새 CPU를 출시한다는 것은 반도체 기업에게는 하나의 새로운 ‘시장’이 열리는 것을 의미한다”라면서 “차세대 CPU가 나오면 거기에 맞는 서버와 PC 교체가 이뤄지는 것이고, 그에 따라 DDR5 공급도 맞물려 증가하는 구조”라고 설명했다.

1980년대만 해도 개인용 데스크톱 컴퓨터는 전기를 많이 먹는 기기가 아니었습니다. 하지만 프로세서의 성능을 높이기 위해 많은 기능과 장치를 추가하면서 전기도 많이 먹고 발열도 많아지게 됐습니다. 그리고 어느 순간부터 발열을 해결하는 문제가 개인용 컴퓨터에서 중요한 문제로 떠올랐습니다.  CPU에 냉각용 방열판이 장착된 것은 486 시대 이후였고 작은 냉각팬이 일반화된 것은 펜티엄 프로세서 이후로 볼 수 있습니다. 그리고 펜티엄 4 프로세서와 애슬론 프로세서의 경쟁이 격화된 2000년대 초반부터 상당한 열을 처리할 수 있는 고성능 쿨러가 보급됐습니다.  여기에 GPU가 CPU보다 더 크고 복잡해지면서 거대한 쿨러를 장착한 그래픽 카드가 등장해 열을 식혔습니다. 그리고 나중에는 늘어나는 열을 감당하기 위해 라디에이터와 펌프를 지닌 수랭식 쿨러까지 등장했습니다.  이렇듯 프로세서의 전력 소비와 발열량이 늘어나자 점차 전력 대 성능 비율 혹은 와트(W)당 성능이라는 개념이 등장했습니다. 특히 하루 24시간 1년 365일 가동해야 하는 데이터 센터는 전력 소모가 엄청나기 때문에 이 개념이 중요합니다. 전기를 많이 먹을수록 유지비가 늘어났고 발열량도 같이 늘어나기 때문에 냉각 시스템에 들어가는 비용도 더 늘어나니 어쩔 수 없는 일이었습니다. 이에 따라 주요 프로세서 제조사들 역시 와트당 성능을 중요시하게 됐습니다.  와트 당 성능비를 높이는 방법은 여러 가지입니다. 대표적인 방법은 클럭을 낮추고 코어 숫자를 늘리는 것입니다. CPU 클럭이 두 배가 되면 전력 소모는 두 배 이상 늘어납니다. 뒤집어 말해 클럭을 절반으로 낮추고 코어 숫자를 두 배로 늘리면 더 적은 전력으로 같은 성능을 달성할 수 있습니다. 따라서 서버용 CPU는 코어 숫자는 많은 대신 클럭은 소비자용 제품보다 낮습니다. GPU 역시 CPU보다 클럭이 훨씬 낮지만, 수많은 작은 연산 유닛을 병렬로 연결해 연산 능력을 높이는 방식으로 볼 수 있습니다.  여기에 마이크로 아키텍처를 개선하고 반도체 미세 공정을 도입하면 같은 성능에서 전력 소모를 줄이거나 반대로 같은 에너지를 사용해도 성능을 높여 와트당 성능비를 높일 수 있습니다.  여기까지 보면 꼭 전력 소모를 늘리지 않더라도 쉽게 와트당 성능을 높일 수 있는 것처럼 보입니다. 하지만 사실 그럴 수 없는 속사정이 있습니다. 전력 소모를 줄이는 데 매우 중요한 미세 공정 개발 속도가 최근 더디게 진행되고 있기 때문입니다. 이미 너무 작아진 트랜지스터를 더 작게 만들기 위해서는 천문학적인 투자와 연구 개발이 필요합니다. 이 과정은 과거보다 더디게 진행 중입니다.  인텔, AMD, 엔비디아, 애플 등 주요 제조사들은 성능을 더 높이기 위해 여러 개의 반도체 칩을 하나로 묶어 더 큰 프로세서를 만드는 대안을 선택했습니다. 그러면 미세 공정이 허용하는 것보다 더 거대한 프로세서를 만들 수 있기 때문입니다. 하지만 대신 전력 소모는 더 커질 수밖에 없습니다.  세계 최대의 파운드리 반도체 제조사인 TSMC는 2D, 2.5D, 3D 반도체 패키징 기술을 이용해 앞으로 3000억 개의 트랜지스터를 집적한 초거대 프로세서 개발이 가능할 것으로 내다봤습니다. 하지만 그 과정에서 프로세서의 전력 소모가 1000W를 넘게 될 것으로 예상됩니다. 여러 개의 칩렛으로 구성된 프로세서가 사실상 에어컨 수준인 킬로와트급 전기를 먹게 된다는 이야기입니다.  이미 단일 칩으로 가장 거대한 엔비디아의 H100 호퍼 GPU의 경우 트랜지스터 집적도가 800억 개에 달하고 최대 전력 소모가 700W에 달합니다. 여기에 엔비디아는 자사의 첫 서버 ARM 프로세서인 그레이스 슈퍼칩을 연결해 슈퍼컴퓨터와 서버 시장을 노릴 계획입니다. 이 경우 전력 소모량은 훨씬 올라갈 것입니다.  아직 정식 출시 전이지만, 인텔의 차세대 서버 프로세서인 사파이어 래피즈도 최대 4개의 타일을 붙여 하나의 큰 CPU를 만드는 방식이라 전력 소모량이 크게 높아질 수 있습니다. 인텔의 고성능 GPU인 Xe HPC (폰테 베키오)의 경우에도 47개의 타일을 붙여 1000억 개 이상의 트랜지스터를 집적한 만큼 전력 소모량이 급격히 늘어날 것으로 예상됩니다. 전력 소모량 증가는 서버 제품군에만 국한되지 않고 있습니다. 게임용 GPU 시장 역시 지난 몇 년간 전력 소모가 다시 늘어나고 있습니다. 엔비디아의 RTX 3090은 350W, RTX 3090 Ti은 450W의 TDP를 갖고 있는데, RTX 4000 시리즈는 이것보다 전력 소모가 더 늘어난다는 소식이 들리고 있습니다. 고성능 게이밍 PC에 국한된 이야기지만, PC용 파워 서플라이 용량도 서버급인 1000W를 넘는 게 낭비가 아닌 시대가 오고 있는 것입니다. 인텔과 AMD의 차기 CPU 역시 고성능 제품은 전력 소모가 다시 늘어날 가능성이 높습니다.  2004년 등장한 인텔의 펜티엄 4 프레스캇 프로세서는 당시 기준으로 엄청난 발열량과 전력 모소 때문에 프레스핫(hot)이라는 별명이 붙었습니다. 이 시기 쿨러로는 감당하기 힘든 최대 115W의 TDP 때문에 잘 모르고 케이스를 만졌다가 뜨거움에 놀란 소비자들이 하나둘이 아니었고 국내에서는 보일러 광고로 패러디되기까지 했습니다. 하지만 현재 등장하는 고성능 CPU와 GPU를 보면 이 정도는 애교로 보일 정도입니다.  현재까지는 전력 소모나 발열량 증가보다 성능 향상이 더 빨라서 와트당 성능비는 계속 향상되고 있습니다. 하지만 지구는 점점 뜨거워지고 있고 전기 요금도 점점 더 오르고 있어 앞으로 전력 소모량을 줄이는 것이 점차 중요한 과제로 떠오를 것입니다. 반도체 제조사들이 어디서 돌파구를 마련할 수 있을지 주목됩니다. 

GPU는 본래 그래픽 연산, 특히 3D 관련 연산에 초점을 맞춘 특수 목적 프로세서였으나 최근에는 인공지능 연산 및 병렬 컴퓨팅 목적으로 수요가 크게 늘어나면서 인텔 같은 전통적인 CPU 제조사까지 GPU 개발에 뛰어들고 있습니다.  하지만 그렇다고 해서 GPU가 CPU가 하던 일을 모두 대신할 수 있는 것은 아닙니다. GPU는 특정 연산 속도는 매우 빠르지만, 컴퓨터가 제대로 작동하기 위해서는 여전히 CPU의 역할이 중요합니다. 그리고 최근에는 빠른 연산을 위해 CPU와 GPU의 연계가 중요해지고 있습니다.  따라서 인텔, 엔비디아, AMD는 모두 자체 CPU와 GPU를 넣은 고성능 통합 프로세서를 개발하고 있습니다. 2023-2024년 사이 등장할 차세대 하이브리드 프로세서들은 제각기 다른 방식으로 CPU와 GPU를 하나로 묶을 예정입니다.   자체 ARM 프로세서와 GPU의 결합을 꿈꾸는 엔비디아 엔비디아는 ARM 인수에 실패했지만, 여전히 ARM 기반 고성능 프로세서 개발을 진행하고 있습니다. 엔비디아가 최근 공개한 그레이스 슈퍼칩은 고성능 서버용 ARM 아키텍처 기반의 72코어 CPU를 CPU + CPU 방식으로 조합하거나 혹은 CPU + GPU 방식으로 조합할 수 있습니다.  두 개의 칩을 물리적으로 결합하는 일은 엔비디아의 독자 고속 인터페이스인 NV Link Chip to Chip (C2C)가 담당합니다. NVLink는 업계 표준 규격이지만, 대역폭이 좁은 PCI express를 대신하는 엔비디아의 독자 규격으로 PCIe 5.0과 비교할 때 25배 정도 에너지 효율이 우수하고 90배 정도 밀도가 높습니다. 데이터 전송 속도는 900GB/s 이상입니다. 엔비디아는 그레이스 슈퍼칩 CPU와 최신 호퍼 GPU, HBM3 메모리를 붙여 매우 강력한 슈퍼컴퓨터를 만들 계획입니다. 미국 에너지부 산하의 로스 알라모스 국립 연구소에 설치될 버나도 슈퍼컴퓨터가 그 주인공으로 10엑사플롭스급의 인공지능 연산 능력을 지녀 가장 빠른 인공지능 컴퓨터가 될 예정입니다. 엔비디아는 그레이스 슈퍼칩이 출시 시점에서 가장 뛰어난 고성능 프로세서가 될 것으로 자신하고 있습니다.  앤비디아는 GPU 전문 제조사로 CPU 분야에서 영향력은 미미했습니다. 그래서 첫 서버 CPU인 그레이스 슈퍼칩이 의미 있는 성과를 거둘 수 있을지 시선이 쏠리고 있습니다.  전통의 APU 제조사 AMD AMD는 이미 2006년에 ATI를 인수하면서 그래픽 카드 시장에 진입했고 CPU + GPU 형태의 프로세서인 APU를 출시해 시장에서 좋은 반응을 얻었습니다. 콘솔 게임기 시장에도 AMD의 특화된 APU들이 탑재됩니다.  하지만 최근 GPU가 인공지능 연산 및 데이터 분석에서 역할이 커지면서 AMD 역시 에픽 CPU와 고성능 GPU를 결합한 제품을 준비하고 있습니다. AMD는 내년 선보일 인스팅트 MI 300에서 Zen 4 아키텍처 기반의 서버 CPU와 CDNA3 GPU를 결합할 예정입니다. 이 CPU와 GPU는 칩렛 형태로 고성능 메모리와 함께 3D 패키징 방식으로 묶어서 제조됩니다. AMD는 CPU와 GPU를 통합하는 데 오랜 노하우를 지니고 있기 때문에 결과에 대해 자신하고 있습니다. AMD에 따르면 인공지능 연산 능력은 전 세대와 비교해서 5배나 높아질 수 있습니다.  다만 GPU 자체의 연산 능력과 인공지능 생태계는 엔비디아 쪽이 더 앞서 있다는 것이 일반적인 평가입니다. 과연 엔비디아의 첫 서버 CPU가 GPU와 잘 결합해 AMD를 누를지 아니면 통합 프로세서 제조에 경험이 많은 AMD가 판정승을 거둘지 주목됩니다.  GPU 시장에 도전자 인텔 인텔은 GPU 시장의 신참이지만, AMD의 라데온 개발을 담당한 라자 코두리를 영입해 공격적인 GPU 개발 로드맵을 공개했습니다. 그리고 현재 인텔이 밀고 있는 타일 기반의 프로세서 제조 방식을 통해 서버 CPU와 GPU를 결합하려고 준비 중입니다. 2024년 출시를 목표로 하고 있는 팔콘 쇼어스 XPU는 x86 CPU와 Xe GPU, 그리고 HBM 메모리를 결합한 것으로 기존 프로세서와 비교해서 5배의 와트당 성능을 목표로 하고 있습니다. 인텔의 프로세서 제조 방식은 전통적으로 하나의 다이에 모든 것을 집중시키는 방식이었으나 최근 프로세서 크기가 커지고 비용이 증가하면서 작은 타일 여러 개를 묶어 하나의 큰 프로세서를 만드는 방식으로 전환하고 있습니다. 어차피 붙여서 만든다면 CPU에 GPU를 못 붙일 이유가 없습니다. 다만 인텔 GPU의 성능은 아직 베일에 가려 있어 실제 결과물이 어떻게 나올지는 두고 봐야 알 수 있습니다.  현재 인텔, AMD, 엔비디아는 방식은 달라도 결국 비슷한 목적의 제품을 2023-2024년 사이 시장에 내놓고 경쟁할 예정입니다. 이들이 CPU, GPU 통합 프로세서를 내놓은 데는 그럴 만한 이유가 있습니다. CPU와 메모리가 탑재된 메인보드에 독립 그래픽 카드를 여러 개 설치하는 방식은 부피도 크고 에너지 효율이 낮습니다. 이들을 모두 통합해 하나로 묶으면 빠른 데이터 전송이 가능한 것은 물론 전력 소모도 줄어들게 됩니다. 부피가 큰 폭으로 감소하는 것은 말할 필요도 없습니다. 인텔은 최대 5배 정도 시스템 밀도를 높일 수 있을 것으로 보고 있습니다.  따라서 인공지능 연산 등 특정 목적의 고성능 서버와 슈퍼컴퓨터에서 CPU + GPU + 고속 메모리의 조합은 앞으로 특수한 경우가 아니라 일반적인 상황이 될 것입니다. 전통적인 GPU 제조사인 엔비디아가 서버 CPU를 만들고 업계 1위의 CPU 제조사인 인텔이 갑자기 서버 GPU 개발에 나선 건 그럴 만한 이유가 있는 셈입니다. 모두 만만치 않은 회사들인 만큼 앞으로 누가 이 시장에서 주도권을 가져갈지 쉽게 예측할 수 없지만, 결과에 따라 GPU는 물론 CPU 업계 판도까지 달라질 수 있을 것으로 예상됩니다.

AMD는 작년에 캐시 메모리를 프로세서 위에 올리는 3D V 캐시 기술을 자신 있게 공개했습니다. AMD에 따르면 새로운 아키텍처나 미세 공정의 도움 없이 L3 캐시 용량을 3배 늘리는 것 만으로도 게임 성능을 15% 정도 끌어올릴 수 있습니다. 3D 캐시 메모리를 적용한 첫 소비자용 CPU인 라이젠 7 5800X3D은 올해 4월 20일 출시될 예정입니다.  캐시 메모리를 늘리는 것만으로 성능이 높아지는 이유는 캐시 메모리가 CPU 성능에 매우 중요하기 때문입니다. CPU가 각종 연산 작업을 하기 위해서는 정보를 기록할 메모리가 반드시 필요합니다. 캐시 메모리는 CPU가 바로 사용할 수 있는 가장 가까운 메모리로 CPU 성능에 매우 큰 영향을 미칩니다.  하지만 캐시 메모리는 D램 같은 시스템 메모리보다 훨씬 비싸 무턱대고 많이 탑재할 수 없습니다. 3D V 캐시는 매우 고가인 최신 미세 공정으로 L3 캐시를 (CPU에 가까운 순으로 L1, L2, L3 캐시가 나눠짐) 한 번에 제조하는 대신 별도의 메모리 칩렛을 프로세서 위에 올린 후 고속 인터페이스로 연결해 비교적 저렴한 가격에 L3 캐시 메모리를 크게 늘릴 수 있습니다. 라이젠 7 5800X3D는 서버 CPU와 맞먹는 96MB L3 캐시를 탑재했지만, 대신 3D V 캐시를 탑재하지 않은 라이젠 7 5800X보다 100달러 정도 더 비쌉니다. 대용량 캐시 메모리를 생각하면 저렴한 가격이지만, 일반 사용자 입장에서는 게임을 위해서 100달러 정도 그래픽 카드에 투자하는 것이 더 효과적일 수 있기 때문에 선뜻 지출하기 망설여지는 가격 차이입니다.  사실 3D V 캐시 기술은 일반 소비자용 기술이 아니라 서버 시장을 주 타겟으로 삼은 기술로 볼 수 있습니다. 고성능 CPU일수록 캐시 메모리가 커지는데, 당연히 서버용 프로세서에 가장 많은 캐시를 탑재하는 것이 일반적이기 때문입니다. AMD의 서버 프로세서인 에픽 CPU는 일반 서버 프로세서의 몇 배에 달하는 최대 256MB의 L3 캐시를 지니고 있습니다. 물론 그만큼 가격도 비싸 서버를 운용할 기업이 아니라면 굳이 구매할 이유가 없는 제품이기도 합니다. 반대로 말하면 서버 프로세서에는 비싼 돈을 주고서라도 캐시 메모리를 대폭 늘릴 필요가 있습니다.  따라서 AMD는 3D V 캐시를 탑재한 일반 소비자용 제품과 함께 서버용 에픽 프로세서인 밀란-X(Milan-X)를 공개했습니다. 768MB의 L3 캐시를 탑재한 64코어 에픽 7773X(밀란-X)의 가격은 8800달러이지만, 비슷한 사양에 256MB L3 캐시를 탑재한 에픽 7763 (밀란)의 가격은 7890달러입니다. 성능 향상을 생각하면 1000달러 정도의 가격 차이는 크지 않은 수준입니다.

지난 몇 년간 인텔은 AMD의 거센 추격과 ARM 기반 서버 칩의 등장, 인공지능 시장에서 엔비디아의 독주로 인해 업계 1위의 위상이 흔들렸습니다. 이 위기를 극복하기 위해 1년 전 취임한 팻 겔싱어 인텔 CEO는 여러 가지 미래 전략과 로드맵을 발표했습니다. 그중 하나는 거대한 반도체 칩을 한 번에 제조하는 대신 여러 개의 칩을 고속 인터페이스로 연결해 하나의 큰 반도체 칩처럼 만드는 기술입니다.  작년에 세부 내용을 공개한 인텔의 사파이어 래피즈(Sapphire Rapids) 제온 스케일러블 CPU는 최대 400㎟ 크기의 다이 4개를 인텔의 고속 인터페이스인 EBIM로 연결하고 여기에 추가로 초고속 메모리인 HBM2E 메모리까지 하나의 패키지에 넣을 수 있습니다. 차세대 GPU인 폰테 베키오 (Xe HPC)는 무려 47개의 타일을 하나로 묶어 트랜지스터 집적도를 1000억개까지 끌어올렸습니다.  한 번에 너무 큰 칩을 제조할 경우 수율이 급격히 낮아지는데다 첨단 미세 공정으로 갈수록 가격이 매우 높아지기 때문에 이렇게 여러 개의 칩을 하나로 묶는 기술이 업계의 새로운 트랜드가 되고 있습니다. 또 반드시 최신 미세 공정을 사용하지 않아도 되는 부분은 구형 공정을 이용해 가격도 절감할 수 있다는 점이 큰 장점입니다.  그런데 CPU나 GPU 모두 여러 개의 타일을 묶어서 만든다면 CPU + GPU 프로세서 역시 제조가 쉬워집니다. 인텔이 새로 공개한 팔콘 쇼어스 (Falcon Shores) XPU는 이런 맥락에서 당연히 등장할 수밖에 없는 제품이라고 할 수 있습니다.  팔콘 쇼어스는 인텔의 x86 CPU와 Xe GPU를 하나로 합친 고성능 및 슈퍼컴퓨팅 프로세서입니다. 물론 현재 판매 중인 인텔 12세대 코어 프로세서 (앨더 레이크) 역시 대부분 내장 GPU를 지니고 있기 때문에 x86 CPU와 Xe GPU의 통합 구조라고 할 수 있으나 팔콘 쇼어스는 서버 및 슈퍼 컴퓨팅 부분에서 처음 도입하는 CPU/GPU 통합 프로세서라는 차이점이 있습니다.  그래 봐야 제온 스케일러블 CPU와 Xe HPC GPU를 하나로 통합한 것에 지나지 않느냐고 반문할 수 있지만, 사실 이 통합이 핵심입니다. 고성능 서버 CPU와 고성능 연산용 GPU는 막대한 양의 데이터를 서로 주고받기 때문에 데이터 및 메모리 병목 현상이 발생하기 쉽습니다.이를 극복할 수 있는 대안 중 하나는 아예 하나의 패키지 안에 CPU, GPU, 메모리를 통합하는 것입니다. 인텔은 팔콘 쇼어스를 통해 전력 대비 성능과 메모리 대역폭을 5배 이상 끌어올릴 수 있다고 보고 있습니다. 물론 이 제품은 목적상 고성능 슈퍼컴퓨팅 및 인공지능 연산용으로 기존의 제온 서버 프로세서를 대체하는 것은 아닙니다.  서버급 CPU와 GPU를 통합하면서 기대할 수 있는 두 번째 이점은 공간 절약입니다. 거대한 서버 CPU와 제법 큰 공간을 차지하는 GPU를 서버용 메인보드에 여러 개 끼워 넣으면 당연히 서버의 부피는 커질 수밖에 없습니다. 아예 메모리까지 하나로 통합한 팔콘 쇼어스 XPU는 기존의 전통적인 CPU + GPU 서버 보다 5배 정도 시스템 밀도를 높일 수 있습니다. 데이터 센터의 크기가 자꾸만 커지는 상황에서 크기가 작은 서버의 등장은 반가운 일입니다. 결국 비용 절감으로 이어지기 때문입니다.  하지만 팔콘 쇼어스는 올해가 아닌 2024년 이후 등장할 예정입니다. 인텔은 최신 20A 이후 공정을 팔콘 쇼어스에 도입할 계획입니다. 인텔은 서버 CPU에서 AMD에 시장을 내주고 있고 엔비디아가 장악한 고성능 GPU 시장에는 진입조차 못하고 있습니다. 다만 전례 없는 수준의 연구와 투자를 병행하고 의욕적인 제품 로드맵을 공개하고 있어 몇 년 후에는 업계 판도가 바뀔 수도 있는 상황입니다. 과연 인텔의 변신이 성공할지 미래가 궁금합니다. 

현재 SSD 시장에서 점유율 1위 기업은 삼성전자입니다. 주로 데이터 센터에 들어가는 고성능 서버용 SSD 시장에서도 점유율이 40%에 달합니다. SSD의 가장 중요한 부품인 낸드 플래시 메모리 시장에서 시장 점유율 30% 이상으로 1위인 만큼 SSD 시장에서도 1위를 하는 게 자연스러운 결과일 것입니다. 그런 삼성전자가 최초의 기업용 PCIe 5.0 SSD인 PM1743(사진)을 선보였습니다. PCI express (PCIe) 규격은 그래픽 카드처럼 매우 많은 데이터를 빠르게 주고받아야 하는 장치를 지원하기 위해 2003년에 등장했습니다. PCIe 규격은 버전을 하나씩 올릴 때마다 보통 속도가 두 배 정도 빨라졌는데, 2019년에 발표된 PCIe 5.0 확정 규격에서는 레인(lane) 당 32GT/s의 속도를 자랑합니다. SSD에 주로 사용되는 PCIe 5.0 x4 (4 lane)는 15.754GB/s, 그래픽 카드에 사용되는 x16에서는 63.015GB/s이 속도를 지원하는 것입니다. 삼성 PM1743는 13GB/s의 연속 읽기 속도와 6.6GB/s의 연속 쓰기 속도를 지원하는데, PCIe 5.0 x4이 지원하는 대역폭을 거의 다 쓰고 있다는 점을 알 수 있습니다. PCIe 4.0 x4 기반인 전 세대 모델보다 1.9배 정도 속도가 빨라졌다는 이야기는 인터페이스 진화에 따라 최대 대역폭에 근접한 성능을 계속해서 내고 있다는 의미이기도 합니다. 용량은 1.92TB에서 15.36TB로 전 세대 모델과 동일하지만, 최고 속도가 두 배 빨라졌을 뿐 아니라 동일 전송 데이터 당 전력 소모는 30%가량 감소한 만큼 막대한 데이터를 실시간으로 처리하면서도 전력 소모를 줄여야 하는 데이터 센터에 큰 도움이 될 것으로 보입니다. 그런데 중요한 점은 현재 시장에 나와 있는 서버 중에는 PCIe 5.0 SSD를 제대로 지원하는 제품이 없다는 것입니다. 이 문제는 내년 상반기에 PM1743와 함께 등장할 인텔 사파이어 래피즈(Sapphire Rapids) 제온 프로세서를 통해 해결할 수 있습니다. 데스크톱 CPU인 앨더 레이크(12세대)의 서버 버전인 사파이어 래피즈는 서버 제품으로는 처음으로 고성능 메모리인 DDR5를 적용하고 PCIe 5.0 인터페이스를 사용해 메모리와 스토리지 성능을 크게 끌어올렸습니다. 인텔의 기술 이니셔티브 부문 책임자인 짐 파파스에 의하면 언론 공개 이전에 이미 PM1743를 테스트했다고 합니다. 이를 통해 삼성전자는 최초로 개발한 PCIe 5.0 SSD가 제대로 작동하는지 검증할 수 있고 인텔 역시 AMD에 반격하기 위해 칼을 갈고 개발한 차세대 프로세서의 스토리지 성능을 확인할 수 있습니다. 물론 AMD 역시 PCIe 5.0 지원 제품을 내놓을 예정이기는 하나 PCIe 4.0 적용에는 한발 늦었던 인텔이 이번에는 반대로 한발 앞서가면서 서버 시장에서 다시 유리한 상황에 놓이게 됐습니다. 물론 빠른 SSD는 데이터 센터뿐 아니라 일반 소비자에게도 유용한 제품입니다. 올해 봄 마벨은 PCIe 5.0 SSD 컨트롤러를 공개한 바 있고 SSD 제조사 중 하나인 ADATA는 최근 나이트호크(Nighthawk)와 블랙버드(Blackbird)라는 일반 소비자용 PCIe 5.0 SSD(M.2)를 개발하고 있다고 발표했습니다. 구체적인 스펙과 가격, 출시 일정 등 자세한 정보는 공개하지 않았지만, ADATA 측에 의하면 최고 읽기 속도는 가장 빠른 PCIe 4.0 x4 SSD의 두 배인 14GB/s에 달합니다.하지만 PCIe 4.0 SSD가 나온 후에도 현재 판매량 상위권에 있는 SSD는 상당수가 PCIe 3.0 기반입니다. 스펙 상으로는 PCIe 4.0 SSD가 훨씬 빠르지만, 가격을 보면 PCIe 3.0 SSD가 더 경쟁력 있기 때문입니다. 일반적인 노트북이나 데스크톱 컴퓨터가 수백GB의 대용량 데이터를 빠르게 읽어야 하는 경우는 좀처럼 생기지 않습니다. 따라서 순차 읽기 속도가 7000MB/s인 SSD가 3000MB/s 밖에 되지 않는 SSD보다 이론상 두 배 이상 빠르지만 사용자가 이 속도 차이를 체감할 일이 많지 않은 것입니다. 그보다는 같은 가격으로 용량을 키우는 것이 만족도가 더 높습니다. 이런 점을 감안하면 PCIe 5.0 SSD는 초기에는 대부분 데이터 센터 중심으로 보급될 것으로 보입니다. 사실 현재 시점에서 PCIe 5.0 x4 M.2 슬롯을 지원하는 메인보드 자체가 별로 없고 설령 있다고 해도 너무 비싸기 때문에 대중화는 아직 멀었다고 할 수 있습니다. 그러나 기술의 발전에 따라 결국 PCIe 5.0 기반 SSD와 이를 지원하는 메인보드의 가격이 빠르게 내려갈 것이기 때문에 몇 년 후에는 순차 읽기 속도가 10GB/s가 넘는 SSD를 일반 소비자도 사용할 수 있게 될 것입니다. 물론 그때는 PCIe 6.0 혹은 그 이상 규격의 SSD가 데이터 센터에서 적용될 것입니다. 그렇게 기술은 발전하고 우리가 사용하는 기기의 성능 역시 좋아지는 것입니다.  

얼마 전 곧 중학교에 올라가는 우리 집 큰아이가 최신 게임을 할 수 있는 컴퓨터를 갖고 싶다고 했다. 그래서 오래간만에 조립 컴퓨터 시장을 들여다봤는데, 필자가 중고등학교를 다니던 1990년대와 많이 달라진 시장을 보고 조금 놀랐다. 대표적인 예가 CPU다. 당시만 해도 인텔이 시장 점유율을 90% 이상 차지할 때이다 보니 인텔 인사이드 스티커를 붙이지 않으면 무언가 제대로 된 컴퓨터를 산 것이 아니라는 생각이 들기도 했다. 하지만 현재 시장을 들여다보니 마이크로칩의 성능이 2년마다 두 배로 증가한다는 ‘무어의 법칙’으로 유명했던 인텔이 더이상 그 당시의 아성을 지키고 있다고 생각하기 어려웠다. 이는 시장 점유율의 변화로도 확인할 수 있다. 몇 년 전까지 전체 CPU 시장 점유율 80% 이상을 차지하던 인텔은 최근 들어 60% 선을 위협받고 있다. 이게 데스크톱 CPU 시장으로 가면 작년부터 경쟁자인 AMD과 1, 2위가 엎치락뒤치락하는 수준이 됐다. 4차 산업혁명 시대에 가장 중요한 서버 시장에서도 인텔은 절대적인 점유율을 점차 잃어 가고 있다. 이마저도 X86 아키텍처 내에서의 경쟁이지 작년부터 등장한 애플의 ARM 기반 M1 칩을 고려하면 CPU 시장의 변화는 앞으로 더 가팔라질 것이다. 여기에 GPU 시장의 선두주자 엔비디아 역시 최근 ARM 기반 서버용 CPU인 그레이스를 내놓은 상황이다. 그리고 전 세계 데이터 센터의 양대 산맥인 MS와 아마존 역시 자체 서버용 CPU를 개발하고 있는 점을 고려하면 기존 시장의 절대 강자였던 인텔의 고뇌는 깊어질 수밖에 없다. ARK 인베스트의 분석에 따르면 현재 비중이 미미한 ARM 기반 CPU의 비중은 2030년에 이르러 PC 부분에서 82%, 데이터 센터에서 71%가량 차지할 것이라고 한다. X86 기반의 CPU 절대강자인 인텔의 아성이 점점 더 흔들릴 수밖에 없는 이유다. 이런 시장의 흐름을 단적으로 보여 주고 있는 것은 각 회사의 주가 흐름이다. 현재 인텔의 시가총액은 246조원가량이다. 이는 애플(약 2856조원)이나 MS(약 2513조원)의 10%도 안 되는 수준이다. 과거 전 세계 최고의 반도체 기업이었던 인텔은 이제 대만의 TSMC(약 631조원), 미국의 엔비디아(약 561조원)는 물론 삼성전자(460조원)보다도 낮은 기업 가치를 보여 주고 있다. 20여년 전 인텔은 현재 전 세계 시가총액 1위를 달리고 있는 애플과 비교할 수 없는 수준의 절대 강자였다. 20여년 전 애플은 회사 존폐의 위기 속에 현재의 200분의1도 안 되는 시가총액을 보였다. 엔비디아는 당시 막 상장을 한 때라 현재의 100분의1도 안 되던 시가총액이었다. 하지만 그 길지 않은 시간 동안 시장의 승자는 판이하게 바뀌게 됐다. 언더독의 반란이라 하지 않을 수 없다. 사회 전체적인 관점에서 이렇게 시장의 승자가 계속해서 변화하며 경쟁이 지속되는 현상은 매우 바람직하다고 볼 수 있다. 이렇게 치열한 경쟁 속에서 언더독들이 승리할 수 있었던 이유는 더 싸고 성능이 좋은 제품을 만들어 시장 점유율을 높여 갔기 때문이다. 덕분에 소비자는 25년 전 인텔 펜티엄 3가 탑재된 진돗개 1호를 200만원에 구매할 수 있었지만, 현재 그보다 월등히 성능이 앞선 인텔 코어 i7은 물론 그래픽카드까지 탑재된 조립식 컴퓨터를 100만원 수준에 구매할 수 있다. 언더독의 반란, 그렇다면 우리나라의 경우는 어떠할까. 현재 코스닥 시가총액 상위 5개 기업을 본다면 기존 대기업군으로 분류될 수 있는 회사는 없다. 20년 전에는 존재하지도 않았거나 이제 막 시작한 셀트리온헬스케어, 에코프로비엠, 펄어비스, 엘앤에프, 카카오게임즈와 같은 기업들의 면면이 보인다. 여기에 코스피 상위 종목인 네이버, 카카오, 셀트리온, 크래프톤과 같은 회사들을 보면 변화의 흐름을 뚜렷이 감지할 수 있다. 승자가 계속해서 변화해 나가는 세상, 그리고 그 과정에서 기술혁신과 비용 절감이라는 두 마리 토끼를 잡아 가는 세상, 그것이 우리가 추구해야 할 세상이지 않을까 싶다. 우리 사회에도 그런 기존 레거시 시스템을 창조적으로 파괴해 나가는 언더독들의 반란이 이어질 수 있기를 기대한다.

현재 우리가 사용하는 대부분의 모바일 AP나 데스크톱, 노트북 CPU는 다이(die)라고 부르는 하나의 집적회로 칩으로 구성되어 있습니다. 물론 두 개 이상의 다이를 사용하는 경우도 있는데, CPU + GPU나 CPU + 캐시 메모리, 혹은 두 개 이상의 CPU 다이를 붙여 만든 멀티 칩 패키징 (MCM) 방식의 프로세서들이 있습니다. 과거에는 한 번에 모든 부분을 제조하기 힘들었기 때문에 캐시 메모리나 보조 프로세서를 별도의 다이에 배치한 경우도 있었습니다. 하지만 반도체 제조 공정이 눈부시게 발전하면서 수십억 개의 트랜지스터를 하나의 다이에 집적할 수 있게 됐고, 덕분에 CPU나 GPU는 물론이고 과거에는 칩셋에 있던 부분까지 하나로 모은 SoC(System on a chip)가 새로운 대세가 됐습니다. 그런데 최근에는 반도체 미세 공정의 발전보다 프로세서가 커지는 속도가 빨라 하나의 다이로 된 모노리식(monolithic) 프로세서의 제조가 매우 어려워지고 있습니다. 여기에 10nm 이하의 최신 미세 공정 웨이퍼의 가격이 비싸지는 것도 부담입니다. 따라서 CPU 제조사들은 여러 개의 다이를 결합한 디자인으로 다시 회귀하고 있습니다. AMD의 경우 8코어 CPU를 모은 CPU 칩렛과 I/O 다이를 별도로 만든 후 이를 조합해 다양한 프로세서를 만들고 있습니다. 오랜 세월 거대한 서버 프로세서에도 모노리식 디자인을 고집했던 인텔 역시 최근 과감한 변화를 시도하고 있습니다. 인텔은 내년 정식으로 출시할 제온 프로세서인 사파이어 래피즈(Sapphire Rapids)에 여러 개의 다이를 인텔의 고속 인터페이스인 EMIB 방식으로 연결한 멀티 타일 구조를 도입했다고 발표했습니다.인텔 7 공정(과거 10nm ESF)으로 제조되는 사파이어 래피즈는 최대 400㎟의 SoC 다이 (타일) 네 개를 연결해 최대 1600㎟ 크기의 CPU를 만들 수 있습니다. 현재 제조 기술로 만들 수 있는 가장 큰 모노리식 다이는 700-800㎟ 정도 크기입니다. 최신 미세 공정과 거대한 크기 덕분에 사파이어 래피즈는 최근 인텔의 최대 약점으로 꼽힌 코어 숫자의 열세를 쉽게 극복할 수 있을 것으로 예상됩니다. AMD는 최대 8개의 칩렛을 붙이는 방식으로 64코어 프로세서를 만든 반면 인텔의 아이스레이크 제온의 경우 최대 38코어에 불과했습니다. 모노리식 다이 구조이다 보니 여러 개의 다이를 결합한 구조를 이기기 힘들었던 것입니다. 인텔은 사파이어 래피즈의 코어 숫자에 대해 언급하지 않았지만, 1600㎟의 거대한 크기를 생각하면 코어 숫자가 대폭 늘어났다고 볼 수밖에 없습니다. 그런데 이렇게 멀티 타일 구조를 선택할 경우 가장 큰 문제점은 타일 간 데이터 전송입니다. 만약에 여기서 병목현상이 생기면 속도는 현저히 느려질 것입니다. 인텔은 EMIB 방식을 통해 이 문제를 최대한 극복했습니다. 다만 얼마나 극복했는지는 실제 프로세서가 나와야 검증이 가능한 부분입니다. 사파이어 래피즈의 가장 큰 변화는 멀티 타일 구조의 채택이지만, 그 밖에도 성능을 높이기 위해 여러 가지 변화를 시도했습니다. 코어의 경우 소비자용 CPU인 앨더 레이크(12세대 코어 프로세서)에 사용된 골든 코브(Gold Cove) 코어를 사용해 성능을 최대 19% 높였습니다(동일 클럭 기준). 그리고 서버용 콜든 코브 코어는 높은 성능을 위해 소비자용에는 없는 몇 가지 추가 기능과 함께 더 많은 L2 캐시를 탑재했습니다. DDR5 메모리 적용과 PCIe 5.0 같은 최신 인터페이스도 적용되어 더 고속으로 데이터를 처리할 수 있습니다. 그러나 이보다 더 눈에 띄는 변화는 차세대 고속 메모리인 HBM2E 메모리 적용입니다.HBM은 비싸지만, 속도가 매우 빠른 메모리로 지금까지는 주로 고가의 GPU에만 탑재되었습니다. 서버칩에 탑재되는 것은 사파이어 래피즈가 처음입니다. HBM2E 메모리 적용 모델의 경우 타일 하나당 HMB2E가 하나씩 붙어 다이가 4+4가 됩니다. HBM2E 메모리를 고속으로 연결하는 역할 역시 EMIB이 담당합니다. HBM2E 메모리는 캐시로 사용할 수도 있고 D램처럼 같이 사용할 수도 있습니다. 본래 인텔은 서버 시장에서 독점적 위치에 있었으나 최근 AMD 에픽이 급성장하고 아마존 같은 대형 고객사가 ARM 기반의 자체 서버 프로세서를 만들면서 최대 위기에 처했다는 평가를 받고 있습니다. 사파이어 래피즈의 파격적인 변화는 더 이상 서버 시장에서 밀리지 않겠다는 의지를 반영한 것으로 풀이됩니다. 과연 인텔이 AMD와 ARM 진영이 거센 도전을 물리치고 서버 시장 1위 자리를 지킬 수 있을지 궁금합니다.

세계 최대 파운드리(반도체 위탁생산) 업체인 대만의 TSMC가 기존 예상보다 1년 빠른 내년 여름에 삼성전자를 제치고 세계 최초로 3㎚(나노미터·1㎚=10억분의 1ｍ) 반도체 양산에 들어간다고 대만 연합보가 10일 현지 공급망 소식통을 인용해 보도했다. 보도에 따르면 TSMC는 인텔의 주문을 받아 3㎚ 공정이 적용된 서버용 중앙처리장치(CPU)와 그래픽처리장치(GPU) 생산을 준비 중이다. 내년 2월부터 대만에서 3㎚ 공정 생산라인을 가동해 7월부터 인텔이 주문한 CPU와 GPU를 양산할 계획이라는 것이다. 계획이 차질없이 진행되면 TSMC는 파운드리 경쟁사인 삼성전자를 제치고 세계 최초로 현존 최고의 초미세공정에 해당하는 3㎚ 반도체 제품을 양산하는 기업이 된다. 이는 기존 시장의 예측을 1년 이상 앞당긴 것이라고 연합보는 설명했다. 현재 TSMC와 삼성전자는 모두 5㎚ 공정이 적용된 시스템 반도체 제품을 양산 중인 가운데 차세대 미세공정 기술 연구·개발 경쟁도 치열하다. 연합보는 이번 주문 계약에 대해 “인텔이 3㎚ 공정 기술에서 TSMC가 삼성보다 앞선다는 점을 인정한 것으로서 (TSMC의) 선도 지위를 더욱 강화하게 될 것”이라고 의미를 부여했다. 또 TSMC가 내년 6월부터는 애플의 주문을 받아 3㎚ 애플리케이션 프로세서(AP)를 주문받아 생산하게 될 것으로 내다보면서 현지 협력업체들은 내년 하반기 TSMC의 3㎚ 공정 반도체 생산량 증가 속도가 상당히 빨라질 것으로 내다보고 있다고 전했다.

SK하이닉스가 메모리 반도체 초호황기(슈퍼사이클)였던 2018년 시절의 매출을 회복했다. SK하이닉스는 “하반기에도 좋을 것”이라고 자신감을 표출해 3년 만의 슈퍼사이클 재현에 대한 기대감을 부풀렸다. 조만간 하향세로 접어들 수 있다는 ‘피크 아웃’에 대한 우려도 만만치 않아 SK하이닉스의 주가는 도통 힘을 못 쓰고 있다. SK하이닉스는 27일 실적발표를 통해 올해 2분기에 매출 10조 3217억원을 기록했다고 밝혔다. 전년 동기 대비 19.91% 늘었다. 2018년 3분기(11조 4168억원) 이후 가장 좋은 실적이다. 앞서 분기 매출이 10조원의 벽을 뚫은 것은 두번뿐이였는데 올해 2분기는 역대 세번째로 높은 실적이다. 올해 2분기 영업이익은 전년 동기보다 38.3% 늘어난 2조 6946억원이다. 2018년 4분기(4조 4301억원) 이후 최고치다. 코로나19 특수로 인해 기업들의 서버용D램 수요가 늘었고, 노트북 PC 판매가 증가한 것이 실적 개선에 영향을 미쳤다. SK하이닉스는 하반기에도 5세대(5G) 이동통신 스마트폰 공급의 확산, 인텔의 신규 중앙처리장치(CPU) 발표 등의 호재가 있기 때문에 전망을 밝게 봤다. 최근 몇년간 적자에 시달렸던 낸드 부문에서도 3분기에 흑자 전환을 자신했다. 노종원 SK하이닉스 경영지원담당(부사장)은 “상반기 D램 수요가 당초 예상보다 빠른 20% 초반의 상승세를 보였다”면서 “하반기에야 개선이 예상됐던 낸드에서도 높은 수요 증가로 2분기부터 가격이 큰 폭으로 상승했다”고 진단했다. 다만 아직 슈퍼사이클이 재현됐다고 보긴 어렵다. 올해 2분기 영업이익률은 26%로 2018년 3분기(57%)의 절반 수준이다. 업계 관계자는 “당시에는 메모리 반도체가 없어서 못 파는 상황이었는데 지금은 찍어내는 숫자와 시장의 수요가 거의 비슷하다”고 설명했다. 심지어 D램 가격 상승세도 최근 둔화되는 모양새를 보이자 이날 SK하이닉스의 주가는 전날보다 -0.85%(1000원) 떨어진 11만 6000원으로 마감했다. 지난 3월 2일 장중에 52주 신고가인 15만 500원을 기록했는데 당시와 비교해 22.9% 떨어진 상태다. 업계 관계자는 “2018년 수준의 초호황기가 올지 ‘소소한 슈퍼사이클’에 머물지 더 지켜봐야 한다”고 말했다.

SK하이닉스가 메모리 반도체 초호황기(슈퍼사이클)였던 2018년 시절의 매출을 회복했다. SK하이닉스는 “하반기에도 좋을 것”이라고 자신감을 표출해 3년 만의 슈퍼사이클 재현에 대한 기대감을 부풀렸다. 다만 조만간 하향세로 접어들 수 있다는 ‘피크 아웃’에 대한 우려도 만만치 않아 SK하이닉스의 주가는 도통 힘을 못 쓰고 있다. SK하이닉스는 27일 실적발표를 통해 올해 2분기에 매출 10조 3217억원을 기록했다고 밝혔다. 전년 동기 대비 19.91% 늘었다. 2018년 3분기(11조 4168억원) 이후 가장 좋은 실적이다. 앞서 분기 매출이 10조원의 벽을 뚫은 것은 두번뿐이였는데 올해 2분기는 역대 세번째로 높은 실적이다.올해 2분기 영업이익은 전년 동기보다 38.3% 늘어난 2조 6946억원이다. 2018년 4분기(4조 4301억원) 이후 최고치다. 코로나19 특수로 인해 기업들의 서버용D램 수요가 늘었고, 노트북 PC 판매가 증가한 것이 실적 개선에 영향을 미쳤다. SK하이닉스는 하반기에도 5세대(5G) 이동통신 스마트폰 공급의 확산, 인텔의 신규 중앙처리장치(CPU) 발표 등의 호재가 있기 때문에 전망을 밝게 봤다. 최근 몇년간 적자에 시달렸던 낸드 부문에서도 3분기에 흑자 전환을 자신했다. 노종원 SK하이닉스 경영지원담당(부사장)은 “상반기 D램 수요가 당초 예상보다 빠른 20% 초반의 상승세를 보였다”면서 “하반기에야 개선이 예상됐던 낸드에서도 높은 수요 증가로 2분기부터 가격이 큰 폭으로 상승했다”고 진단했다. 그는 “평균판매단가(ASP)에서도 (D램과 낸드) 각각 10% 후반대와, 약 10%의 상승률을 기록했다”고 덧붙였다.다만 아직 슈퍼사이클이 재현됐다고 보긴 어렵다. 올해 2분기 영업이익률은 26%로 2018년 3분기(57%)의 절반 수준이다. 업계 관계자는 “당시에는 메모리 반도체가 없어서 못 파는 상황이었는데 지금은 찍어내는 숫자와 시장의 수요가 거의 비슷하다”고 설명했다. 심지어 D램 가격 상승세도 최근 둔화되는 모양새를 보이자 이날 SK하이닉스의 주가는 전날보다 -0.85%(1000원) 떨어진 11만 6000원으로 마감했다. 지난 3월 2일 장중에 52주 신고가인 15만 500원을 기록했는데 당시와 비교해 22.9% 떨어진 상태다. 업계 관계자는 “2018년 수준의 초호황기가 올지 ‘소소한 슈퍼사이클’에 머물지 더 지켜봐야 한다”고 말했다.

최근 인텔은 서버 프로세서 영역에서 거센 도전을 받고 있습니다. x86 서버 영역에서는 가격대 성능비가 우수한 에픽(EPYC) 프로세서를 앞세운 AMD의 공세에 점유율을 잃고 있고 비x86 서버 부분에서는 ARM 서버 프로세서가 무서운 속도로 성장하고 있습니다. 인텔이 오랜 세월 14nm 공정 프로세서만 생산하는 사이 이미 경쟁자들은 7nm 칩을 대량으로 출시해 절대 성능은 물론 전력 대 성능비도 더 우수해진 상황입니다. 인텔은 4세대 제온 스케일러블 프로세서인 사파이어 래피즈(Sapphire Rapids)를 통해 반전을 시도하고 있습니다. 사파이어 래피즈는 인텔의 차세대 10nm 공정인 10ESF(10nm Enhanced SuperFin) 공정과 최신 마이크로 아키텍처가 적용된 골든 코브(Golden Cove) 코어를 사용해 성능을 높였습니다. 여기에 DDR5를 사용해 메모리 대역폭과 용량을 높이고 PCIe 5.0을 도입해 GPU 등 다른 기기와의 연결 속도도 높였습니다. 하지만 이 정도는 사실 남들도 곧 도입 예정인 기술입니다. 그래서 인텔은 한 가지 더 비장의 무기를 준비했습니다. 바로 고대역폭 메모리(HBM)를 제온 프로세서에 탑재하는 것입니다. 고대역폭 메모리(High Bandwidth Memory, HBM) 기술은 삼성, SK 하이닉스, AMD가 협업해 개발한 고속, 고밀도 메모리로 DRAM을 아파트처럼 여러 층으로 쌓고 각 층을 통과하는 통로(TSV)를 이용해 데이터를 고속으로 전송하는 메모리 기술입니다. 2015년 AMD의 GPU에 최초로 탑재된 후 현재까지는 주로 고성능 GPU에만 탑재되어 왔습니다. 속도가 빠르고 크기도 작지만, 대신 가격이 비싸고 전력 소모도 많다는 점이 보급에 발목을 잡고 있습니다. HBM 보급이 더딘 것은 서버 분야도 마찬가지입니다. 언뜻 생각하기에 비싸더라도 높은 성능이 필요한 서버 분야에 적합할 것 같지만, 테라바이트(TB)급 메모리 장착도 가능한 서버용 DDR 메모리와 달리 HBM은 프로세서 옆에 붙이는 방식이라 장착할 수 있는 메모리 용량이 많지 않고 원하는 만큼 확장이나 교체도 불가능합니다. 작년에 양산을 시작한 SK 하이닉스의 HBM2E 메모리도 460GB/s 대역폭을 지녀 속도는 DDR4 메모리가 범접하기 어려운 수준이지만, 용량은 최대 16GB 정도입니다. HBM2E 메모리 네 개를 탑재하면 최대 64GB 용량에 1.82TB/s의 엄청난 속도를 구현할 수 있으나 GPU라면 몰라도 대부분 서버는 이보다 느리더라도 많은 메모리를 탑재하는 것이 작업에 더 유리합니다. 이런 점 때문에 인텔이 개발하는 HBM 탑재 제온 프로세서인 SPR-HBM(Sapphire Rapids Xeon Scalable with High-Bandwidth Memory)는 DDR5도 같이 사용할 수 있습니다. 덕분에 여러 가지 목적의 서버와 고성능 컴퓨터에 이를 적용할 수 있습니다. 일반적인 서버에는 HBM을 탑재하지 않은 제온 프로세서를 사용하고 고속 데이터 처리가 필요한 영역에는 HBM 탑재 제온 프로세서를 DDR5와 함께 이용하거나 아예 HBM 탑재 제온 프로세서만 사용하는 방법도 사용할 수 있습니다. 후자의 장점은 메모리가 CPU와 함께 들어가기 때문에 시스템 크기가 매우 작아진다는 것입니다.사실 사파이어 래피즈가 이런 독특한 형태를 하게 된 이유는 올해 말 등장할 인텔 최초의 엑사스케일 슈퍼컴퓨터인 오로라(Aurora)의 영향이 큰 것으로 보입니다. 오로라의 기본 유닛은 2개의 사파이어 래피즈 프로세서와 6개의 폰테 베키오 GPU를 탑재했습니다. 고성능 연산을 위해서는 대용량보다 빠른 메모리가 더 유리한 만큼 HBM 탑재 버전으로 봐도 무리가 없을 것입니다. 사파이어 래피즈의 초기 물량은 오로라에 우선 사용되고 이후 차례로 주요 고객사에 공급될 것으로 보입니다. 실제 서버 및 HPC 시장에 투입되는 시기는 내년 상반기가 될 것입니다. HBM 탑재 사파이어 래피즈는 비쌀 수밖에 없습니다. 비싼 몸값을 성능으로 입증하는지가 관건이 될 것입니다. 여담이지만, 메모리 기술이라면 경쟁자인 AMD 역시 비장의 카드가 있습니다. 최근 AMD의 리사 수 CEO는 L3 캐쉬 메모리를 CPU 칩렛 위에 쌓는 신기술인 3D V-Cache를 공개했습니다. 같이 공개한 벤치 마크에서는 기존 CPU에 3D V-Cache를 접목하기만 해도 게임 성능이 대폭 향상되는 것을 보여줬습니다. 그런데 사실 대용량 캐쉬는 게임보다 서버에서 더 큰 힘을 발휘합니다. 구체적인 도입 일정은 밝히지 않았지만, 차세대 에픽 프로세서에 이를 도입할 가능성이 높은 셈입니다. 새로운 캐쉬 기술로 무장한 AMD와 고대역폭 메모리를 탑재한 인텔 중 누가 옳은 선택을 했는지도 중요한 관전 포인트가 될 것입니다.

‘반도체 제국’을 일궈왔던 미국의 인텔이 위기에 빠졌다. 맥북 등 PC 제품을 만드는 애플이 인텔 제품 대신 자체 개발 중앙처리장치(CPU)를 쓰겠다고 선언한 것에 이어 세계 2위의 클라우드 서비스 업체인 ‘마이크로소프트’까지 ‘탈(脫) 인텔’ 행보에 나선 것이기 때문이다. ‘탈 인텔’ 수순에 나선 마이크로소프트 최근 미국의 경제 매체 블룸버그통신은 마이크로소프트가 자사 데이터센터와 서버 컴퓨터용 CPU를 직접 개발할 계획이라고 보도했다. 태블릿 겸 노트북PC인 ‘서피스’에도 자체 개발 CPU를 접목하는 방안도 검토중인 것으로 알려졌다. 마이크로소프트가 새로 개발하는 CPU는 영국 반도체 설계 업체인 ARM의 설계도를 기반으로 제작될 것이라 보인다. 마이크로소프트는 수년 전부터 퀄컴이나 엔비디아 등에서 반도체 개발 엔지니어를 꾸준히 영입해오며 ‘탈 인텔’을 향한 행보를 차곡차곡 준비해온 것으로 알려졌다. 그동안 마이크로소트와 인텔은 강력한 ‘윈텔 동맹’을 맺어왔다. 윈텔은 마이크로소프트의 ‘윈도’ 운영체제와 인텔의 CPU가 탑재된 컴퓨터를 일컫는 말이다. 소프트웨어 기술은 마이크로소프트가 주도하고 CPU를 비롯한 하드웨어 쪽은 인텔이 맡으며 긴밀한 분업 관계를 형성해왔다. 두 회사는 서로에게 최적화된 제품을 선보이며 함께 성장하는 ‘윈윈 전략’을 취해왔다.아직도 14나노 공정에 머문 인텔 단단했던 동맹은 스마트폰의 등장 이후 균열이 생기기 시작했다. 인텔이 지닌 CPU 기술은 전력 소비가 크기 때문에 작은 배터리에 의존하는 스마트폰에는 적합하지 않았다. 인공지능(AI)과 5세대(5G) 이동통신의 발전으로 전력소모가 적고 처리 속도는 빠른 반도체에 대한 요구가 나날이 높아지고 있는데 이에 부응하지 못한 것이다. 인텔의 반도체 생산 기술은 현재 몇년째 14나노미터(nm·10억분의 1m) 공정 수준에 머물러 있다. 인텔은 지난 7월에 7나노 기반의 CPU의 출시 시기가 늦춰져 2022년말이나 2023년초쯤에 선보일 수 있을 것이라고 밝힌 바 있다. 인텔의 공동 창업자 고든 무어의 ‘무어의 법칙’(반도체 성능은 18개월마다 두 배 증가)은 정작 인텔에게 적용되지 않는 모양새다. 그러는 사이 ARM 기반의 CPU 성능이 크게 좋아지면서 인텔은 스마트폰뿐 아니라 클라우드 업체들로부터도 외면당하기 시작했다. 일감 넘쳐나는 파운드리 업계 반면 TSMC나 삼성전자와 같은 반도체 위탁생산(파운드리) 업체들은 모두 5나노 공정까지 양산에 들어간 상태다. 벌써부터 4나노와 3나노 공정 기술 개발을 벌이고 있기도 하다. 정보기술(IT) 업체들 입장에서는 직접 반도체를 설계한 뒤 위탁생산 업체에 맡겨 맞춤형 제품을 생산하는 것이 더 낫다고 판단한 것이다. 인텔보다 규모가 커진 고객사들이 이전보다 더 많은 자본과 인력을 자사 반도체 설계에 투자한 것도 이같은 상황이 벌어진 데에 영향을 미쳤다. 그 덕에 ‘IT 공룡’들이 설계한 반도체칩을 실제 제품으로 생산해내는 파운드리 업체들이 호황을 누리고 있다. 업계 관계자는 “너무 오랫동안 정상에 군림했던 인텔이 안락함에 안주해 혁신을 주도하지 못하는 모양새”라고 평했다.인텔을 향한 IT공룡들의 통보 “우리 헤어져” ‘IT공룡’들은 노쇠해진 반도체 왕국에 잇달아 이별을 통보했다. 클라우드 1위 업체인 ‘아마존웹서비스’(AWS)는 이미 2018년에 서버용 CPU를 자체 개발해 사용했다. ARM 기반으로 아마존웹서비스 전용 CPU를 만든 것이다. CPU의 주력 시장이 PC에서 데이터센터 쪽으로 넘어간 시점에서 아마존웹서비스의 행보는 인텔에 적지 않은 타격을 줬다. 심지어 애플도 지난 6월에 14년 동안 이어진 인텔과의 동맹을 끊겠다고 선언했다. 그동안 맥북에 인텔 반도체를 사용해왔는데 올해 출시한 신제품에 자체 제작한 CPU인 ‘M1’을 탑재한 것이다. 애플은 맥북에 최적화해 개발한 M1이 기존 CPU보다 약 3.5배 빠르다고 설명했다. 아마존웹서비스와 애플에 이어 마이크로소프트까지 인텔을 외면하자 인텔의 입지가 급격히 흔들리는 모양새다.사업 전반이 흔들리면서 인텔은 최근 낸드플래시 사업부의 대부분을 SK하이닉스에 넘기기로 결정했고, 전원관리 반도체 사업부인 ‘엔피리온’도 조만간 대만 미디어텍에 매각할 방침이다. 심지어 인텔이 자체 제작을 고집해오던 CPU를 반도체 위탁생산 업체에 맡기려 한다는 이야기도 나오고 있다. 업계 관계자는 “아무리 반도체 제국을 일군 인텔이라 하더라도 그 영광이 영원할 수는 없다”면서 “인텔의 사업부 매각을 놓고 선택과 집중이라고 평가할 수도 있지만 엄밀하게 말하면 어려워진 인텔의 실상을 보여주는 것”이라고 말했다. 한재희 기자 jh@seoul.co.kr

지난 10여 년 간 애플의 가장 큰 수익원은 아이폰이나 아이패드 같은 iOS 기기였습니다. 사람들의 관심 역시 모바일 기기에 집중되면서 맥(Mac)에 대한 관심은 상대적으로 적어졌습니다. 하지만 올해는 다른 모습입니다. 애플이 2006년부터 사용했던 인텔 CPU를 자체 개발한 ARM 기반 칩으로 교체한다는 폭탄 선언을 했기 때문입니다. 사실 루머로는 몇 년 전부터 나왔던 이야기인데, 막상 현실이 되니 세간의 관심이 집중된 것입니다. 애플 매킨토시는 1984년 첫 출시 때부터 10년 동안 모토로라 68000 계열 CPU를 사용했습니다. 그러다가 1994년부터 IBM 파워PC(PowerPC) 계열로 갈아탔습니다. 당시만 해도 애플은 파워PC의 성능이 인텔 CPU보다 우수하다고 주장했습니다. 그러나 애플은 2006년에 돌연 맥 CPU를 인텔 프로세서로 변경합니다. 여기에는 그럴 만한 이유가 있었습니다. IBM의 파워PC의 성능은 강력하긴 했지만, 기본적으로 고성능 PC와 서버를 목표로 개발되어 저전력 성능이 중요한 노트북에는 적합하지 않았습니다. 반면 당시 인텔은 전력 대 성능비를 획기적으로 개선한 코어 듀오(Core Duo) 프로세서를 출시했습니다. 인텔 프로세서의 개선 방향은 스티브 잡스가 생각한 맥의 미래와 일치했습니다. 저전력 성능을 크게 강화한 인텔 프로세서 덕분에 애플은 맥북 에어처럼 획기적으로 얇고 가벼운 노트북을 개발할 수 있었습니다. 하지만 몇 년 전부터 애플이 인텔 프로세서 대신 자체 프로세서를 사용할 것이라는 루머가 꾸준히 제기되었습니다. 이유는 간단합니다. 인텔 프로세서는 몇 년째 14nm 공정과 오래된 아키텍처에서 벗어나지 못하고 있지만, 애플의 A 시리즈 프로세서는 미세 공정과 아키텍처를 꾸준히 개량해 x86 CPU를 넘볼 수준까지 성능이 올라갔기 때문입니다. 애플 자체 칩과 인텔 칩의 성능 차이가 별로 없다면 애플 입장에서는 굳이 x86과 ARM으로 생태계를 분리할 이유가 없습니다. 맥에 자체 프로세서를 탑재할 경우 비용 절감 효과는 물론이고 애플 생태계에 최적화된 커스텀 프로세서를 장착할 수 있습니다. 결국 애플은 맥 제품군에 자체 프로세서를 탑재한다고 발표했고 그 결과물을 이제 공개했습니다. 애플 M1은 아이폰 12에 사용된 애플 A14 바이오닉 칩의 업그레이드 버전으로 고성능 파이어스톰 코어 4개와 고효율 아이스스톰 코어 4개로 구성된 8코어 프로세서입니다. A14와 비교하면 파이어스톰 코어 숫자가 2개에서 4개로 늘어났고 L2 캐쉬도 12MB로 50% 늘어났습니다. 더 많은 발열량을 허용할 수 있는 맥북과 맥 미니에 탑재하는 만큼 클럭도 더 높을 것으로 예상됩니다. GPU 역시 두 배 늘어난 8코어 GPU를 탑재해 스마트폰 가운데 최고 수준인 아이폰 12보다 성능이 훨씬 우수할 것으로 예상됩니다. 뉴럴 엔진은 16코어로 A14 바이오닉과 동일한데, 이 정도면 내장형 인공지능 가속기로 최상위급이기 때문에 굳이 더 늘릴 필요가 없었을 것입니다. M1의 트랜지스터 집적도는 A14 바이오닉보다 42억 개 늘어난 160억 개에 달하지만, TSMC의 최신 5nm 공정을 사용해 다이 면적은 10nm 공정 인텔 아이스레이크 CPU보다 크게 늘어나지 않았을 것으로 보입니다. 여기에 LPDDR4X 메모리 두 개를 옆에 붙여 놓은 통합 메모리 아키텍처 구조로 크기를 더 줄여 시스템을 매우 작고 가볍게 만들 수 있게 됐습니다. 애플은 새로운 메모리 장착 방식이 전통적인 메모리 모듈보다 더 우수한 성능을 보인다고 주장했습니다. 다만 M1 칩을 탑재한 신형 맥북 에어가 인텔 CPU를 탑재한 전 세대 모델보다 CPU 성능은 3.5배, GPU 성능은 5배 뛰어나다는 주장은 좀 더 엄밀한 검증이 필요합니다. 맥북 에어에 사용된 코어 i7-1060NG7 프로세서(1.2-3.8GHz 쿼드코어 CPU + 아이리스 프로 그래픽)의 성능 역시 만만치 않기 때문입니다. 코어 i7-1060NG7의 CPU 성능은 패스마크 (PassMark) 기준 6,234점으로 이보다 3배 이상 빠른 CPU는 노트북에서는 라이젠 7 4800H (8코어, 2.9-4.2GHz) 정도만 있을 뿐입니다. 솔직히 라이젠 7 4800H도 패스마크 기준 19,206점으로 3.5배가 안 됩니다. 인텔 CPU의 3.5배에 달하는 놀라운 성능의 비밀은 작은 숫자로 표시된 각주에 있습니다. 애플 공식 사이트에는 '배포 전 단계의 Final Cut Pro 10.5에서 4096x2160 해상도 및 초당 59.94 프레임의 4K Apple ProRes RAW 미디어로 구성된 55초 분량의 영상을 Apple ProRes 422로 인코딩 변환하여 테스트'한 결과라고 되어 있습니다. 쉽게 말해 CPU의 전반적인 성능이 아니라 M1에서 특별히 빠른 어플리케이션에서의 성능 비교입니다. 물론 GPU 역시 파이널 컷 프로에서의 비교 수치로 게임에서 평균 5배 빠르다는 의미는 아닙니다. 하지만 그렇다고 M1의 성능이 인텔 CPU보다 낮다는 것은 아닙니다. IT 전문 사이트인 아난드텍에서는 A14 바이오닉 CPU의 싱글 코어 성능이 SPEC2006 종합 비교 결과 인텔 i9-10900K와 AMD 라이젠 9 5950X의 중간 정도라고 평가했습니다. 파이어스톰 코어의 성능이 최신 x86 코어와도 겨룰 수 있는 수준이라는 것입니다. 출시 후 정확한 비교 벤치마크 결과를 봐야 알겠지만, 노트북용으로 성능을 높인 M1의 종합 성능은 적어도 A14보다 우수할 것입니다. 하지만 성능보다 더 중요한 강점은 저전력입니다.애플은 A 시리즈 프로세서에서 저전력 기술을 갈고 닦았습니다. M1은 애플이 오랜 세월 연마한 전력 관리 기술과 TSMC의 최신 5nm 공정 덕분에 전력 대 성능비가 인텔 칩보다 훨씬 높을 것으로 예상됩니다. 애플은 10W 전력 소모에서 M1의 성능이 인텔 칩보다 2배 뛰어나거나 혹은 최고 성능에서 전력 소모량이 1/4에 불과하다고 주장했습니다. 덕분에 신형 맥북 에어는 성능을 높이면서도 조용한 팬리스 디자인으로 돌아왔습니다. 배터리 용량 증가 없이도 배터리 사용 시간이 18시간까지 늘어난 것 역시 전기를 적게 먹는 M1 덕분입니다. 노트북에서 저소음, 저발열, 배터리 사용 시간이 중요한 점을 생각하면 저전력이 M1의 가장 큰 혁신이라고 할 수 있습니다. M1을 탑재한 1세대 모델은 이전 모델과 외형상 차이가 없지만, 결국은 더 얇고 가벼운 맥 제품군이 나올 수 있음을 시사하는 부분이기도 합니다. M1의 또 다른 장점은 애플 생태계의 통합입니다. 현재 애플 기기의 대부분은 자체 ARM 프로세서와 iOS 기반의 OS에서 돌아가고 있습니다. 맥만 x86 기반인데, 이것까지 자체 프로세서로 통합하면 애플 생태계의 마지막 퍼즐을 완성하는 셈입니다. 개발자들이 모든 애플 기기에서 돌아갈 수 있는 어플리케이션을 만들기 쉬워지고 프로세서 역시 애플 운영체제와 자주 쓰는 어플리케이션에 최적화해 성능을 최대한 활용할 수 있게 됩니다. 여러 하드웨어와 OS에서 돌아가야 하는 x86 프로세서에서는 누릴 수 없는 이점입니다. 애플은 앞으로 2년간 하나씩 맥 제품군 전체를 ARM 기반 자체 프로세서로 변경할 계획입니다. 따라서 맥 프로 같은 고성능 PC를 위한 자체 프로세서 역시 준비 중일 것입니다. 어쩌면 아마존처럼 서버용으로 쓸 수 있는 고성능 ARM 프로세서를 선보일지도 모릅니다. 이렇게 ARM 기반 자체 프로세서를 사용하면 클라우드와 다른 인터넷 서비스까지 애플 맞춤형 하드웨어가 가능하고 비용도 절감할 수 있다는 장점이 있습니다. 인텔 미세공정에 의존할 필요 없이 TSMC든 삼성이든 최신 미세공정을 입맛 대로 고를 수 있다는 것도 큰 장점입니다. 그런데 앞으로 애플의 사업 모델을 따라 하는 기업이 늘어나게 되면 인텔 입장에서는 큰 부담이 아닐 수 없습니다. 애플이 행보와 함께 고객을 잃게 된 인텔의 대응에도 눈길이 가는 이유입니다. 결국 인텔이 이 위기를 극복하려면 더 고성능 프로세서를 개발할 수밖에 없습니다. 몇 년 후 인텔이 ARM 경쟁자를 따돌릴 수 있는 신제품을 들고나올지 아니면 시장에서 입지가 축소될지도 궁금해집니다. 고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com

주요 IT 기업들의 3분기 실적이 공개되는 가운데 인텔 실적과 관련해서 특별한 관심을 받았던 회사가 있습니다. 바로 인텔의 라이벌인 AMD입니다. 인텔은 지난 2020년 3분기에 매출과 영업이익이 전년 동기 대비 4.6%와 22% 정도 감소하는 부진한 실적을 거뒀습니다. 부진한 실적보다 더 큰 문제는 지난 몇 년간 인텔의 성장 동력이었던 데이터 센터 부분에서 매출과 영업이익이 7%와 39%나 감소했다는 것입니다. 물론 코로나 사태로 인해 어느 분야나 업황이 좋지 않지만, 인텔의 서버 부분 실적만 유독 부진하다는 것은 다른 해석을 낳았습니다. 바로 서버 부분에서 AMD의 약진입니다. AMD의 3분기 실적은 이와 같은 추측을 확인시켜줬습니다. AMD는 지난 3분기에 28억 달러의 매출을 거둬 전년 동기의 18억 달러보다 56%나 증가했습니다. 영업이익과 순이익은 더 많이 증가해 전년 동기 대비 각각 141%(1억8600만 달러에서 4억4900만 달러)와 225%(1억2000만 달러에서 3억9000만 달러)라는 폭발적 증가세를 보였습니다. 반도체 업계에서 좀처럼 보기 힘든 엄청난 성장세입니다. 본래 AMD의 매출 대부분은 소비자용 CPU(라이젠), 그래픽 카드(라데온), 그리고 Xbox나 플레이스테이션 같은 콘솔 게임기에 들어가는 세미 커스텀 칩에서 나왔습니다. 서버 부분 매출은 그 비중이 작았습니다. 그런데 이번 3분기에 AMD는 엔터프라이즈, 임베디드, 세미 커스텀 칩 부분에서 전년 동기 대비 매출과 영업이익이 각각 116%와 131% 증가했습니다. 라이젠 CPU와 라데온 GPU를 포함한 컴퓨팅 및 그래픽 부분 매출 증가는 31% 정도였습니다. 결국 서버용 프로세서인 에픽과 콘솔 게임기에 들어가는 세미 커스텀 칩이 이번 분기 깜짝 실적을 견인했다고 볼 수 있습니다. 신형 콘솔 게임기가 나오는 만큼 앞으로 4분기에는 더 실적이 좋아질 것으로 보이지만, 더 중요한 부분은 서버용 프로세서입니다. 몇 년 전까지 서버 영역에서 AMD의 점유율은 너무 낮아서 제대로 집계조차 되지 않을 정도였습니다. 서버용 x86 CPU 시장은 인텔이 거의 100% 독점했고 덕분에 높은 수익이 가능했습니다. 성장이 정체된 PC 시장과 달리 서버 시장은 견고한 성장세를 보였기 때문에 데이터 센터 부분은 인텔의 중요한 성장 동력이었습니다. 그런데 경쟁자인 AMD가 젠(Zen) 아키텍처 기반의 에픽(EPYC) 프로세서를 들고 나오면서 상황이 바뀌기 시작했습니다. 특히 인텔이 14nm 공정을 유지할 때 AMD는 최신 7nm 공정 기반의 2세대 에픽 프로세서를 출시해 서버 시장에 파란을 일으켰습니다. 최대 64코어의 에픽 프로세서는 가장 흔하고 저렴한 1-2소켓 서버로도 64-128코어 프로세서 구성이 가능해 경쟁사보다 도입 비용이 저렴할 뿐 아니라 전력 소비도 적어 유지비도 줄일 수 있습니다. 덕분에 최근 AMD는 서버 시장에서 점유율을 빠르게 높이고 있습니다. 지난 7월 리사 수 AMD CEO는 (사진) 이제 서버 시장에서 에픽의 점유율이 10% 수준을 넘어섰다고 주장했습니다. 몇 년 전 1% 수준이었던 점을 생각하면 인텔이 데이터 센터 실적 부진을 설명할 수 있는 빠른 성장세입니다. AMD는 여기서 멈추지 않고 서버 시장 공략에 더욱 박차를 가할 예정입니다. 리사 수 CEO는 최신 Zen 3 아키텍처 기반의 3세대 에픽 CPU (코드네임 Milan)을 이번 4분기에 출시해 일부 고객사에 전달하고 내년 초에는 OEM 시장에 공급하겠다고 발표했습니다. 당장에 10nm 서버 칩을 출시할 수 없는 인텔에 더 강력한 신형 칩으로 공세를 가하겠다는 이야기입니다. 하지만 이보다 더 큰 이슈는 자일링스(Xilinx) 합병 소식입니다. 자일링스는 FPGA(field-programmable gate array) 시장의 강자로 최근 서버 시장에서 매출이 커지고 있습니다. AMD의 x86 서버 플랫폼과 통합하면 데이터 센터 시장에서 더 강한 경쟁력을 지니게 될 것입니다. 물론 이는 160억 달러에 FPGA 업체인 알테라(Altera)를 인수한 인텔과 더 강하게 붙겠다는 이야기이기도 합니다. 다시 챔피언 인텔에 도전하는 AMD가 서버 시장의 지형을 어떻게 바꿀지 궁금합니다. 고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com　

반도체, 특히 프로세서 부분에서 인텔은 수십 년간 1위 기업이었습니다. 2000년대 초반 AMD의 거센 공세로 잠시 힘든 시기도 있었으나 인텔은 곧 도전자를 물리치고 더 강력한 CPU 독점 기업으로 진화했습니다. 2017년 AMD가 다시 젠(Zen) 아키텍처 기반의 라이젠을 들고나올 때만 해도 공격이 매섭긴 하지만 아직 인텔을 흔들 정도는 아니라는 의견이 지배적이었습니다. 경쟁자가 아키텍처를 개선하긴 했지만, 싱글 코어 성능에서 아직 열세이고 미세 공정 역시 14㎚로 겨우 따라잡은 수준이었기 때문입니다. 하지만 AMD가 꾸준히 젠 아키텍처를 업데이트하고 미세 공정을 7㎚까지 진전시키면서 상황은 완전히 바뀌고 있습니다. 지난 3년간 인텔은 거짓말처럼 미세 공정 전환이 더디게 진행되어 이제야 일부 제품을 10㎚로 업데이트했을 뿐입니다. 최신 아키텍처인 서니 코브와 윌로우 코브 역시 10㎚ 제품군에만 적용되어 아직도 데스크톱 및 서버 부분에서 오래된 14㎚ 공정과 스카이레이크 기반의 낡은 아키텍처로 AMD의 공세를 간신히 막아내고 있을 뿐입니다. 이런 상황에서 코로나19 위기까지 겹쳐 이번 3분기 실적은 충격적인 부진을 기록했습니다. 인텔은 2020년 3분기에 183억 달러의 매출과 51억 달러의 영업 이익을 올려 여전히 상당한 수익을 기록했지만, 매출과 영업이익이 전년 동기보다 4.6%와 22% 감소했습니다. 특히 뼈아픈 부분은 지난 몇 년간 인텔의 성장을 견인했던 분야인 데이터 센터 그룹의 매출이 7%, 영업이익이 39%나 급락했다는 것입니다. 이로 인해 인텔의 주가는 7㎚ 공정 지연을 발표했던 지난 7월 이후 가장 큰 폭으로 떨어졌습니다. 반면 경쟁자인 AMD 주가는 반대의 경향을 보입니다. 데이터 센터 그룹은 서버용 CPU와 그 외 기업용 제품군을 의미하는데, 매출과 영업이익만 줄어든 것이 아니라 판매 단가 역시 15%나 감소해 문제의 심각성을 더하고 있습니다. 단순히 기업과 정부 수요만 줄어든 것이 아니라 고급형 제품군이 잘 나가지 않는다는 이야기기 때문입니다. 인텔은 말을 아꼈지만, 서버 시장에서 AMD와의 경쟁이 치열해진 것이 큰 원인 중 하나로 풀이됩니다. AMD의 서버 CPU인 에픽은 7㎚ 미세 공정을 사용한 2세대 제품 출시 이후 시장에서 빠르게 점유율을 높이고 있습니다. 경쟁자를 압도하는 64코어에 가격 대 성능비는 물론 전력 대 성능비도 탁월해 x86 서버 시장에서 인텔의 점유율을 잠식해 들어가고 있습니다. 기술적으로 경쟁자를 대적하기 어려운 인텔의 선택지는 가격을 낮추는 것뿐입니다. 결국 이로 인해 생각보다 큰 매출 및 영업이익 감소가 발생한 것으로 보입니다. 문제는 이런 요인이 올해 4분기나 내년이 된다고 해서 달라질 수 없다는 것입니다. 코로나19 사태가 끝나도 기술력에서 경쟁자를 따돌리지 못하면 결국 이전처럼 높은 가격을 붙여 팔기 어렵습니다. 더 나아가 계속해서 점유율을 빼앗기면 천하의 인텔이라도 2등 기업이 되지 말라는 법이 없습니다. 최근 우리를 깜짝 놀라게 만든 낸드 사업부 매각 역시 이런 위기감에서 내린 특단의 조치일 가능성이 높습니다. 비핵심 사업을 정리하고 주력인 CPU나 미래 먹거리 사업인 옵테인 등에 집중해 AMD와 다른 경쟁자들의 거센 도전에 대응할 필요가 있었던 것입니다. 사실 인텔은 올해 상반기에 낸드 사업 부분에서 28억 달러의 매출과 6억 달러의 영업 이익을 거둬 나름 나쁘지 않은 실적을 기록했습니다. 급하게 낸드 사업부를 매각해야 할 만큼 회사의 경영 지표가 악화한 게 아닌 셈입니다. 하지만 앞으로 몇 년간 회사가 전례 없는 위기에 직면할 가능성이 커지면서 흑자 전환한 낸드 사업부까지 매각하는 특단의 대책이 나온 것입니다. 결국 이 위기를 극복할 수 있는 유일한 방법은 아키텍처와 미세 공정에서 경쟁자를 따라잡는 것뿐입니다. 지연된 7㎚ 공정을 빠르게 도입하고 5㎚ 이하 차세대 미세 공정 진입을 위해 막대한 투자를 집행할 필요가 있습니다. 과연 인텔이 이번 위기를 극복하고 다시 반도체 1위 기업으로써 명성을 되찾을 수 있을지 궁금합니다. 사진=2020년 3분기 인텔 데이터 센터 그룹 실적 요약. 출처: 인텔) 고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com