작년 말부터 PC 시장은 불황의 늪에 빠져들었습니다. CPU 업계 1위인 인텔 역시 불황의 파고에서 예외가 될 순 없어서 지난 2022년 4분기엔 매출이 전년 동기보다 32%나 줄어들고 순이익도 7억 달러 적자로 전환되는 어려움을 겪었습니다. 지난 4분기의 어닝 쇼크는 기본적으로 경기 위축에 따른 PC와 서버 수요의 급격한 둔화가 원인이지만, 경쟁사인 AMD의 약진 역시 간과할 수 없는 요인입니다. AMD는 에픽 CPU로 서버 시장에서 인텔 제온 CPU의 점유율을 잠식하고 있으며 소비자용 PC 시장에서도 라이젠 CPU로 인텔의 독점 구조를 무너뜨리고 있습니다. 그나마 인텔에 다행인 부분은 작년에 출시한 13세대 코어 프로세서(랩터 레이크)의 성능이 뛰어나 경쟁자인 라이젠 7000 시리즈를 효과적으로 견제하고 있다는 것입니다. 높은 성능을 내는 고성능 코어와 에너지 효율이 우수한 고효율 코어를 적절히 혼합해 최대 24코어 제품을 내놓은 인텔의 하이브리드 CPU 전략은 성공적이었습니다. 24코어 인텔 코어 i9 13900K는 게임은 물론 다중 작업에서 경쟁자인 16코어 라이젠 9 7950X를 앞섰습니다. 하지만 올해 AMD는 그동안 준비한 비장의 카드를 내놓았습니다. 바로 CPU 다이 위에 추가 L3 캐시 메모리를 올린 라이젠 9 7950X3D입니다. 캐시 메모리는 CPU가 바로 쓸 수 있는 작업 공간에 해당합니다. 따라서 클수록 CPU의 성능을 높일 수 있으나 그렇다고 많이 탑재하면 가격이 비싸지고 CPU 크기가 커져 적당히 크기를 조절해 왔습니다. 하지만 AMD는 CPU 다이 위에 L3 캐시를 추가로 탑재하는 3D V 캐시를 통해 기존의 CPU를 활용한 고성능 제품을 만들 수 있는 방법을 개발했습니다. 그러나 1세대 3D V 캐시는 8코어 제품인 라이젠 7 5800X3D에만 탑재되어 아쉬움을 남겼습니다. 2세대 3D V 캐시 제품은 8코어는 물론 12코어, 16코어 제품에도 탑재되어 선택의 폭이 더 넓어졌습니다. 두 개의 8코어 칩렛 가운데 하나만 3D V 캐시가 탑재된 구조에도 본래 캐시 메모리가 커진 라이젠 7000 시리즈에 추가로 탑재되어 라이젠 9 7950 X3D의 L2+L3 캐시 용량은 무려 144MB에 달합니다. 이는 경쟁자인 코어 i9 13900K의 68MB의 두 배가 넘는 용량입니다.공개된 벤치마크 결과를 보면 대용량 캐시 메모리를 많이 사용하지 않는 작업에서는 기본 클럭을 300MHz 낮춘 탓에 오히려 약간 낮은 성능을 보여주지만, 게임 성능을 대폭 끌어올려 코어 i9 13900K를 평균적으로 약간 앞서는 성능을 보여줍니다. 다시 한번 3D V 캐시로 가장 빠른 CPU의 타이틀을 다시 가져온 셈입니다. 하지만 진짜 놀라운 부분은 따로 있습니다. 바로 TDP가 120W로 X 시리즈보다 50W 낮아졌다는 것입니다. 캐시를 추가로 탑재하면 전기를 더 사용할 것 같지만, 클럭을 약간 낮추고 최적화를 한 덕분에 게임 성능은 높이고 전력 소모와 발열량은 크게 낮췄습니다. 벤치마크 결과를 보면 라이젠 9 7950X3D는 라이젠 9 7950X와 비교해서 최대 100W 낮은 전력 소모를 보이고 있습니다. 코어 i9 13900K와 비교하면 풀로드에서 차이는 더 커집니다. 최근 CPU의 코어 숫자가 급격히 늘어나고 클럭도 최대 6GHz에 이르면서 전력 소모와 발열량이 일반 소비자가 감당하기 버거운 수준까지 늘어났다는 점을 생각하면 환영할 만한 결과이기도 합니다. 현시점 1위 게이밍 성능과 낮은 전력 소모량을 생각하면 라이젠 9 7950X3D의 유일한 약점은 699달러의 비싼 가격뿐입니다. 전력 소모가 줄어서 비싼 쿨러와 메인보드, 파워 서플라이, 케이스를 사용하지 않아도 된다는 점은 큰 장점이지만, 이를 무색하게 할 만큼 가격이 비싸 선뜻 구매할 소비자는 많지 않을 것으로 보입니다. 그럼에도 3D V 캐시 기술의 가능성을 보여줬다는 점에서 이번 라이젠 7000X3D 제품군의 의의는 적지 않을 것으로 보입니다. 클럭의 한계에 도달한 CPU 업계가 대용량 캐시로 성능 한계를 어디까지 극복할 수 있을지 주목됩니다. 

최근 대만 디지타임스 등의 보도에 따르면 TSMC의 최신 3nm(N3) 공정 반도체 웨이퍼(wafer)의 가격은 300mm 한 장 기준 2만 달러로 올라갔습니다. 이는 5nm(N5)의 1만 6000달러보다 25% 비싸진 것입니다. 참고로 우리가 사용하는 컴퓨터나 스마트폰의 고성능 프로세서들은 웨이퍼라는 동그란 원판에서 제조된 후 맞는 크기로 잘라 만들어집니다. 자체 생산 시설이 없는 팹리스 업체가 파운드리(위탁생산) 반도체 기업과 계약할 때는 웨이퍼 단위로 계약이 이뤄집니다. 물론 이 내용은 TSMC의 공식 발표가 아닙니다. TSMC를 포함한 파운드리 기업들은 정가를 정해 놓고 웨이퍼를 파는 게 아니라 업체 간의 개별 협상에 의해 가격을 정하기 때문에 계약 수량이니 기간 등 여러 가지 조건에 따라 가격이 달라질 수 있습니다. 주요 고객일수록, 많이 주문할수록 가격이 싸지는 게 당연합니다. 하지만 대략적인 가격이 이 정도 선에서 결정됐다는 이야기는 설득력이 있습니다. 반도체 웨이퍼 가격은 미세 공정을 한 단계 뛰어넘을 때마다 가격도 한 단계 높아지는 게 일반적이기 때문입니다. TSMC는 7nm에서 5nm로 넘어갈 때도 가격을 1만 달러에서 1만 6000달러로 높인 것으로 알려져 있습니다. 10nm에서 7nm로 갈 때는 6000달러에서 1만 달러로 높아졌습니다. 이런 점을 생각하면 2만 달러는 오히려 그렇게 많은 인상 폭이 아닙니다. 단지 상승이 누적되니 이제는 꽤 높은 가격이 된 것입니다. 파운드리 업체들이 공정 미세화에 따라 가격을 크게 높이는 데는 그럴 만한 이유가 있습니다. 우선 최첨단 미세 공정으로 갈수록 반도체 팹 건설에 엄청난 비용이 들어갑니다. 전 세계적으로 7nm 이하의 미세 공정 파운드리가 가능한 기업은 TSMC, 삼성, 인텔 세 군데 밖에 없습니다. 그리고 사실상 TSMC의 점유율이 절반인 과점 구조로 얼마든지 가격을 올려 받을 수 있는 구조입니다. 제조 원가도 높고 제조 가능한 기업도 얼마 안 되니 싸게 팔 이유가 없는 것입니다. 구매하는 기업 입장에서는 웨이퍼당 가격은 계속 오르지만, 반대로 트랜지스터당 가격이나 성능 대비 가격은 오히려 저렴해지기 때문에 고성능 프로세서를 만드는 기업일수록 미세 공정을 선호합니다. 예를 들어 TSMC의 3nm 공정은 5nm 공정보다 1.6배 정도 트랜지스터 밀도가 높습니다. 25% 정도 가격이 상승한다면 오히려 트랜지스터 하나의 가격은 더 저렴해지는 것입니다. 여기에 앞선 미세 공정으로 제품을 만들어야 경쟁자를 이길 수 있다는 점도 비싼 가격에도 최신 미세 공정을 선호하는 배경입니다. 하지만 3nm 공정 웨이퍼 가격이 2만 달러를 돌파하면서 우려 섞인 목소리도 나오고 있습니다. 아무리 성능이 올라가도 가격도 같이 올라간다면 과연 소비자들이 수용할 수 있겠느냐는 질문입니다. 예를 들어 TSMC의 5nm 공정의 개량형인 4nm 공정(N4)의 가격이 5nm와 비슷하다고 할 경우 엔비디아의 최신 AD102 GPU의 웨이퍼 기준 가격은 개당 200달러 미만으로 추정됩니다. 다만 웨이퍼에서 바로 프로세서가 나오는 것은 아니고 복잡한 후처리 및 패키징 과정을 거쳐야 하므로 이 과정에서 가격이 늘어납니다. 여기에 GPU만으로 그래픽카드를 만들 순 없고 메모리, PCB 기판, 쿨러 및 전원부 등 각종 부품이 들어가므로 최종 가격은 훨씬 치솟게 됩니다. 마지막으로 거대해진 GPU를 설계하기 위해서는 많은 고급 두뇌 인력이 필요해지므로 여기서 적지 않은 비용이 발생합니다. 그 결과 AD102 GPU를 사용한 최신 그래픽 카드인 RTX 4090은 출시 가격이 무려 1599달러로 게임용으로 구매하기에는 상당히 부담스러운 수준이 됐습니다. 5nm 공정과 6nm 공정을 혼합해 훨씬 저렴하게 가격을 책정한 경쟁자인 라데온 RX 7900 XTX도 999달러입니다. 각각 트랜지스터 집적도가 763억 개와 580억 개인 점을 생각하면 트랜지스터의 개당 가격은 꽤 낮아졌지만, 트랜지스터 숫자가 폭발적으로 증가한 탓에 결국 전체 가격은 꽤 비싸진 것입니다. 이미 가격이 너무 비싸졌지만, 문제는 미래입니다. 더 높은 성능을 내기 위해서는 결국 더 많은 트랜지스터가 필요합니다. 트랜지스터 밀도를 높이기 위해서는 더 비싼 미세 공정 도입이 필요합니다. 2nm나 그 이하 미세 공정이 도입되고 트랜지스터 집적도가 1000억 개가 넘는 초대형 GPU가 나온다면 과연 얼마나 가격을 높일지 가늠하기 어렵습니다. 사실 이 문제는 갑자기 등장한 것이 아닙니다. 엔비디아가 10년 전 발표한 슬라이드에도 반도체 공정 미세화에 따른 가격 인상 문제를 지적하고 있습니다. 새로운 기술 혁신이 일어나더라도 너무 비싸 대부분의 사람이 사용할 수 없다면 혁신의 의미는 반감되고 속도도 느려질 수밖에 없습니다. 그리고 이 위기는 이제 현실이 되고 있습니다.반도체 업계는 이 문제를 극복하기 위해 여러 가지 대안을 마련하고 있습니다. 그중 하나는 여러 개의 반도체 조각을 묶어서 하나의 프로세서를 만드는 칩렛 방식입니다. 최신 미세 공정이 필요 없는 부분에는 저렴한 칩렛을 사용해 가격을 낮추는 것입니다. 프로세서를 메모리처럼 수직으로 쌓는 방법도 생각할 수 있습니다. 캐시 메모리를 프로세서 위에 쌓아 올린 구조는 이미 AMD CPU에서 시도되고 있습니다. GPU에서도 불가능한 일은 아닐 것입니다. 마지막으로 미세 공정 파운드리의 독과점 구조 역시 원인으로 지목될 수 있습니다. 근본적으로 제조 단가가 비싸질 수밖에 없긴 하지만, TSMC의 편중된 구조가 당연히 영향을 미치고 있습니다. 따라서 최근 파운드리 시장에 진출한 인텔이나 3nm 파운드리에서 설욕을 다짐하고 있는 삼성의 행보에 관심이 쏠리고 있습니다. 결국 가격을 낮추기 위해서는 치열한 경쟁 구도가 중요합니다. 

오늘날 우리는 갖가지 인터넷 및 온라인 서비스에 의존하는 삶을 살고 있습니다. 동영상에서 메신저, 인터넷 쇼핑까지 한순간이라도 먹통이 되면 사회가 마비되는 초연결 시대에 살고 있는 것입니다. 이런 온라인 서비스의 중심에 서버가 있습니다. 그리고 이 서버가 쉬지 않고 돌아가기 위해서는 엄청난 연산 능력을 지닌 CPU가 필요합니다. 최근까지 서버 CPU 시장은 인텔의 독무대나 다를 바 없었습니다. 서버 CPU의 80% 이상이 x86 계열인데, 사실상 인텔 제온 프로세서가 이 시장을 독식했기 때문입니다. 하지만 몇 년 전부터 서버 시장에 다시 진입한 AMD가 이 독점 구도를 깨고 시장에 지각 변동을 일으키고 있습니다. AMD는 서버 프로세서인 에픽(EPYC) 제품군에 작은 CPU 묶음인 칩렛 디자인을 도입해 코어 숫자를 쉽게 늘리는 구조를 선택했습니다. 그 결과 하나의 큰 칩만 사용하는 인텔 제온보다 코어 숫자에서 유리한 위치에 올라설 수 있었습니다. 그 결과 올해 1분기 AMD는 거의 0%에 가까운 서버 시장 점유율을 11.6%까지 끌어올렸습니다. 안전성을 중시하는 보수적인 서버 시장에서 상당히 빠른 성장세입니다. 최근 발표한 올해 3분기 실적을 보더라도 AMD의 약진과 인텔의 시장 점유율 축소가 확연한 상태입니다. 1년 사이 AMD의 데이터 센터 매출은 45% 증가했지만, 인텔은 데이터 센터 및 AI 그룹 매출이 27%나 감소했습니다. 여기에 인텔은 차세대 제온 프로세서인 사파이어 래피즈의 출시를 내년으로 연기하면서 AMD 입지는 한층 더 커지고 있습니다. 이 여세를 몰아 AMD는 연기 없이 4세대 에픽 프로세서인 9004 시리즈를 출시했습니다. 코드네임 제노아(Genoa, 이탈리아 제노바로 코드 네임은 지명을 따라 붙임)인 4세대 에픽 프로세서는 x86 최초로 5nm 공정을 채택한 서버 프로세서로 역대 가장 많은 코어인 96코어 192 스레드를 지원합니다. 5nm 최신 미세 공정, 384MB 대용량 L3 캐시, 12채널 DDR5 메모리, Zen 4 마이크로 아키텍처, AVX 512 지원 같은 여러 가지 최신 기술을 적용하고 코어 숫자도 최대 1.5배나 늘어났기 때문에 전 세대인 64코어 에픽 7763보다 고성능 컴퓨팅(HPC) 성능이 두 배 뛰어나고 경쟁자인 인텔 제온 플래티넘 8380(40코어)가 비교하면 2.5배나 더 뛰어나다는 것이 AMD의 주장입니다. 반대로 말하면 경쟁자보다 훨씬 적은 서버를 사용해 같은 성능을 확보할 수 있기 때문에 소비되는 에너지와 유지비를 크게 절감할 수 있습니다.다만 이렇게 성능을 높인 만큼 가격도 올라가 가장 고성능 모델인 96코어 에픽 9654의 가격은 1만1805달러에 달합니다. 초기엔 높은 성능보다 가성비를 무기로 내세웠다면 이제는 x86 서버 CPU 가운데 가장 강력한 성능을 바탕으로 가격을 올리는 자신감을 보여주고 있습니다. 그런데 4세대 에픽 프로세서는 2023년에 세 가지 제품군이 더 출시될 예정입니다. 크기를 줄여 코어 밀도를 높인 128코어 베르가모 (Bergamo)와 L3 캐시를 추가로 장착해 최초로 1GB급 L3 캐시를 탑재할 96코어 제노아-X(Genoa-X), 그리고 저전력 제품인 64코어 시에나(Siena)가 그것입니다. 이에 대응하는 인텔의 사파이어 래피즈는 강력한 성능을 지닌 P 코어로만 구성된 서버 CPU이지만, 코어 숫자가 최대 56개로 다수의 코어를 사용하는 서버 환경에서 과연 4세대 에픽 프로세서를 제대로 견제할 수 있을지 의구심이 드는 게 사실입니다.물론 사파이어 래피즈에도 비장의 무기가 있습니다. 그중 하나는 서버 CPU 최초로 HBM2e 64GB를 내장한 제온 맥스 프로세서입니다. HBM2e 메모리는 한 개가 1TB/s의 대역폭을 지녀 DDR5와 비교가 불가한 수준의 속도를 보장합니다. 빠른 데이터 입출력이 필요한 작업에서 상당한 이점이 있을 것으로 기대되는 대목입니다. 다만 서버는 성능과 가격, 전력 소모량 등 여러 가지 요소가 중요한 제품이기 때문에 당장에 어느 쪽이 우세할지는 판단하기는 어렵습니다. 하지만 일단 연기 없이 역대 최대 코어와 캐시를 지닌 신형 서버 CPU를 출시한 AMD가 당장에는 웃는 모습입니다. 2023년에도 서버 시장에서 AMD의 약진이 가능할지 아니면 인텔의 카운터 펀치가 먹힐지 궁금합니다.

반도체 파운드리(위탁생산) 시장이 2나노미터(㎚·10억분의1m) 초미세·초정밀 경쟁으로 치닫는 가운데 파운드리 세계 1위 대만 TSMC와 2위 삼성전자, 파운드리 후발 주자 미국 인텔이 ‘칩렛 동맹’(UCle)에 속도를 내기로 했다. 이는 공정 첨단화에 천문학적인 비용을 투자하고 있는 데 비해 낮은 수율(반도체 양품 비율)에 골머리를 앓고 있는 ‘반도체 공룡’들이 표준화된 공정을 마련해 제조 비용은 낮추면서 제품 수율은 높이자는 취지에서 내놓은 기술 동맹이다. 28일 업계에 따르면 삼성전자와 TSMC는 27일(현지시간) 미국 캘리포니아주 새너제이 인텔 본사에서 열린 ‘인텔 이노베이션’ 행사에서 인텔 주도로 추진되고 있는 칩렛 동맹에 대한 지지 성명을 발표했다. 한진만 삼성전자 메모리사업부 전략마케팅 실장(부사장)은 “삼성전자는 칩렛이 (반도체의) 미래라고 보고 있다”면서 “칩렛 생태계를 통해 이종 컴퓨팅을 지원할 것”이라고 밝혔다. 장샤오창 TSMC 사업개발부문 수석부사장은 “개방된 반도체 플랫폼을 전달하는 것이 TSMC의 목표이며 UCIe를 지지한다”고 말했다. 칩렛은 새로운 개념의 칩 제조 방식으로, 현재 개별 기업이 하나의 반도체 칩 생산을 위해 단일 공정을 적용하고 있는 방식에서 벗어나 단일 칩에도 개별 기능의 특성에 맞는 공정을 적용해 완제품을 만드는 개념이다. 삼성전자 관계자는 “예를 들어 지금은 하나의 칩을 만들 때 중앙처리장치(CPU)와 그래픽처리장치(GPU) 구분 없이 5나노 단일 공정으로 생산하고 있다면 칩렛 방식을 적용하면 CPU 블록은 5나노로 만들고 GPU 블록은 8나노로 만든 뒤 각각의 블록을 조립해 하나의 칩을 완성하게 되는 것”이라고 설명했다. 이렇게 되면 모든 제작 과정을 최첨단 공정 기준으로 맞출 필요가 없어 제조 비용을 절감할 수 있고, 생산된 반도체에 불량이 발생하더라도 이상이 생긴 블록만 새로운 블록으로 갈아 끼우면 되기 때문에 수율도 끌어올릴 수 있다. 여기에 각 블록 제작 표준 양식이 도입되면 제조사별 블록 호환성이 생겨 제조 비용을 더욱 줄일 수 있다. 팻 겔싱어 인텔 최고경영자(CEO)는 “UCle는 인텔의 반도체와 TSMC의 반도체, 텍사스 인스트루먼트(TI)의 전력제어 반도체와 글로벌 파운드리가 생산한 입출력 반도체를 한데 모아 인텔의 패키징 기술로 가공하는 것을 가능하게 할 것”이라고 밝혔다. 국내 업계 관계자는 “칩렛 동맹은 파운드리 시장을 TSMC가 53%, 삼성전자가 16%로 선점한 상황에서 지난해 경쟁 구도에 뛰어든 인텔의 성장 전략이기도 하지만 반도체 기업 모두가 고르게 성장할 수 있는 모델이 될 것으로 기대된다”고 말했다.

AMD는 2017년 젠 (Zen) 아키텍처 기반의 라이젠 프로세서를 내놓으면서 풍전등화의 위기에 놓인 회사가 다시 기사회생했습니다. AMD가 지금의 위치까지 온 것은 전적으로 젠 아키텍처, 특히 라이젠 CPU 덕분입니다. 5년 전만 해도 상상할 수 없는 일이지만, 이제 AMD의 시가 총액은 인텔을 넘어서고 있습니다.  첫 라이젠 CPU 공개 이후 5년이 지난 지금 AMD는 젠 4 아키텍처에 기반한 라이젠 7000 시리즈를 공개했습니다. 라이젠 7000은 5nm 공정으로 제조된 첫 x86 CPU로 DDR5 및 PCIe 5.0, AVX-512 같은 최신 기술을 집약해 올해 하반기에 공개될 인텔의 13세대 코어 프로세서인 랩터 레이크와 진검승부를 벌일 예정입니다.  AMD는 젠 4 아키텍처가 전 세대와 비교할 때 13% 정도 IPC가 상승했다고 발표했습니다. 같은 클럭이라면 연산 능력이 13% 높다는 이야기입니다. 하지만 최신 5nm 미세 공정을 적용해 실제 성능은 그보다 더 높습니다. 라이젠 9 7950X의 부스트 클럭은 5.7GHz로 x86 프로세서에서 한계로 여겨졌던 6GHz에 가까이 다가섰습니다. 2017년 1세대 라이젠에서 4.1GHz였다가 2020년 4.9GHz까지 증가한 후 한 번에 5.7GHz로 뛰어넘은 것입니다.  같은 16코어 최상위 제품끼리 비교할 때 TDP 65W에서 라이젠 9 7950X의 성능은 라이젠 9 5950X와 비교해 74%나 높아졌습니다. 이는 아키텍처 변화만으로는 설명할 수 없는 수치로 CPU 칩렛의 5nm 공정 도입과 I/O 다이의 6nm 공정 도입 모두가 영향을 준 것으로 보입니다. 참고로 TDP 105W에서 37%, 170W에서는 35% 정도 성능이 높은데 미세 공정이 낮은 클럭에서 더 큰 힘을 발휘하는 것으로 보입니다. 12-16코어 노트북 버전의 등장도 점칠 수 있는 부분입니다.  높아진 성능에도 가격은 16코어 라이젠 9 7950X가 699달러, 12코어 라이젠 9 7900X가 549달러, 8코어 라이젠 7 7700X가 399달러, 6코어 라이젠 5 7600X가 299달러로 합리적인 수준입니다. 다만 전작인 라이젠 5000시리즈 출시 초기에 공급 부족으로 가격이 뛴 것처럼 초기에는 공급이 원활하지 않을 가능성이 있습니다. 그리고 아직 DDR5 메모리 가격이 높다는 점과 최근 높아진 환율이 초기 보급의 걸림돌로 생각됩니다.  일단 AMD는 올해 하반기에 내놓을 수 있는 가장 큰 카드를 내밀었습니다. 남은 것은 인텔의 대응입니다. 앨더 레이크 (12세대)의 개량형인 랩터 레이크는 경쟁자처럼 IPC를 대폭 높일 수 없기 때문에 코어 숫자를 늘리고 클럭을 높일 것으로 예상됩니다. 올해 하반기부터 내년 초까지 인텔과 AMD의 CPU 대전이 기대됩니다.

인텔의 팻 겔싱어 CEO와 주요 개발자들은 최근 열린 핫 칩 34 컨퍼런스에서 여러 가지 내용을 공개했습니다. 특히 주목할 부분은 2023년 출시 예정인 메테오 레이크 (14세대 코어 프로세서)에 대한 내용입니다. 작년 12세대 코어 프로세서인 엘더 레이크에서 큰 변화를 시도했던 인텔은 올해 하반기에는 엘데 레이크의 개량형인 랩터 레이크를 내놓으면서 한 템포 천천히 갈 계획입니다. 그리고 내년 메테오 레이크를 출시하면서 또 한 번 근본적인 변화를 시도하고 있습니다. 메테오 레이크의 가장 큰 변화는 타일 구조와 타일들을 하나로 묶는 3D 포베로스 (Foveros) 기술의 도입입니다. 메테오 레이크는 CPU 코어 부분과 I/O, SoC, 그래픽 부분을 각각 제조해 하나로 합치는 방법을 사용합니다. 하나의 칩으로 하나의 CPU를 만드는 방식에서 탈피한 이유는 미세 공정으로 갈수록 제조 비용이 치솟아 하나의 큰 칩을 제조하는 것이 부담되기 때문입니다. 여러 개의 작은 칩렛 (인텔은 타일이라고 명명)을 하나의 프로세서처럼 연결하는 반도체 기술 발전도 역시 중요한 이유입니다. 인텔의 실험적인 저전력 프로세서였던 레이크필드에서 처음 선보인 3D 포베로스 기술이 그것으로 저렴한 인터포저/베이스 다이 위에 타일들을 붙여 서로 연결하는 구조입니다.그런데 메테오 레이크의 타일 구조를 보면 인텔이 웃을 수만은 없는 상황이라는 점을 알 수 있습니다. 최근 알려진 내용을 종합하면 인텔 4 공정으로 제조한 것은 CPU 타일뿐이고 나머지 3개의 타일은 TSMC의 5nm (그래픽 타일), 6nm (IOE 및 SoC 타일) 공정으로 제조했기 때문입니다. 타일을 붙이는 기반이 되는 인터포저/베이스 타일은 인텔이 제조하지만 연산 로직이 없는 부분입니다. 실제 프로세서라고 부를 수 있는 부분 가운데 그래픽 부분만이 아니라 상당히 많은 부분을 TSMC에 의존하고 있는 셈입니다. 과거에도 인텔은 외부 파운드리를 가끔 사용한 적이 있었지만, 주력 제품인 CPU에 이렇게 광범위하게 사용한 적은 처음입니다. 그것도 파운드리 사업에 뛰어들면서 경쟁자 관계가 된 TSMC에 의존한다는 것은 아이러니한 상황입니다. 상대방 매출을 올려줄수록 경쟁자를 따라잡기 힘들어지기 때문입니다. 생각보다 TSMC 제조 부분이 큰 이유는 상대적으로 저렴한 가격과 인텔의 초기 EUV 팹 생산 능력 한계 때문으로 추정됩니다. 물론 현재 공격적으로 반도체 팹 증설에 나선 인텔의 계획이 순조롭게 진행되면 이 문제는 순차적으로 해결될 것입니다. 하지만 당분간은 TSMC의 도움이 필요합니다. 로드맵을 보면 메테오 레이크 다음인 애로우 레이크와 루나 레이크도 여전히 외부에서 제조한 그래픽 타일을 사용합니다.물론 인텔의 생각할 수 있는 최악이 상황은 일시적으로 TSMC에 대한 의존도가 높아지는 것이 아니라 메테오 레이크의 성능이 기대에 미치지 못하는 경우입니다. 사실 소비자 입장에서는 TSMC에서 제조된 부분이 얼마나 많은가 보다는 성능과 가격이 더 중요합니다. 강력한 경쟁 상대로 떠오른 AMD를 제압할 수 있는 성능과 적당한 가격을 제시한다면 인텔은 다시 시장을 주도하면서 실적도 다시 회복할 수 있을 것입니다. 그리고 후속작인 애로우 레이크와 루나 레이크 개발도 탄력을 받을 것입니다. 메테오 레이크는 여러 개의 칩을 하나로 묶어 다양한 프로세서를 제조하는 인텔의 새로운 제조 전략이 성공할 것인지를 판단할 수 있는 중요한 시험대가 될 것입니다. 계획대로 2023년 하반기에 메테오 레이크가 등장하면 이 질문에 대한 답을 알 수 있을 것입니다.  

올해는 우리나라는 물론 유럽, 미국, 일본할 것 없이 북반구 여러 지역이 폭염에 시달리고 있습니다. 이렇게 더우면 사람만 힘든 게 아니라 기계도 힘들 수 밖에 없습니다. 컴퓨터 같은 전자 기기 역시 열에 매우 취약해 냉방이 아주 중요합니다. 특히 하루 24시간 365일 가동해야 하는 서버는 여름은 물론 1년 내내 냉각에 상당한 에너지와 비용을 소모하고 있습니다. 최근 건설된 데이터 센터들은 서버 냉각에 들어가는 에너지가 전체 에너지의 40%에 육박하고 있습니다. 서버로 각종 업무를 처리하는 것이 아니라 단지 서버를 식히기 위해 엄청난 전기와 비용이 소모되는 것입니다. 주요 IT 기업들은 서버를 더 효과적으로 식힐 수 있는 방법을 찾기 위해 노력하고 있습니다. 이런 노력 중 하나가 서버를 아예 액체 속에 담그는 것입니다. 액체의 밀도는 공기보다 월등히 높으므로 액체를 사용한 수랭식 냉각 시스템이 공랭 냉각 시스템보다 더 많은 열을 처리할 수 있습니다. 일반적인 내연 기관용 수랭식 시스템과 마찬가지로 컴퓨터 수랭 시스템도 CPU나 그래픽 카드 등 일부 부품에 열 교환기, 펌프, 라디에이터 등을 연결해 냉각시키는 방식입니다. 액침 냉각(Immersion Cooling)은 여기서 한 걸음 더 나아가 아예 시스템 전체를 액체에 넣는 방식입니다. 액침 냉각이 수랭식보다 더 우월한 점은 시스템 전체를 식힐 수 있다는 것입니다. 컴퓨터에서 가장 열이 많이 발생하는 부품은 CPU나 GPU이지만, 사실 메모리나 다른 보조 칩(칩셋이나 컨트롤러 칩), 저장 장치, 전원부의 발열량도 상당합니다. 특히 전원부는 프로세서만큼이나 뜨거운 부분입니다. 이렇게 열을 많이 받는 부품은 결국 시스템 전체의 수명을 갉아먹고 고장의 원인이 될 수 있습니다. 물론 메인보드 기판 역시 장시간 열을 받으면 변성이 오거나 수명이 짧아집니다. 수랭식이든 공랭식이든 부품의 일부만 효과적으로 식히기 때문에 나머지 부품은 상당한 열을 받아야 합니다. 하지만 아예 시스템 전체를 액체에 넣게 되면 모든 부품의 온도를 균일하게 유지할 수 있습니다. 작년 마이크로소프트가 공개한 프로토타입 액침 서버는 액체의 끓는 점이 섭씨 50도에 불과해 시스템 전체를 이 온도 아래로 유지할 수 있습니다. 3M에서 개발한 불소 기반의 액체 냉매가 사용된 것으로 알려져 있습니다. 하지만 액침 냉각에 관심을 보이는 거대 IT 기업은 마이크로소프트만이 아닙니다. 인텔 역시 이 기술에 큰 관심을 보이고 있습니다.최근 인텔은 액침 냉각 전문 회사인 GRC와 함께 관련 기술을 개발한다고 발표했습니다. 두 회사는 액침 냉각 기반의 고성능 컴퓨팅(HPC) 시스템을 개발할 예정입니다. 인텔이 액침 냉각 기술에 관심을 보인 것은 최근 프로세서의 칩렛 구조와 거대화가 배경으로 풀이됩니다. 과거 프로세서 업계는 더 크고 복잡한 프로세서를 만들어도 미세 공정을 도입해 발열량과 전력 소모량을 억제할 수 있었습니다. 하지만 최근 반도체의 회로 미세화가 물리적 한계에 근접하면서 더 작은 트랜지스터를 만드는 일이 점점 더 복잡하고 어려워지고 있습니다. 따라서 인텔, AMD, 엔비디아 등 여러 프로세서 제조사들은 여러 개의 작은 칩을 하나로 묶어 거대한 칩을 만드는 칩렛 방식을 도입하고 있습니다. 특히 인텔은 수십 개 이상의 타일로 구성된 거대한 복합 프로세서 기술을 개발하고 있습니다. 프로세서 하나의 전력 소모량이 앞으로는 1000W도 넘을 것이라는 이야기가 나오는 배경입니다. 이렇게 엄청난 발열량을 지닌 프로세서가 있다면 주변 부품과 메인보드 기판이 받는 열도 상당할 수밖에 없습니다. 아예 시스템 전체를 액체에 넣어 식히는 것이 더 합리적인 해결책이 될 수 있는 이유입니다. 다만 이번 발표가 인텔이 액침 냉각 서버 시스템과 데이터 서버를 반드시 출시할 것이라는 이야기는 아닙니다. 인텔은 7억 달러를 투자해 데이터 센터 및 서버 시스템 냉각 기술을 개발하고 있으며 이번 발표 역시 그중 하나입니다. 하지만 지구는 계속 뜨거워지고 있고 데이터 센터에 있는 서버가 내뿜는 열기도 점점 늘어나고 있습니다. 획기적인 전력 효율 향상 기술이 도입되지 않는 이상 액침 냉각 기술 같은 신기술의 필요성은 계속 커질 수밖에 없습니다. 

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. 

현재 파운드리 반도체 업계는 점유율이 50%가 넘는 TSMC와 이를 맹추격하는 삼성, 그리고 이 시장에 새롭게 뛰어들어 업계를 재편하려는 인텔의 공격적 투자로 치열한 경쟁이 치열한 상태입니다. 하지만 거대 반도체 제조사들의 불꽃 튀는 경쟁과는 별개로 실제 미세 공전의 진행 속도는 점차 느려지고 있습니다. 이미 회로의 미세화가 너무 진행되어 더 작게 만들기가 어려워졌기 때문입니다. 현재 N4 (4nm) 공정까지 양산에 성공한 TSMC 역시 예외는 아니라서 이미 엄청나게 작은 나노미터급 회로를 더 작게 만들기 위해 고군분투하고 있습니다. 최근 더 자세한 내용을 공개한 로드맵에는 이런 고뇌가 그대로 드러나 있습니다.  TSMC의 4nm 공정은 5nm 공정의 개선판으로 사실 로직 밀도의 변화는 거의 없고 성능을 높인 공정입니다. 그러나 올해 하반기 양산에 들어가는 3nm (N3)는 로직 밀도(logic density, 단위 면적당 넣을 수 있는 회로의 밀도)가 1.7배 정도 늘어나 같은 크기라도 최대 1.7배 더 많은 트랜지스터를 집적한 프로세서를 만들 수 있습니다. 이미 100억 개를 훌쩍 뛰어넘은 고성능 스마트폰 어플리케이션 프로세서(AP)는 앞으로 200억 개 이상으로 트랜지스터 집적도가 올라갈 수 있을 것으로 보입니다.  하지만 N3 공정 이후 차세대 공정인 N2 (2nm)으로의 이전에는 상당한 시간이 걸릴 예정입니다. 따라서 2023년에 나오는 것은 N3 공정의 개량형인 N3E 공정입니다. N3E는 로직 밀도는 약간 줄어들지만, 대신 N3 보다 성능이 약간 더 올라갑니다. N3는 N5와 비교해서 같은 성능에서 25-30% 전력 소비가 감소하거나 혹은 같은 전력 소모에서 성능이 10-15% 높아집니다. N3E는 N5와 비교해 전력 소비를 최대 34% 줄이거나 성능을 최대 18%로 높인 버전으로 실제적으로는 큰 차이가 없을 것으로 예상됩니다.  2024년에 등장할 N3 계열 반도체 제조 공정 역시 상황은 비슷합니다. N3P는 성능 (Performance)에 초점을 맞춘 공정이고 N3X는 전력 소모와 상관없이 극한의 성능 (eXtreme)을 요구하는 고객을 위한 공정입니다. N3S는 성능보다 밀도에 더 중점을 둔 공정으로 개발되고 있습니다. TSMC는 아예 고객들이 반도체의 FinFET 디자인을 고를 수 있는 핀플렉스(FinFlex)라는 새로운 서비스도 도입할 계획입니다. 하나의 공정으로 이렇게 다양한 제품군을 만든다는 이야기는 뒤집어 말해 N2 공정으로 이전이 어렵다는 이야기입니다. 물론 N4도 마찬가지 상황이라 여러 제품군이 나오게 됩니다. N2 공정은 성능이나 로직 밀도에서 큰 개선이 있는 것은 아니지만, 반도체 제조 공정 면에서는 상당한 변화가 있습니다. 트랜지스터가 작아질수록 누설 전류가 문제되는 데, 반도체 제조사들은 FinFET 방식으로 이 문제를 극복했습니다. 하지만 이제 이것도 한계에 이르러 게이트 올 어라운드 (GAA)이라는 방식을 도입하고 있습니다.  TSMC의 나노시트 (Nanosheet) 기술을 적용한 GAAFET을 N2 공정부터 도입할 계획입니다. 신기술을 처음으로 도입하는 만큼 밀도나 성능 향상보다는 보수적인 접근법을 선택한 것으로 보입니다. N2의 목표는 N3E와 비교해 로직 밀도 1.1배 이상, 성능 10-15% 이상, 전력 소모 25-30% 이상 감소입니다. 실제 양산에 들어가는 것은 2025년 하반기 이후입니다. N2 역시 여러 파생 공정이 나올 것으로 예상됩니다.  최근 반도체 제조사들은 미세 공정만으로 더 많은 트랜지스터를 담기 어려워지면서 여러 개의 칩을 하나의 큰 칩처럼 묶는 칩렛 디자인과 3D 패키징 기술을 도입하고 있습니다. TSMC 역시 고객들에게 다양한 3D 패키징 기술을 제공하고 있는데, AMD의 3D V 캐시가 대표적인 사례입니다. TSMC는 이렇게 여러 가지 방법을 동원해 파운드리 선두 자리를 지키기 위해 노력하고 있지만, 이런 접근법과 기술력은 경쟁자들도 크게 다르지 않습니다. 삼성전자나 인텔 모두 만만치 않은 회사들이라 TSMC가 미래에도 지금의 점유율을 지킬 수 있을지는 두고 봐야 알 수 있습니다.

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.

올해 상반기 CPU 시장은 12세대 코어 프로세서 (앨더 레이크)로 다시 반격을 시작한 인텔과 이에 맞선 AMD의 라이젠 5800X3D의 선전으로 요약할 수 있습니다.  앨더 레이크는 2017년 라이젠 출시 이후 AMD에 계속 점유율을 내주던 인텔에게 회심의 일격이었습니다. 하지만 3D V 캐시로 캐시 메모리 용량을 3배 늘린 라이젠 5800X3D는 게임 성능에서 다시 인텔을 눌러 한 치 앞을 내다보기 힘든 혼전 양상을 보였습니다. 두 회사는 올해 하반기에도 각각 신제품을 내놓고 다시 한 판 붙을 예정입니다.  선수를 친 쪽은 AMD입니다. AMD CEO인 리사 수 박사는 컴퓨텍스 2022 기조연설을 통해 올해 가을 내놓을 라이젠 7000 시리즈 정보를 공개했습니다. TSMC의 5nm 공정으로 제조된 라이젠 7000 시리즈는 라이젠 출시 후 최초의 대규모 플랫폼 업그레이드를 통해 성능을 끌어올릴 예정입니다.  하지만 모든 소비자가 이 혜택을 누릴 순 없습니다. 소켓 (CPU를 메인보드에 장착하는 부위)과 메모리 변경으로 인해 CPU만 구매해서 업그레이드할 수 없기 때문입니다. 라이젠 7000 시리즈는 2017년 처음 도입된 AM4 소켓과 결별하고 AM5 (LGA1718) 소켓을 사용하기 때문에 기존 AMD 메인보드에서 사용할 수 없습니다. 이는 DDR5 및 PCIe 5.0 같은 신기술을 사용하기 위해서 어쩔 수 없는 선택입니다.  라이젠 7000은 쿼드 채널 DDR5 메모리 적용으로 최대 16코어 CPU에 충분한 대역폭을 제공할 수 있을 뿐 아니라 RDNA2 아키텍처 기반 내장 그래픽과의 메모리 병목 현상도 피할 수 있습니다.  경쟁자인 인텔 앨더 레이크가 DDR4 메모리도 사용할 수 있게 한 것과는 달리 라이젠 7000 시리즈는 DDR5만 사용할 수 있습니다. 물론 이것은 앨더 레이크 출시 시점에 DDR5가 거의 보급되지 않았기 때문입니다. 물론 인텔 역시 DDR5를 주력으로 밀 것이 확실하기 때문에 올해 하반기 이후에는 메모리 주류가 DDR5로 바뀌게 될 것으로 보입니다. 소켓과 메모리 변경 다음으로 중요한 사실은 내장 그래픽 포함입니다. 사실 현재 8코어 이상의 고가 CPU를 사용하는 소비자의 대부분은 고성능 독립 그래픽 카드를 사용하는 경우가 많아 AMD는 보급형 및 노트북용 제품을 제외하고 고성능 데스크톱 CPU에는 그래픽 부분을 제외했습니다. 덕분에 데스크톱 시장에서는 가격 경쟁력을 지닐 수 있었지만, 내장 그래픽 활용도가 높은 노트북 시장에서는 상대적으로 불리했습니다.  라이젠 7000은 I/O 칩렛에 내장 그래픽을 통합했습니다. 그리고 이를 위해 14nm 공정 대신 6nm 공정으로 제조 공정을 대폭 업그레이드했습니다. 덩치가 큰 GPU를 품기 위한 선택으로 보이는데 제조 단가가 올라가는 만큼 최종 CPU 가격에도 영향을 있을 것으로 보입니다. 가장 중요한 변화는 물론 CPU 코어가 Zen 4로 바뀐 것입니다. 라이젠 7000은 8개의 Zen 4 코어를 지닌 칩렛 두 개를 연결해 최대 16코어 제품까지 구성할 수 있습니다. 12코어 칩렛 루머도 있었지만, 최신 5nm 공정 도입에 따른 제조 단가 문제와 GPU 포함으로 인한 발열 등의 문제를 고려한 것으로 보입니다.  새로운 Zen 4 코어는 싱글 쓰레드 기준 15%의 정도 성능을 높였습니다. 흥미로운 부분은 5GHz를 넘어서 5.4-5.5GHz 클럭도 달성이 가능하다는 것입니다. 따라서 라이젠 7000의 성능은 앨더 레이크보다 좀 더 빠를 것으로 기대됩니다. 다만 AM5 소켓이 최대 170W의 TDP를 지원하는 점을 생각하면 발열과 전력 소모도 함께 늘었을 가능성이 있습니다.  그 외에도 라이젠 7000과 새로운 600 시리즈 칩셋은 PCIe 5.0, 최대 14개의 USB 3.2 2x2 (최대 20Gbps 대역폭), Wi-Fi 6E 등 여러 가지 업그레이드된 입출력 단자와 기기 연결 기능을 제공합니다.  물론 인텔도 지지 않고 13세대 코어 프로세서 (랩터 레이크)를 올해 하반기에 출시할 예정입니다. 13세대 코어 프로세서는 기본적으로 12세대의 개량형이지만, 코어를 더 넣고 클럭을 다소 높이는 방식으로 라이젠 7000 시리즈에 대응할 수 있을 것으로 예상됩니다.  누가 더 빠를지는 제품이 나오기 전까지는 아무도 장담 못하는 상황이지만, 인텔과 AMD의 경쟁으로 소비자들은 8코어 이상의 멀티 코어 CPU 제품을 좀 더 쉽게 구매할 수 있게 될 것으로 보입니다. 올해 하반기에는 CPU 선택의 폭이 더 넓어지고 성능은 전반적으로 업그레이드될 것으로 기대됩니다.

인텔은 작년 말에 12세대 코어 프로세서인 앨더 레이크에서 고성능 코어와 저전력 코어를 혼합한 하이브리드 아키텍처를 도입해 고성능 저전력 성능의 두 마리 토끼를 잡았습니다. 앨더 레이크는 14nm 공정이 아닌 인텔 7 공정에서 양산에 성공한 인텔의 최신 프로세서로 몇 년 동안 경쟁자인 AMD가 치고 올라올 때 미세 공정과 아키텍처에서 제대로 대응하지 못했던 것을 한 번에 만회한 회심의 대작이었습니다. 하지만 AMD 역시 올해 3D V 캐시를 탑재한 고성능 CPU를 출시한데다 올해 말에는 ZEN 4 아키텍처와 TSMC N5 미세 공정을 사용한 최신 프로세서를 공개할 예정입니다. 인텔은 우선 올해 말에 앨더 레이크를 개선한 13세대 랩터 레이크(Raptor lake)를 출시해 이에 대응한 후 2023년 두 번째 히든 카드인 메테오 레이크(Meteor lake)를 출시할 계획입니다. 14세대 코어 프로세서인 메테오 레이크는 인텔의 첫 EUV 리소그래피 공정인 인텔 4 공정으로 제조될 예정으로 인텔의 주력 CPU 가운데 처음으로 칩렛(chiplet) 구조를 도입하게 됩니다. 칩렛은 작은 칩이라는 뜻으로 한 번에 큰 칩을 만드는 대신 여러 개의 작은 칩을 연결해 크고 복잡한 프로세서를 만든다는 의미입니다. 경쟁사인 AMD는 이미 8코어 CPU 칩렛과 I/O 칩렛을 사용해 64코어 프로세서까지 출시한 상태입니다. 하지만 인텔은 단순히 상대방을 모방하는 수준을 벗어나 포베로스(Foveros)라는 독자적인 고속 인터페이스 반도체 패키징 기술을 개발했습니다. 따라서 단순한 칩렛이 아니라 타일(tile) 구조라고 명명했습니다. 마치 벽면에 타일을 붙이듯 CPU, GPU, SoC, I/O 타일을 단단히 결합해 하나의 CPU를 만드는 방식입니다. 이 방법의 장점은 서로 다른 공정의 타일을 엮어서 하나의 CPU를 만들 수 있다는 것입니다. CPU나 GPU처럼 최신 미세 공정이 필요한 타일을 따로 만들고 SoC나 I/O처럼 최신 미세 공정이 꼭 필요하지 않은 타일을 붙이면 성능을 높이면서도 제조 비용을 절감할 수 있습니다.메테오 레이크는 인텔 4 공정으로 만든 CPU 타일과 TSMC의 N3 공정으로 만든 GPU 타일을 사용합니다. 구체적인 성능과 구조에 대해서는 아직 공개하지 않았지만, 13세대 랩터 레이크에서 이미 고성능 8 코어 + 고효율 16 코어 구조로 24코어 32스레드 프로세서를 내놓기로 한 이상 메테오 레이크는 여기서 코어 숫자가 더 줄어들지는 않을 것으로 예상됩니다. GPU 쪽은 연산 유닛이 2배로 증가하면서 그래픽 성능이 대폭 개선될 가능성이 높습니다. 최근 인텔은 메테오 레이크의 칩렛(타일)에 전원을 넣고 테스트(power-on testing) 중이라고 언급하고 실물을 공개했습니다. 아직 양산까지는 많은 시간이 남았지만, 적어도 인텔 4 공정으로 만든 초기 칩은 확보해 테스트 및 개발 중인 것으로 해석됩니다. 이렇게 개발 중인 칩의 모습을 공개한 것은 개발이 제대로 진행 중이라는 점을 과시하기 위한 것으로 보입니다.2024년에는 완전히 새로운 공정인 20A 공정 기반의 CPU 타일과 역시 TSMC의 N3 기반 GPU 타일을 사용한 개량형 버전인 애로우 레이크(Arrow lake)가 출시될 예정이고 이후에는 18A 공정을 도입하고 새로운 아키텍처에 기반한 루나 레이크(Lunar lake)를 선보인다는 것이 인텔의 계획입니다. 10nm 공정에서 엄청난 고생을 한 인텔은 한 번에 많은 것을 바꾸는 대신 미세 공정을 점진적으로 여러 번 개선하기로 전략을 바꾼 상태입니다. 아키텍처와 구조 역시 마찬가지로 한 번에 하이브리드 코어와 타일 구조를 적용하는 대신 2년 주기로 자주 신제품을 출시면서 서서히 개선해 나갈 계획입니다. 앨더 레이크에서 아직 인텔의 저력이 만만치 않다는 것으로 보여준 만큼 앞으로 메테오 레이크에서 다시 한번 뛰어난 프로세서 설계 능력과 생산 능력을 보여준다면 인텔의 미래는 한결 더 밝아질 것으로 보입니다. 거센 도전에 직면한 인텔 제국이 역습에 성공할 수 있을지 주목됩니다.

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.

애플은 아이폰 SE3와 아이패드 에어 5세대와 함께 깜짝 놀랄 신제품을 공개했습니다. 바로 M1 울트라를 탑재한 맥 스튜디오입니다. M1 울트라는 두 개의 M1 맥스 칩을 애플의 자체 고속 인터페이스인 울트라퓨전(Ultrafusion)으로 연결해 하나의 칩처럼 만든 것입니다. 울트라퓨전 인터페이스는 칩 사이를 2.5TB/s의 고대역폭으로 연결합니다. 이렇게 여러 개의 프로세서를 묶어 하나의 거대한 프로세서로 만들고 메모리까지 함께 붙이는 것은 최근 프로세서 업계의 새로운 트랜드가 되고 있습니다. 더 높은 성능을 위해 프로세서의 크기와 복잡도는 날로 커지는데, 미세 공정 발전이 이를 따라잡기 어렵기 때문입니다. 애플도 두 개이 칩을 붙이는 방식으로 1140억 개의 트랜지스터를 집적한 괴물 칩을 만드는 데 성공했습니다. 물론 이 방법은 애플만 쓸 수 있는 게 아닙니다. 다른 반도체 제조사 역시 같은 시도를 하고 있습니다. 인텔은 차세대 제온 프로세서인 사파이어 래피즈와 고성능 GPU인 폰테 베키오에서 여러 개의 칩을 하나로 엮은 방식을 사용할 예정입니다. 애플은 독자 인터페이스를 사용했지만, (물론 TSMC 제조인 점을 생각하면 완전한 독자 규격은 아닐 수도 있습니다) 인텔은 모든 제조사가 호환될 수 있는 표준 규격을 생각하고 있습니다.  UCIe(Universal Chiplet Interconnect Express) 1.0 규격은 인텔은 물론 삼성, TSMC, AMD, ARM, 퀄컴, 구글, 메타, 마이크로소프트 등 업계의 주요 대기업들이 참여한 칩렛 (chiplet) 인터페이스 표준 규격입니다. UCIe 1.0 규격의 목적은 작은 칩 (칩렛) 사이를 연결하는 고속 인터페이스의 표준 규격을 만들어 서로 다른 제조사에서 만든 칩렛끼리도 쉽게 연결하고 패키징할 수 있게 만드는 것입니다.  칩렛과 칩렛 사이는 매우 가까이 붙어 있는데, 단순히 가까이 붙이는 것 만으로는 고속 데이터 전송이 어렵습니다. 과거에도 하나의 CPU에 두 개 이상의 칩을 넣어 코어 숫자를 늘리거나 GPU, 캐시 메모리를 추가하는 MCM (multi chip module) 패키징 방식은 흔하게 사용되었으나 연결 속도가 느려 하나의 칩처럼 데이터 교환이 빠르게 이뤄지지 않았습니다. UCIe는 이를 극복하기 위한 기술 표준입니다.  UCIe는 mm당 최대 1.3TB/s의 고속 인터페이스 표준 규격을 통해 CPU, GPU, I/O, 메모리를 하나의 칩처럼 연결할 수 있습니다. 실용적인 기준에서 현재 반도체 제조 기술로 만들 수 있는 가장 큰 칩은 700-800㎟ 정도입니다. 하지만 UCIe 기술을 사용하면 수천㎟ 크기의 칩도 만들 수 있습니다. 참고로 차세대 제온 스케일러블 프로세서인 인텔 사파이어 래피즈는 400㎟ 크기 다이 네 개를 연결해 인텔 CPU 사상 최대 크기인 1600㎟ 이상을 달성할 계획입니다. 물론 UCIe 규격은 이제 막 발표된 상태로 앞으로 업계 표준이 될지는 미지수입니다. 하지만 가까운 미래에 출시할 고성능 프로세서들은 작은 칩렛을 서로 연결하는 방식인 만큼 인텔, 삼성 TSMC가 서로 방식을 통일한다면 상당한 이점이 있습니다. 파운드리 제조사 입장에서는 고객마다 다른 규격을 만들 필요가 없고 팹리스 반도체 업체에서는 표준 인터페이스에 맞춰 반도체를 설계하면 실제 제조 과정에서 문제가 생길 가능성이 매우 줄어듭니다.  애플처럼 독자 규격을 좋아하는 회사도 있지만, 일반적으로 표준 규격이 있으면 제조사나 제품을 주문하는 고객 모두 이득입니다. 그런 만큼 UCIe 규격의 미래는 밝아 보입니다. 

최근 CPU 업계의 한 가지 트랜드는 한 번에 큰 칩을 만드는 대신 여러 개의 작은 다이(Die, 집적회로 칩)를 서로 연결해 하나의 큰 칩처럼 만드는 것입니다. 제조사들은 프로세서의 성능을 높이기 위해 점점 더 복잡한 구조를 지닌 CPU를 개발하고 있습니다. 여기에 GPU나 각종 컨트롤러 및 인터페이스를 통합한 결과 프로세서의 크기는 최신 미세 공정으로도 감당하기가 부담스러울 정도로 커지고 있습니다. 최신 미세 공정을 사용할수록 가격이 천정부지로 치솟는 점 역시 제조사들에게 부담입니다. AMD는 7nm 공정 CPU부터 아예 CPU 코어 부분을 별도의 작은 칩렛(Chiplet)으로 분리시키고 여기에 14nm 공정으로 만든 I/O 다이를 붙여 CPU를 제조했습니다. 이렇게 하면 패키징 방식이 복잡해지는 단점이 있지만, 대신 꼭 최신 미세 공정을 적용하지 않아도 되는 부분에 저렴한 공정을 사용하고 칩렛을 여러 개 붙이는 방식으로 코어 숫자를 늘릴 수 있다는 장점이 있습니다. 인텔 역시 AMD의 칩렛 방식에 대응해 타일 방식의 멀티 다이 패키징 방식을 개발했습니다. 인텔은 고성능 GPU에서 이 방식을 먼저 적용한 후 소비자용 CPU인 메테오 레이크에 적용할 계획입니다. 그런데 사실 여러 개의 작은 다이를 하나로 합쳐 큰 프로세서를 만드는 방식은 CPU보다 거대한 GPU에 더 적합한 방식입니다. AMD는 최근 발표한 인스팅트 (Instinct) IM200 시리즈에서 두 개의 다이를 고속 인터페이스로 연결해 하나의 GPU처럼 만드는 방식을 도입했습니다.CPU와 마찬가지로 여러 개의 GPU를 사용해서 성능을 높이는 방식은 사실 오래전부터 사용되어 왔습니다. 엔비디아의 SLI, AMD 크로스파이어 기술이 대표적입니다. 하지만 이 방식은 두 개 이상의 GPU가 서로 데이터를 주고받는 과정에서 상당한 성능 손실이 발생합니다. 두 개의 그래픽 카드를 연결하면 성능이 두 배가 되는 것이 아니라 1.7배가 되는 식입니다. 이 단점을 극복하기 위해 그래픽 카드가 아니라 여러 개의 GPU 다이 사이를 직접 연결하는 방식이 필요했습니다. AMD의 인스팅트 IM200 가속기는 290억 개의 트랜지스터를 집적한 GCD 다이 두 개를 고속 인터페이스로 연결해 580억 개의 트랜지스터를 지닌 하나의 거대한 GPU처럼 작동하게 만들었습니다. (참고로 제조 공정은 TSMC의 N6) 덕분에 47.9TFLOPS의 FP32/64 벡터 역산 성능과 95.7TFLOPS의 FP32/64 메트릭스 연산 능력을 지니고 있습니다. 일반 연산 능력에 있어서는 542억 개의 트랜지스터를 하나의 거대한 다이에 집적한 엔비디아의 A100 가속기를 최대 4.9배 넘어선 것입니다. AMD는 인공지능 연산에 중요한 INT8 메트릭스 연산능력도 383TOPS로 경쟁사보다 좀 더 빠르다고 주장했습니다.IM200 시리즈는 8개의 HBM2E 메모리를 128GB를 탑재했으며 최대 3.2TB/s의 엄청난 대역폭을 자랑합니다. AMD는 OAM이라는 새로운 폼팩터를 도입해 4개에서 8개의 IM200 GPU를 1개 혹은 2개의 에픽 CPU와 조합해 사용할 수 있게 만들었습니다. 각각의 GPU는 560W의 전력을 소모하기 때문에 큰 벽돌 같은 대형 쿨러가 필요합니다. IM200 시리즈는 주로 게임을 구동하기 위한 일반적인 GPU가 아니라 2022년 공개할 엑사스케일 슈퍼컴퓨터에 들어갈 고성능 연산용 GPU입니다. 하지만 여기서 개발한 멀티 다이 패키징 기술은 앞으로 차세대 GPU에도 적용될 수 있습니다. 다이 사이를 연결하는 기술의 발전으로 여러 개를 연결해도 하나처럼 사용할 수 있다면 큰 다이를 만들 이유가 줄어들기 때문입니다. 한 번에 큰 칩을 제조할 경우 실패할 가능성도 높아져 수율은 떨어지고 가격은 올라갑니다. 앞으로 여러 개의 다이를 연결한 CPU나 GPU를 보게 될 가능성이 높아지는 이유입니다. AMD 인스팅트 IM 200 시리즈 자체는 일반 소비자가 사용할 일이 없는 서버, 슈퍼컴퓨터, 인공지능 연산 GPU이지만, 앞으로 소비자용 GPU의 발전 방향을 가늠하게 한다는 점에서 주목됩니다. 인텔과 AMD가 고성능 GPU에서 여러 개의 다이를 연결하는 방식을 이미 선보인 만큼 엔비디아의 대응 역시 주목됩니다.　

인텔 12세대 코어 프로세서(앨더 레이크)의 벤치마크 결과가 하나씩 유출되면서 업계가 술렁이고 있습니다. 지난 몇 년간 AMD의 라이젠에 고전을 면치 못했던 인텔이 다시 성능상의 우위를 되찾았다는 이야기가 나오고 있기 때문입니다. 물론 정확한 성능과 가격, 전력 소모, 발열 등 주요 정보는 정식 출시가 이뤄진 후 알 수 있겠지만, 다소 실망스러운 모습을 보였던 데스크톱 11세대 코어 프로세서(로켓 레이크)와 달리 최신 미세 공정과 아키텍처를 적용해 성능이 대폭 향상되었을 것으로 보는 게 일반적인 시각입니다. 여기에 PCIe 5.0 및 DDR5 적용처럼 아직 AMD가 도입하지 못한 최신 기술을 사용할 수 있어 소비자용 CPU 부분에서 다시 주도권을 뺏아올 가능성이 커지고 있습니다. AMD 역시 당연히 앨더 레이크를 제압할 대항마를 준비 중입니다. 올해는 일단 가격 인하로 승부를 볼 것으로 보이지만, 내년에는 두 번에 걸쳐 오랜 시간 갈고 닦은 신제품을 선보일 예정이기 때문입니다. 최근 AMD 공식 유튜브에는 수석 마케팅 책임자인 존 테일러와 기술 마케팅 담당자인 로버트 할록이 출연해 ‘AMD 라이젠 프로세서: 5년 후’라는 주제로 AMD의 내년 계획을 공개했습니다. 할록은 AMD의 프로세서 전략이 코어 아키텍처, (반도체) 프로세스 기술, CPU 동작 주파수, 플랫폼이라는 네 개의 큰 기둥을 지니고 있다고 언급했습니다. 그리고 이 네 가지 주요 부분이 라이젠 출시 5년 차를 맞이하는 내년에 큰 변화를 맞이할 예정입니다.우선 코어 부분에서는 새로운 아키텍처인 ZEN4가 도입됩니다. 인텔이 새 아키텍처를 도입해 성능을 크게 끌어올린 것처럼 AMD 역시 아키텍처 혁신을 통해 인텔을 다시 압박하겠다는 전략입니다. ZEN4는 반도체 제조 공정 역시 TSMC 5nm 공정을 도입해 인텔 7 (과거 10nm ESF) 공정을 사용하는 앨더 레이크와 그 후속 제품을 앞설 예정입니다. 하지만 최신 미세 공정 반도체 웨이퍼 공급이 원활하지 않기 때문에 ZEN4의 출시 시점은 내년 하반기가 될 예정입니다. 그렇다고 1년 동안 기다리기만 할 순 없기 때문에 AMD는 내년 초에 몇 년 간 준비해둔 신기술을 선보일 계획입니다. 그 비장의 기술이 바로 3D V 캐시(3D V-Cache)입니다.올해 중반에 공개한 3D V 캐시는 64MB 용량 L3 캐시를 ZEN3 라이젠 칩렛 위에 올리는 방식으로 L3 캐시 용량을 3배로 늘릴 수 있습니다. 16코어 제품의 경우 이론적으로 192MB의 L3 캐시를 지닐 수 있습니다. 이는 웬만한 서버 프로세서보다 많은 용량입니다. 캐시 메모리가 클수록 CPU가 한 번에 작업할 수 있는 데이터가 늘어나므로 제조 공정이나 아키텍처 변화 없이 성능을 높일 수 있습니다. AMD는 3D V 캐시 탑재로 게임 성능이 최대 15% 정도 늘어날 것이라고 주장했습니다. 3D V 캐시를 탑재한 라이젠 CPU는 내년 초 출시 예정입니다. 출시 시점을 생각하면 앨더 레이크와 정면 승부를 벌일 것으로 예상됩니다. 관건은 가격입니다. 추가적인 캐시 다이를 붙이는 만큼 원가 상승은 불가피한데, 앨더 레이크와 경쟁을 감안해 가격을 조정할 것으로 보입니다. 할록이 언급한 네 가지 기둥 중 나머지 두 개인 CPU 주파수와 플랫폼 역시 2022년 하반기에 출시될 ZEN4에서 변화를 겪게 될 예정입니다. AMD는 오랜 시간 유지해온 AM4 소켓을 AM5 소켓으로 변경할 예정입니다. DDR5 및 PCIe 5.0 지원을 위해서는 어쩔 수 없는 선택입니다. 단 CPU 쿨러는 호환되게 유지할 예정입니다. 소소하지만 소비자를 위한 배려가 돋보이는 부분입니다. AM5 소켓과 새 메인보드 플랫폼 도입은 익히 알려진 사실이지만, CPU 주파수에 대한 언급은 새로운 부분입니다. 현재 x86 CPU의 클럭은 5GHz 언저리에서 발전을 멈춘 상태입니다. 인텔 코어 프로세서보다 최고 클럭이 약간 낮았던 라이젠 CPU는 이제는 많이 따라잡은 상황이긴 하나 아직도 라이젠 9 5950X의 최고 클럭은 4.9GHz에 머무르고 있습니다. ZEN4는 아키텍처 개선과 5nm 미세 공정 도입으로 5GHz 초반 클럭 달성이 가능할지도 모릅니다. CPU 동작 클럭이 높아질수록 성능도 비례해서 높아지기 때문에 이 역시 궁금한 부분 중 하나입니다. 최근 CPU 성능 발전은 점점 정체되는 상황이지만, 인텔과 AMD가 이미 극한까지 끌어올린 성능을 더 끌어올리기 위해 경쟁하면서 CPU 성능은 꾸준히 높아지고 있습니다. 어떤 시장이든 업체간 적절한 경쟁은 소비자에게 좋은 일입니다. 2022년에도 꾸준한 경쟁을 기대합니다.

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.

최근 열린 반도체 관련 학회인 핫 칩(Hot Chips) 콘퍼런스에서 AMD는 3차원 반도체 패키징 기술에 대한 새로운 내용을 공개했습니다. 리사 수 CEO가 컴퓨텍스 2021에서 3D 칩렛 기술 (3D chiplet technology)을 공개한 지 몇 달 만의 일입니다. 당시 리사 수 박사는 8 코어 라이젠 칩렛 (chiplet, CPU 코어를 모은 반도체) 위에 6x6mm 크기의 64MB L3 캐시를 탑재해 게임 성능을 평균 15% 높일 수 있다고 주장했습니다.  CPU가 가장 직접적으로 사용하는 메모리인 캐시 (cache) 메모리는 빠르게 접근할 수 있는 위치부터 L1, L2, L3, L4로 명명합니다. 캐시 메모리는 CPU 입장에서 보면 바로 책상 위에 펼쳐 놓고 쓰는 공책에 해당합니다. 시스템 메모리는 가방 속 참고서, 그리고 하드디스크나 SSD 같은 저장 장치는 도서관에 해당한다고 할 수 있습니다.  당연히 캐시 메모리가 많을수록 CPU 성능이 높아지지만, CPU에서 캐시 메모리가 차지하는 면적을 늘리면 가격도 따라서 올라가기 때문에 적당한 타협이 필요합니다. 최신 8코어 CPU는 대개 16-32MB의 L3 캐시를 지니고 있습니다. 그런데 AMD는 여기에 64MB L3 캐시 메모리를 추가로 쌓을 수 있다는 폭탄선언을 한 셈입니다.  당시에는 이런 일이 어떻게 가능한지 자세히 설명하지 않았지만, 이번 핫 칩 컨퍼러스에서는 보다 구체적인 내용이 공개됐습니다. AMD의 3D 칩렛 기술은 TSMC가 개발한 SoIC (System on Integrated Chip) 적층 기술에 기반하고 있습니다. AMD는 반도체 생산 시설이 없는 팹리스 반도체 회사이고 실제 제조는 TSMC가 위탁 생산을 하고 있으니 당연한 결과입니다.  하지만 이번 발표가 대단하지 않은 것은 아닙니다. L3 캐시 메모리는 CPU와 매우 밀접하게 붙여 있어야 고속으로 데이터를 주고받을 수 있어 하나의 반도체 칩 안에 있는 것이 일반적입니다. 따라서 3D 칩렛 기술은 상당히 일반적이지 않은 결과입니다. AMD와 TSMC가 업계 최초로 L3 캐시 메모리를 CPU 다이 위에 올릴 수 있었던 이유는 아주 미세한 구리 회로를 직접 두 개의 반도체 다이 사이에 정확히 밀착시켜 데이터 전송 속도를 크게 높인 덕분입니다. (사진)  AMD에 따르면 3D 칩렛 기술은 기존의 마이크로 범프 3D (Micro Bump 3D)의 50μm 간격 연결 부위보다 훨씬 촘촘한 9μm 간격으로 연결되어 있어 에너지 효율이 3배나 우수하고 밀도는 15배나 높습니다. 덕분에 CPU와 빠른 데이터 전송이 필요한 L3 캐시 메모리를 CPU 칩렛이 아니라 별도의 칩렛으로 만든 후 위에 쌓을 수 있었던 것입니다. 이번 발표에 따르면 L3 캐시 메모리 칩렛 적층은 시작에 불과합니다. 앞으로 CPU 칩렛 위에 다시 CPU 칩렛을 쌓거나 GPU 같이 다른 프로세서를 쌓을 수도 있고 DRAM 같이 위에 올릴 수 있습니다. 또 이렇게 위로 쌓은 칩들을 평면으로 연결해 마치 고층 빌딩이 서로 연결된 것 같은 하이브리드 2D/2.5D/3D 칩을 만들 수도 있습니다. 이 부분은 HBM 메모리 같은 고속 적층형 메모리를 3D 칩렛과 연결해 프로세서+메모리 형태의 고성능 제품을 만들 수 있다는 의미로 해석됩니다. 그런데 사실 이 이야기는 인텔이 내년에 출시할 폰테 베키오 GPU에서 이미 구현된 내용이기도 합니다. 인텔은 5개의 다른 공정에서 만든 47개의 액티브 타일을 연결해 트랜지스터 숫자가 1000억 개가 넘는 거대 GPU를 생산한다고 발표한 상황입니다. 그리고 2년 후 등장할 메테오 레이크 CPU는 CPU/GPU/SoC-LP 세 개의 타일을 결합해 제조할 예정입니다. 인텔 역시 이름만 다를 뿐 여러 개의 다이를 3D 및 2D 패키징으로 연결해 하나의 CPU를 만드는 셈입니다. 3차원 적층 기술은 메모리 반도체 업계에서는 이미 오래전부터 진행됐습니다. 평면으로 확장해서는 필요한 만큼 용량을 늘리기 어렵기 때문입니다. 구조가 매우 복잡한 시스템 반도체는 메모리보다 3차원 적층이 어렵지만, 조금씩 한계를 극복하면서 돌파구를 마련해 이제는 상용화 단계에 이르렀습니다. 현 시점에서 인텔과 AMD 모두 반도체를 높이 쌓으려는 데는 그럴 만한 이유가 있습니다. 미세 공정으로 진행할수록 반도체 웨이퍼 가격은 급등하기 때문에 모든 부분을 최신 미세 공정으로 제조하면 늘어나는 비용을 감당하기 어렵습니다. 좀 더 저렴한 공정을 이용할 수 있는 부분은 따로 제조하면 상당한 비용을 절감할 수 있습니다. 또 큰 반도체 하나보다 작은 부분을 만든 후 조립하면 제조도 쉽게 수율도 올라갑니다. 마지막으로 여러 개의 다이를 하나처럼 연결하면 과거에는 상상하기 힘들었던 초대형 프로세서도 제조할 수 있다는 장점이 있습니다. 현재 개발 중인 3D 패키징 기술을 통해 프로세서 성능은 한 단계 더 업그레이드될 것입니다. 그리고 이런 기술적 진보의 혜택은 최종적으로 소비자에게 돌아갈 것입니다.

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.

AMD가 Zen 아키텍처의 메이저 업그레이드인 젠 3(Zen 3)를 발표하기에 직전 인텔의 존 보니니 (John Bonini) 부사장은 블로그를 통해 차기 데스크톱 프로세서인 로켓 레이크 (Rocket Lake)가 2021년 1분기에 출시된다는 글을 올렸습니다. AMD의 라이젠 5000 시리즈 출시에 맞서 인텔도 대응할 카드가 있다는 이야기를 하고 싶었겠지만, 일반적인 시각은 기대보다는 우려입니다. 아무리 신기술을 담아서 출시하더라도 2015년에 적용된 14nm 미세 공정을 2021년까지 사용하기 때문입니다. 14nm 공정을 아무리 개선했다고 해도 최신 아키텍처를 담기에는 너무나 오래된 헌 부대입니다. 인텔은 앞서 공개한 노트북용 10세대 코어 프로세서인 아이스 레이크(Ice Lake)와 11세대 코어 프로세서인 타이거 레이크(Tiger Lake)를 10nm 공정으로 제조했습니다. 하지만 10세대와 마찬가지로 11세대 코어 프로세서 역시 10nm 공정 생산 능력 부족으로 상당 부분은 14nm 공정 제품으로 채워야 하는 상황입니다. 인텔의 10nm 팹은 이스라엘과 미국 오레곤 주에 있는데, 점점 늘어나는 10nm 제품 수요를 감당하기에는 역부족입니다. 다행한 일은 최근 애리조나에 있는 팹(Fab) 42가 가동에 들어갔다는 것입니다. 팹 42는 230억 달러 (약 27조원)이라는 천문학적인 거금을 들여 건설한 10nm 팹으로 450mm 웨이퍼 호환설비를 지닌 최신 반도체 생산 시설입니다. 450mm 웨이퍼는 일반적으로 사용되는 300mm 웨이퍼보다 제품 생산량이 훨씬 많기 때문에 10nm 공정 제품 생산량을 획기적으로 늘려줄 것으로 기대됩니다. 하지만 아직도 모든 제품군을 10nm로 이전하기에는 생산량이 부족한 상황입니다. 노트북에 이어 데스크톱 CPU 주력 제품군을 10nm 공정으로 출시하는 것은 2021년 말이나 가능할 예정입니다. 로켓 레이크는 그 사이 공백을 메꾸기 위한 임시방편인 셈입니다. 로켓 레이크에 대해서는 사실 정식으로 공개된 정보가 거의 없습니다. 확실한 것은 14nm 공정의 마지막 데스크톱 CPU이자 인텔의 최신 아키텍처를 적용한 첫 번째 데스크톱 CPU라는 것입니다. 현재 인텔 노트북/데스크톱 CPU의 주력 아키텍처는 2015년에 등장한 스카이레이크 (Skylake) 아키텍처에 기반을 두고 있습니다. 오래된 아키텍처이지만, 성능이 우수해 아직도 싱글 코어 성능에서는 경쟁자인 AMD의 라이젠 프로세서를 앞서고 있습니다. 그러나 AMD도 젠 아키텍처를 업그레이드하면서 성능상의 우위를 빼앗길 상황입니다. 여기에 보안 취약점 문제까지 겹치면서 인텔은 새로운 아키텍처인 서니 코브 (아이스 레이크) /윌로우 코브(타이거 레이크)를 개발하기에 이릅니다. 문제는 이 아키텍처가 10nm를 염두에 두고 설계되었으나 인텔의 10nm 생산 능력이 아직도 수요에 한참 미치지 못한다는 것입니다. 로켓 레이크는 이런 상황에서 어쩔 수 없이 14nm 공정을 사용한 고육지책입니다. 인텔은 로켓 레이크의 구체적인 아키텍처를 공개하지 않았지만, 11세대 타이거 레이크에 사용된 윌로우 코브 아키텍처와 Xe GPU를 사용할 가능성이 큽니다. 윌로우 코브 아키텍처는 서니 코브 아키텍처의 개선판으로 클럭을 더 높인 것이 특징입니다. 같은 클럭에서는 서니 코브 아키텍처가 전 세대 아키텍처 대비 18%나 성능이 높아 클럭만 낮아지지 않는다면 10세대 데스크톱 코어 프로세서인 코멧 레이크 (Comet Lake)보다 높은 성능을 보여줄 것으로 기대됩니다. 그래픽 성능은 Xe가 워낙 이전 세대 인텔 내장 그래픽보다 성능이 높아 상당한 성능 향상을 기대할 수 있습니다. 다만 서니/월로우 코브 아키텍처의 경우 성능이 높아진 만큼 트랜지스터 집적도 역시 높아져 14nm 공정을 사용할 경우 발열량과 전력 소모가 높아질 수 있습니다. 여기에 더 커진 Xe 그래픽까지 합쳐지면 지금도 큰 발열량이 더 감당하기 어려운 수준까지 커질 수 있습니다. 따라서 Xe GPU만 10nm 칩렛 (Chiplet) 디자인으로 만들 수도 있다는 루머도 있습니다. 이 경우 순수한 14nm 공정이 아니라 10/14nm 혼용으로도 볼 수 있습니다. 이미 AMD도 14nm 다이(die)와 7nm 다이를 혼용하는 만큼 인텔 역시 그렇게 하지 못할 이유가 없습니다. 그러나 아직 확실한 내용은 밝혀진 바가 없습니다. 지금 단계에서 확실한 것은 로켓 레이크가 최소한 CPU 코어는 14nm 공정이고 새로운 아키텍처를 적용했으며 PCIe 4.0을 지원한다는 것입니다. 아무튼 2021년에도 14nm 공정 기반이라는 사실은 솔직히 실망스러운 일입니다. 이런 식으로 새 술을 헌 부대에 담는 것도 문제지만, 2021년 말에 10nm 공정의 최신 CPU인 앨더 레이크 (Alder Lake)가 출시된다는 것도 문제입니다. 2021년 초에 11세대 코어 프로세서를 구매하면 1년도 되지 않아 구형 제품이 되는 셈입니다. 새 컴퓨터가 급하지 않은 소비자라면 구매를 꺼릴 수밖에 없는 상황입니다. 하지만 인텔의 결정에도 나름대로 이유가 있습니다. 라이젠 5000 시리즈에 맞서기 위해서는 14nm 공정에 구형 아키텍처를 지닌 코멧 레이크보다 아키텍처라도 개선한 로켓 레이크가 훨씬 유리합니다. 또 벤치마크 결과를 봐야 알겠지만, 의외로 싱글 코어 성능에서 로켓 레이크가 라이젠 5000을 앞설지도 모릅니다. 그렇다면 게임처럼 싱글 코어 성능이 중요한 분야에서 수요가 생길 수 있습니다. 10nm 및 7nm 공정 지연으로 어려운 상황이지만, 인텔 나름의 자구책을 마련한 것입니다. 이 자구책이 얼마나 효과가 있을지 궁금합니다. 고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com