컴퓨터나 스마트폰 같은 첨단 전자기기는 일반적으로 제품 수명이 짧습니다. 10년 된 자동차나 20년 된 가구와 달리 몇 년만 지나면 성능이 월등히 좋은 신제품이 쏟아져 나오기 때문입니다. 물론 3~4년 된 스마트폰이나 컴퓨터도 문제없이 사용할 수 있지만, 제품 자체는 이미 단종된 경우를 쉽게 볼 수 있습니다. 컴퓨터 부품 중에서는 CPU나 그래픽 카드가 대표적입니다. 그런데 최근에 이런 일반적인 상식에 역행하는 일이 일어났습니다. 최근 엔비디아는 구형 모델인 RTX 2060의 2021년 버전인 RTX 2060 12GB를 다시 공개했습니다. RTX 2060 자체는 2019년 1월에 출시되었으며 RTX 2060의 업그레이드 모델인 RTX 2060 슈퍼는 그해 7월에 생산됐습니다. 엔비디아가 2020년 하반기부터 RTX 3000 시리즈를 내놓았기 때문에 구형 모델인 RTX 2000 시리즈는 지금쯤 단종 수준을 밟으면서 이제는 RTX 4000 제품 소식이 들려오는 것이 일반적인 상황입니다. 상당히 수명이 짧아 보이지만, GPU 기술이 그만큼 빠르다는 이야기이기도 합니다.  그런데 이런 정상적인 제품 주기를 뒤집은 힘은 바로 암호 화폐 채굴 수요입니다. 비정상적인 채굴 수요로 인해 그래픽 카드 가격이 고공 행진을 하면서 현재 RTX 2060은 80만원 이상, RTX 2060 슈퍼는 100만원 이상에 거래되고 있습니다. 정확히 말하면 초기 출시 때보다 몇 배나 껑충 뛴 가격에도 물량이 별로 없는 상황입니다. 극심한 그래픽 카드 품귀 현상을 해결하기 위해 엔비디아는 고육지책을 내놓았습니다. 생산량을 늘리기 힘든 최신 공정인 8㎚ 대신 상대적으로 여유가 있는 구형 공정인 12㎚ 웨이퍼를 이용해 그래픽 카드 생산을 늘리기로 한 것입니다. 대신 메모리 수급은 안정적이므로 메모리 용량을 RTX 2060의 두 배인 12GB로 높였습니다. RTX 2060 시리즈는 모두 TU106 칩 기반으로 108억 개의 트랜지스터를 집적한 고성능 GPU입니다. 재미있는 부분은 RTX 2060 12GB의 스펙이 메모리 용량과 192bit 메모리 인터페이스를 제외하고 사실 RTX2060 슈퍼와 똑같다는 것입니다. RTX 2060 12GB는 2176개의 쿠다 코어와 272개의 텐서 코어, 34개의 RT 코어를 지니고 있는데 이는 RTX 2060 슈퍼와 같습니다. 메모리를 8GB에서 12GB로 늘리고 대신 대역폭은 448GB/s에서 336GB/s로 줄인 게 유일한 차이입니다. 따라서 전체적인 성능은 RTX 2060 슈퍼와 비슷할 것으로 보입니다.  가격은 미정이지만 출시 가격은 RTX 2060의 349달러와 RTX 2060 슈퍼의 399달러 사이가 될 가능성이 높지만, 그래픽 카드 품귀 현상이 지속하는 한 출시 가격보다 훨씬 높은 가격에 판매될 것으로 보입니다. 그래도 PC 업계에서는 물량 공급이 늘어나면서 조금이라도 숨통이 트일 수 있기를 희망하고 있습니다. 그래픽 카드 품귀로 게이밍 PC 소비자들이 컴퓨터 구매나 업그레이드를 뒤로 미루고 있기 때문입니다. RTX 2060의 복귀는 기본적으로 그래픽 카드 품귀 현상 때문이지만, 한 가지 다른 해석도 가능합니다. 바로 새로 그래픽 카드 시장에 뛰어드는 인텔에 대한 견제입니다. 현재 대부분의 게임이 엔비디아의 지포스 시리즈에 최적화된 점을 생각하면 인텔 아크 그래픽 카드는 초반에는 고전을 면치 못할 것으로 예상됐습니다. 하지만 때마침 찾아온 암호 화폐 채굴 수요 덕분에 인텔 아크는 예상보다 더 큰 기대를 받고 있습니다. 채굴 성능은 별로인데 그래픽 성능이 우수하면 단숨에 지포스의 대안으로 떠오를 가능성이 있기 때문입니다. 따라서 엔비디아가 RTX 2060을 시작으로 구형 그래픽 카드를 복귀시키면 매출 증대는 물론 인텔 아크 시리즈에 대한 견제 효과도 얻을 수 있습니다. 지금 당장에는 인텔이 큰 위협이 아니지만, 미래는 장담할 수 없는 만큼 초반부터 적극적인 견제가 필요할 수 있습니다. 내년 상반기에는 인텔의 시장 참여와 RTX 2000 시리즈의 부활로 그래픽 카드 시장이 정상을 찾아갈 수 있을지 궁금합니다.

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.　

CPU 업계 부동의 1위였던 인텔은 2000년대 중반 코어 프로세서로 경쟁자인 AMD를 따돌린 후 2010년대 중반 이후부터 지지부진한 모습을 보였습니다. 삼성전자와 TSMC 같은 경쟁자를 앞서 있다고 호언장담했던 10nm 공정은 결국 2020년대 와서야 본격적으로 양산에 들어갔습니다. 하지만 그러는 사이 AMD는 젠 (Zen) 아키텍처를 적용한 신제품을 내놓으면서 인텔을 턱밑까지 추격했습니다. 라이젠 5000대에서는 게임 성능에서도 우위를 잃으면서 업계 1위의 위치가 흔들렸습니다. 점유율은 여전히 앞섰지만, 성능에서 앞서지 못했기 때문에 점유율을 계속 잃으면서 흔들린 것입니다.  지난 몇 년간 부진의 늪에서 벗어나지 못했던 인텔은 절치부심 구원 투수가 될 새로운 CPU를 개발했고 이제 그 모습을 공개했습니다. 현지 시각으로 11월 4일 공개된 12세대 코어 프로세서 (앨더 레이크, Alder lake)는 오랜 준비한 만큼 확실한 성과를 보여줬습니다. 초기 벤치마크와 리뷰 결과는 인텔이 왕좌를 다시 찾았다는 것을 보여줬습니다. 위기에서 벗어나기 위해 변화가 필요했던 인텔이 앨더 레이크에서 해답을 들고나온 것입니다. 구체적으로 무엇이 달라졌는지 간단히 살펴보겠습니다.인텔 7  인텔에게 엘더 레이크는 상당히 큰 의미가 있는 회심의 일격입니다. 5세대부터 11세대까지 6년을 사용한 14nm 공정에 종지부를 찍고 인텔의 최신 미세공정인 인텔 7 (과거 10nm ESF)을 사용한 첫 번째 데스크톱 CPU이기 때문입니다. 아키텍처는 이미 전 세대인 11세대 코어 프로세서 (로켓 레이크)에서 갈아탔지만, 한 번 더 개선해 성능을 더 높였습니다. 전력 소모량이나 발열이 많아 다소 아쉬운 부분도 있지만, 게임 성능을 포함한 여러 가지 성능이 모두 높아져 경쟁자인 라이젠 5000 시리즈를 능가하고 있습니다.  이렇게 성능이 개선된 것은 고성능 코어 (P core, P는 Performance) 8개와 고효율 코어 8개 (E core, E는 Efficiency)를 사용해 성능 극대화를 꾀했기 때문입니다. 전작인 로켓 레이크가 미세 공정의 한계로 인해 8코어까지만 제조가 가능했다면 인텔 7 공정을 이용한 앨더 레이크는 여유 있게 16코어를 탑재할 뿐 아니라 32개의 연산 유닛 (EU)을 지닌 GPU와 기타 여러 가지 부분을 탑재하고도 다이 (die) 사이즈를 209㎟로 줄이는 데 성공했습니다. 8코어 로켓 레이크가 276㎟나 되는 다이를 지녔던 것과 비교하면 상당히 크기를 줄인 것입니다.  성능이 높은 프로세서라는 이야기는 사실 더 복잡하고 큰 프로세서라는 이야기입니다. 따라서 더 작게 만들 수 있는 미세공정 없이는 성능을 높이는 데 한계가 있습니다. 인텔은 앨더 레이크에서 아키텍처는 물론 미세공정도 개선할 수 있음을 보여줬습니다. 다만 이 점은 경쟁자인 AMD도 마찬가지여서 인텔 4를 적용할 14세대 (메테오 레이크)와 5nm 공정을 적용할 Zen 4 이후 제품과의 불꽃 튀는 경쟁이 예상됩니다.  하이브리드 아키텍처  앨더 레이크가 과거 인텔 CPU와 가장 다른 점은 바로 고성능 - 고효율 코어의 하이브리드 구조라는 점입니다. 높은 성능을 낼 수 있지만 전력 소모량이 많은 고성능 코어와 성능은 낮지만 전력 효율이 높은 고효율 코어를 상황에 따라 교대로 사용하는 것은 모바일 AP에선 흔한 일입니다. 하지만 배터리 수명을 신경 쓸 필요가 없는 데스크톱 CPU 제품에선 굳이 필요하지 않은 기능이라 지금까지 적용한 제품이 없었습니다.  따라서 앨더 레이크가 데스크톱 CPU에서도 하이브리드 아키텍처를 도입한다고 했을 때 상당히 의아하다는 반응이 대세였습니다. 더구나 이런 식으로 16코어를 구성할 경우 32스레드가 아닌 24스레드(16 x 2+ 8)가 되는 점도 약점입니다. 그러나 벤치마크 결과를 보면 앨더 레이크 i9-12900KF의 멀티 스레드 성능은 라이젠 9 5950X를 넘어서고 있습니다. 단점은 전력 소모도 경쟁자를 넘어선다는 점입니다.  전기를 많이 먹어도 일단은 24스레드로 경쟁자의 32스레드를 앞서는 결과를 보여주니 하이브리드 구조의 성능에 대한 의구심은 풀리는 것 같습니다. 남은 의문은 노트북 제품군에서 하이브리드 구조의 효율성입니다. 하이브리드 아키텍처의 진가는 결국 배터리 사용 시간의 제약이 심한 노트북에서 발휘될 것입니다. 데스크톱 버전부터 공개했지만, 사실 앨더 레이크의 진짜 무대는 높은 성능과 긴 배터리 사용 시간의 두 마리 토끼를 잡을 수 있는 노트북 시장일지도 모릅니다.  DDR4 vs DDR5, 그리고 윈도우 10 vs 윈도우 11  앨더 레이크는 DDR4 3200과 DDR5 4800을 지원합니다. 하지만 동시에 두 가지 타입의 메모리를 사용할 순 없고 둘 중 하나만 선택해야 합니다. 메모리 속도는 당연히 DDR5가 빠르지만, 아직 DDR5 도입 초기라 가격이 비싸다는 것이 흠입니다. 그런 만큼 앨더 레이크에서 주목을 끌었던 부분 중 하나는 DDR5와 DDR4의 성능 차이입니다.  결론적으로 말하면 게임에서는 차이가 별로 없지만, 일부 작업에서는 의미 있는 차이를 보여줍니다. 게임은 아직 DDR5 메모리에 최적화되어 있지 않은 상태이고 사실 메모리보다 GPU의 영향을 더 많이 받기 때문에 현재는 차이가 별로 없는 것으로 보입니다. 따라서 주로 어떤 작업을 할지를 생각하고 메모리 종류를 선택해야 할 것으로 보입니다. 또 다른 궁금증은 윈도우 10과 윈도우 11의 성능 차이입니다. 일반적으로 운영체제 업그레이드는 CPU에 더 많은 부하를 주기 때문에 속도가 느려지는 경우가 많지만, 윈도우 11의 경우에는 인텔 스레드 디렉터 (Thread Director) 기능에 최적화되어 있어 하이브리드 아키텍처를 제대로 지원할 수 있습니다. 윈도우 11과 앨더 레이크의 출시 시점이 묘하게 겹치는 점을 생각하면 사전에 인텔과 마이크로소프트의 긴밀한 협조가 있었음을 짐작하게 하는 대목입니다.  하지만 아직은 하이브리드 아키텍처를 활용하는 프로그램 자체가 적은 편이라 윈도우 11의 성능상 이점은 크지 않습니다. 다만 이 부분 역시 저전력 코어가 할 일이 많은 노트북 환경에서는 달라질 수 있습니다.  결론적으로 말하면 앨더 레이크는 인텔이 아직 시장을 주도할 기술력을 지닌 회사라는 점을 다시 한번 입증해 보인 제품이라고 할 수 있습니다. 전력 소모나 발열은 다소 아쉽고 제 성능을 끌어낼 수 있는 DDR5나 DDR5 지원 메인보드 모두 비싸다는 점이 흠이지만, AMD의 정신이 번쩍 들게 만들 제품이라는 점은 확실합니다.  앞으로 한동안 CPU 시장은 새로운 아키텍처와 미세공정을 들고나온 인텔과 내년에 들고나올 AMD 간의 치열한 경쟁이 예상됩니다. 결과적으로 최종 승자는 선택의 폭이 넓어진 소비자가 될 것입니다. 

애플은 2010년 아이폰4에 탑재한 A4 SoC부터 프로세서를 스스로 디자인하고 외부에 위탁 생산해 왔습니다. 애플 실리콘(Apple Silicon)이라고 불리는 애플 자체 디자인 프로세서는 아이폰/아이패드를 위한 A 시리즈부터 애플워치를 위한 S 시리즈나 에어팟을 위한 H 시리즈, 블루투스와 와이파이를 위한 W 시리즈 등 상당히 다양한 제품들이 존재합니다. 이들 역시 iOS나 맥OS, 앱스토어처럼 애플 생태계의 중요한 부분이라고 할 수 있습니다. 하지만 이 생태계에는 자체 노트북 및 데스크톱 프로세서가 빠져 있었습니다. 애플은 하드웨어 생태계의 남은 빈칸을 채우기 위해 M 시리즈를 개발했습니다. 애플은 우선 맥북 에어, 아이맥, 맥 미니, 아이패드 프로를 위한 M1 프로세서를 먼저 선보였습니다. M1 프로세서는 160억 개의 트랜지스터를 집적해 비교 대상인 인텔의 CPU보다 더 복잡했지만, TSMC의 5nm 공정으로 제조한 덕분에 크기와 전력 소모를 크게 줄이고 성능은 앞설 수 있었습니다. 기대를 뛰어넘는 M1의 성능에 사람들의 관심은 애플의 차기작에 쏠렸습니다. 그리고 마침내 M1 프로와 M1 맥스가 공개됐습니다. M1 프로는 M1과 마찬가지로 TSMC의 5nm 공정으로 제조되었으나 M1의 두 배에 달하는 337억 개의 트랜지스터를 집적했습니다. 덕분에 10 코어 CPU와 16코어 GPU, 16코어 NPU를 하나의 다이 안에 모두 넣을 수 있습니다. GPU만 있는 경우이지만, 엔비디아의 지포스 RTX 3060(GA106)이 133억 개의 트랜지스터를 집적한 것과 비교하면 M1 프로가 얼마나 큰 프로세서인지 알 수 있습니다. 그런데 사실 M1 프로의 GPU 연상능력은 데스크톱 버전의 RTX 3060의 절반 수준인 5.2 TFOLPS에 불과합니다. 하지만 놀라운 기술적 성취인 이유는 칩 전체 전력 소모가 30W 수준이라 맥북 프로에 탑재해도 긴 배터리 사용 시간을 보장하기 때문입니다. 애플 A 시리즈에서 갈고 닦은 저전력 기술이 M1에서 빛을 발했다고 할 수 있습니다. 현재 같은 수준의 전력을 소모하는 프로세서 가운데 그래픽 성능으로 M1과 경쟁할 수 있는 노트북 프로세서는 존재하지 않습니다. 노트북에 별도 그래픽 카드를 탑재하는 순간 이미 전력 소모는 M1 프로를 몇 배 뛰어넘게 됩니다. CPU가 소모하는 전력까지 생각하면 맥북 프로처럼 가볍고 배터리가 오래가는 노트북은 불가능합니다. 그런데 프로세서가 제 성능을 발휘하기 위해서는 메모리도 중요합니다. M1은 LPDDR4x(4266MT/s) 메모리를 사용했지만, M1 프로는 LPDDR5 메모리를 사용해 대역폭을 200GB/s로 높였습니다. 메모리의 정확한 속도는 공개하지 않았지만 256bit LPDDR5 (128bit x2) 메모리를 사용하는 만큼 LPDDR5-6400일 가능성이 높습니다. 한 가지 독특한 점은 두 개의 16GB LPDDR5 메모리 블록이 바로 옆에 붙어 있다는 것입니다. 이는 애플이 M1에서 선보인 통합 메모리(unified memory) 구조로 메모리를 아예 패키지 내부에 탑재해 메모리까지 접근하는 시간을 극단적으로 줄인 것입니다. 그래픽 카드처럼 별도의 GDDR 메모리를 사용하지 않아도 높은 그래픽 성능을 지닐 수 있는 비결 중 하나입니다. 물론 메모리 확장이 불가능하다는 단점이 있으나 32GB나 되는 용량을 생각하면 확장이 필요한 경우는 드물 것입니다. 여기에 CPU + GPU + 칩셋 + 메모리의 크기를 극단적으로 줄여 노트북의 무게와 부피를 줄일 수 있습니다. 다만 200GB/s의 대역폭은 CPU에게는 충분해도 GPU에게는 부족할 수 있습니다. 앞서 예를 든 RTX 3060의 경우 GPU가 360GB/s의 대역폭을 지닌 GDDR6 메모리 8-12GB를 단독으로 사용할 수 있습니다. 그런데 M1 프로는 200GB/s의 대역폭을 CPU와 나눠야 하죠. 사실 CPU와 통합된 내장 그래픽이 제힘을 내기 힘든 이유가 바로 메모리 병목 현상입니다. 그러나 애플은 통합 메모리 구조와 M1 프로 칩 내부에 탑재된 두 개의 거대한 SLC 메모리 블록을 통해 이 문제를 극복한 것으로 보입니다.M1 맥스는 M1 프로의 확장형으로 GPU와 메모리 컨트롤러, 그리고 SLC 블록을 모두 두 배로 늘린 대신 트랜지스터 숫자가 570억 개로 늘어났습니다. 덕분에 GPU 연산 능력도 10.4 TFLOPS로 높아졌고 메모리 대역폭 역시 400GB/s로 늘어났습니다. 메모리 역시 두 배인 64GB를 사용합니다. 하지만 기존의 고성능 GPU보다 100W나 낮은 전력을 소모하면서 같은 성능을 낼 수 있습니다. 비교적 가볍고 배터리도 오래 가는 노트북에서 이런 성능을 지닌 제품을 찾는다면 맥북 프로가 유일한 해답입니다. 이런 일이 가능한 이유는 경쟁자와 달리 5nm 미세공정을 이용해서 CPU와 GPU를 포함한 모든 부분을 하나의 칩에 넣은 SoC 구조를 지니기 때문입니다. 그리고 전력 소모가 적은 LPDDR5만 사용해 주로 DDR4 메모리를 사용하는 노트북 CPU와 전기를 많이 먹는 GDDR6 메모리를 탑재한 노트북 그래픽 카드에서는 불가능한 높은 에너지 효율을 달성했습니다. 물론 이렇게 최신 기술을 많이 사용하면 가격은 올라갑니다. 특히 TSMC 5nm 같은 최신 미세공정 웨이퍼 가격은 상당히 비싸다고 알려져 있습니다. M1 프로의 다이 크기는 246 ㎟로 M1의 두 배 수준이고 M1 맥스는 432㎟으로 5nm 공정 제품 가운데 가장 큰 편에 속합니다. 따라서 제조 단가가 비쌀 수밖에 없습니다. 다만 요즘 가격이 매우 비싼 외장 그래픽 카드 성능의 내장 그래픽을 지니고 있다는 점, 그리고 본래 맥북 프로가 고급형으로 비싸다는 점을 감안하면 큰 문제는 아닐 것으로 생각됩니다. 애플의 M1 시리즈는 애플의 표현대로 야수(beast)와 같은 성능을 지니고 있습니다. 그래픽 성능은 현존하는 x86 CPU의 내장 그래픽으로는 도저히 따라잡을 수 없는 수준이고 게임 콘솔에 탑재된 커스텀 SoC 정도가 성능을 겨뤄볼 수 있는 수준이지만, 전력 소모량이나 크기가 M1 프로와 맥스가 압도적으로 작아 비교 불가입니다. 개인적으로는 애플 M1 시리즈가 기존 프로세서 제조사들을 크게 자극하리라 생각합니다. 애플 실리콘을 탑재한 맥과 맥북이 많이 팔린다는 이야기는 이들의 입지가 좁아진다는 뜻이기 때문입니다. 애플의 야수에 대응하는 인텔, AMD, 엔비디아의 대항마들을 기대해 봅니다.

올해 가을에도 변함없이 새 아이폰은 화제의 중심에 서 있습니다. 몇 세대 동안 크게 변하지 않은 외형과 기능 때문에 혁신이 없다고 말하는 이들도 있지만, 애플은 이번에도 여러 가지 신기술을 담았다고 주장했습니다. 아이폰13에서 특별히 강조한 부분은 영상입니다. 사람을 강조하는 인물사진 모드처럼 새로 추가된 시네마틱 모드는 초점을 바꿔가며 영화처럼 영상을 촬영할 수 있습니다. 더 커진 이미지 센서와 A15 바이오닉 칩 덕분에 아이폰13 사용자들은 이전 세대보다 더 뛰어난 사진과 영상을 얻을 수 있습니다. 물론 최신 스마트폰 가운데 아이폰 카메라만 좋아지는 건 아니지만, 애플은 시네마틱 모드가 남다른 사용자 경험을 줄 것이라고 자신하고 있습니다. 하지만 애플이 강조하고자 했던 장점 외에 말하고 싶지 않은 단점도 눈에 보입니다. 바로 A15 바이오닉 칩입니다. 애플은 A15 바이오닉에 대해서 매우 제한적인 정보만 제공했지만, 트랜지스터 집적도가 150억 개에 이른다는 점 하나만으로도 최첨단 반도체 기술의 성취를 보여줬다고 해도 과언이 아닙니다. 목적이 다른 만큼 1:1 비교는 불가능하지만, 다른 프로세서와 비교해보면 얼마나 놀라운 숫자인지 알 수 있습니다. 예를 들어 CPU 프로세서 중 8코어 1세대 라이젠 프로세서의 경우 트랜지스터 숫자가 48억 개 정도였습니다. 그리고 16코어 라이젠 3세대 프로세서의 경우 100억 개 정도로 알려져 있습니다. 최근 공개한 IBM의 서버 프로세서인 Power10의 경우 180억 개, 애플의 전작인 A14 바이오닉이 118억 개, 애플 M1 프로세서가 160억 개 정도입니다. A15 바이오닉의 150억 개는 5nm 공정으로는 스마트폰 AP에 구현 가능한 최대치라고 봐도 무방한 수준입니다. 하지만 트랜지스터 숫자 증가와 달리 성능 향상 폭은 크지 않습니다. 이번 발표에서 가장 재미있는 부분은 과거처럼 전 세대 제품이 아니라 경쟁사 대비 CPU가 최대 30%, GPU가 최대 50% 빠르다고 한 점입니다. 그런데 사실 전 세대인 A14 바이오닉도 스냅드래곤 888보다 더 빨랐습니다. 자세한 수치는 벤치마크 결과가 나와봐야 알겠지만, 이 이야기를 종합할 때 A15와 A14의 CPU/GPU 성능 차이는 크지 않은 것을 알 수 있습니다. A14 바이오닉 벤치마크 결과를 참고하면 경쟁사 대비 CPU가 30% 빠르다는 것은 A15 바이오닉의 성능 향상 폭이 10% 이내라는 점을 시사합니다. GPU 역시 5코어 기준으로 경쟁사 대비 50%가 빠르다는 것은 A14 바이오닉보다 30% 이상 빠르지 않다는 이야기로 4코어 기준으로는 A14와 A15의 성능 차이가 별로 크지 않을 것으로 추정할 수 있습니다. A13 바이오닉 때처럼 20%만 빨랐어도 굳이 설명을 빼놓지 않았을 가능성이 높습니다.애플이 자신 있게 밝힌 부분은 16코어 뉴럴 엔진의 성능입니다. 전작의 11TOPs에서 15.8TOPs로 44% 정도 빨라졌습니다. 덕분에 이미지의 인공지능 처리도 빨라져 4K 영상도 다양한 효과를 추가할 수 있게 된 것으로 보입니다. 디스플레이 엔진과, 비디오 인코더/디코더 역시 성능이 향상되어 120Hz 디스플레이와 4K HDR 60프레임 영상처리가 더 부드러워졌습니다. 물론 애플이 밝힌 것처럼 아직 경쟁자가 A14 바이오닉을 따라잡지도 못한 상태에서 이보다 더 성능이 좋은 A15 바이오닉을 탑재했으니 역대 최강 성능이라는 점은 의심할 필요가 없습니다. 다만 32억 개나 늘어난 트랜지스터가 어디로 갔는지는 궁금해지는 부분입니다. 아마도 그 대답은 44% 정도 좋아진 AI 처리 성능과 디스플레이, 영상, 이미지 처리 능력에 있을 것입니다. 그리고 더 많은 데이터를 빠르게 처리하기 위해 프로세서에 탑재한 캐시 메모리인 시스템 캐시 메모리가 2배(아마도 32MB)로 늘어난 것도 트랜지스터 증가에 크게 기여한 것으로 보입니다.따라서 애플이 A15 바이오닉에서 추구한 목표는 이미 업계 최고인 CPU/GPU 성능보다 사진, 영상, 디스플레이 처리 능력 개선이라고 할 수 있습니다. 스티브 잡스 시절부터 하드웨어 스펙보다 사용자 경험을 더 중시하는 애플의 철학이 반영된 디자인임과 동시에 최근 프로세서 성능을 과거처럼 빠르게 높이기 힘들어진 업계의 사정을 반영한 결과입니다. 사실 CPU 업계의 경우 이미 한 세대 당 성능 향상 폭이 10% 이내인 경우가 비일비재합니다. 프로세서 클럭은 5GHz 선에서 이제 더 높이기 힘들어진 상황이고 코어 숫자를 늘리는 것 역시 공정 미세화가 점점 어려워지면서 벽에 부딪히고 있습니다. 아키텍처를 개선해 성능을 높이는 건 10-20% 정도면 최선을 다한 결과이고 그나마 같은 공정에서는 전력 소모도 함께 늘어납니다. GPU 업계는 이보다 사정이 낫긴 하지만, 과거처럼 빠르게 성능을 높이기 힘들어진 사정은 비슷합니다. 따라서 인공지능을 이용한 이미지 품질 향상이나 실시간 레이트레이싱 지원 같은 새로운 기능을 추가해 사용자들이 체감할 수 있는 변화를 끌어내고 있습니다. 애플의 시네마틱 모드 같은 새로운 기능 추가도 비슷한 관점에서 볼 수 있습니다. 그렇다고 해서 이제 프로세서 성능 향상이 멈췄다는 이야기가 아닙니다. 과거처럼 1년 만에 50%, 100% 성능이 높아지긴 어렵다는 이야기입니다. 사실 매년 10%만 높아져도 몇 세대가 지나면 복리처럼 누적되어 상당히 큰 변화가 나타나게 됩니다. 데스크톱처럼 모바일 CPU와 GPU의 성능 역시 그렇게 진보할 것입니다. 다만 이미 CPU나 GPU 성능이 이미 상당히 높아져 10-20%로는 체감할 수 있는 변화를 주기 힘들어진 상황에서 사용자 경험에 집중하는 애플의 전략은 매우 타당해 보입니다.

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.

2017년 경쟁자인 AMD가 라이젠을 출시하면서 인텔의 CPU 시장 독점은 서서히 무너졌습니다. 라이젠은 처음 출시 시점만 해도 코어 숫자에서만 인텔을 이겼을 뿐이었지만, 14nm, 12nm, 7nm로 꾸준히 미세 공정을 업데이트하고 아키텍처를 개선해 이제는 거의 모든 부분에서 인텔을 앞서고 있습니다. 인텔은 2011년 샌디브릿지 이후 조금씩 개선한 코어 프로세서의 아키텍처를 대대적으로 개편하고 미세 공정에서 경쟁자를 따라잡지 않으면 완전히 주도권을 빼앗길 위기에 처한 것입니다. 물론 인텔도 보고만 있었던 것이 아니라 새 아키텍처를 적용한 신제품을 순차적으로 출시했습니다. 하지만 10nm 공정의 타이거 레이크(노트북)와 14nm 공정의 로켓 레이크(데스크톱)는 성능을 개선하려는 여러 가지 노력에도 아쉬운 부분이 많았습니다. 성능이 좋아지긴 했는데, 경쟁자도 그에 못지않게 성능이 좋아져 과거처럼 여유 있게 상대방을 따돌리지 못한 것입니다. 인텔은 올해 말 다시 한번 역전의 기회를 노리고 있습니다. 12세대 코어 프로세서인 앨더 레이크(Alder Lake)가 바로 그 기회입니다. 올해 4분기 데스크톱 제품부터 공개될 앨더 레이크는 과거 10nm ESF(Enhanced SuperFin)라고 부른 인텔 7 공정으로 제조됩니다. 10nm 공정이라고 명명하긴 했지만, 사실 TSMC의 7nm 공정보다 트랜지스터 밀도를 더 높일 수 있는 최신 공정이기 때문에 그에 합당한 새로운 명칭이 필요하다고 생각한 것입니다. 하지만 진짜 파격적인 부분은 미세 공정이 아니라 CPU 구성에 있습니다. 앨더 레이크는 인텔 데스크톱 CPU 역사상 처음으로 고성능 프로세서와 저전력 프로세서가 함께 결합한 하이브리드 구조를 지니고 있습니다. 고성능 코어와 저전력 코어를 같이 혼용하는 하이브리드 구조는 모바일 AP에서는 이미 일반적인 형태입니다. 높은 성능만큼 배터리 지속 시간이 중요한 스마트폰에서는 반드시 필요한 기능이기도 합니다. 인텔은 1+4 구조인 레이크필드 CPU에서 이를 처음 도입했는데, 당시에는 일부 저전력 제품에만 도입할 것으로 예상됐습니다. 사실 배터리 대신 일반 전원으로 전력을 공급받는 데스크톱 CPU에는 필요 없는 기술이기도 합니다. 그러나 일반적인 예상을 깨고 인텔은 앨더 레이크에서 하이브리드 CPU를 데스크톱, 노트북 전 모델에 도입할 예정입니다. 지금까지 알려진 내용에 따르면 앨더 레이크는 골든 코브(Golden Cove) 고성능 코어와 그레이스몬트(Gracemont) 고효율 코어의 하이브리드 구조입니다. 이 코어들이 어떤 조합으로 작동하는지는 밝혀지지 않았지만, 최근 유출된 앨더 레이크 엔지니어링 샘플(ES) 벤치마크에서는 최대 24 스레드(thread)로 나타났습니다. 골든 코브 코어는 하나의 코어가 두 개처럼 작동하는 멀티 스레드 코어이고 그레이스몬트 코어는 싱글 스레드 코어이므로 16+8 구조임을 짐작할 수 있는 결과입니다. 이 내용이 사실이라면 많은 수의 코어가 유리한 작업에서는 모든 코어가 다 활성화되어 성능을 높이는 구조로 생각됩니다. 다만 항상 모든 코어가 활성화되는 방식인지 상황에 따라 교대할 수 있는 방식인지는 확실치 않습니다. 가장 이상적인 하이브리드 코어 작동 방식은 문서 작업이나 검색 등 높은 성능이 필요 없는 작업에서는 저전력 코어만 활성화되고 게임처럼 적은 수의 코어가 빠르게 작동하는 것이 유리한 작업에서는 고성능 코어만 활성화되는 것입니다. 그리고 다수의 코어가 필요한 작업에서는 모든 코어가 활성화되는 방식도 생각할 수 있습니다. 그러나 지금까지 실제 작동 방식이나 구체적인 성능에 대해서는 자세히 공개한 적이 없어 올해 10월로 예상되는 발표 시점에 이목이 쏠리고 있습니다. 고성능 + 저전력 하이브리드 구조 다음으로 주목되는 것은 업계 최초의 DDR5 메모리 도입입니다. DDR5 메모리는 4800Mbps 제품부터 등장할 것으로 예상되며 최대 8400Mbps까지 속도를 높일 수 있습니다. 저장 밀도도 DDR4의 네 배에 달해 메모리 속도와 용량을 크게 늘릴 수 있습니다. 덕분에 CPU 자체 성능은 물론 메모리 병목 현상을 심하게 겪는 내장 그래픽 성능을 높이는 데 큰 도움이 될 것입니다. DDR5 수요가 늘어나면 이를 생산하는 국내 반도체 제조사들에게도 호재로 작용할 것으로 기대됩니다. 대신 DDR5를 사용하기 위해서 새로운 메인보드가 필요합니다.앨더 레이크는 새로운 규격인 LGA 1700 소켓을 사용해 기존의 인텔 메인보드와 호환되지 않습니다. 소켓을 자주 바꿔 소비자들이 계속 새로운 메인보드를 구매하게 만드는 인텔의 정책에 대해서는 많은 불만이 제기되고 있지만, 사실 DDR5 및 PCIe 5.0 같은 신기술을 도입하겠다고 발표한 시점에서 구형 메인보드에서 호환될 가능성은 없다고 보는 게 맞을 것입니다. 인텔은 올해 말부터 내년 상반기까지 앨더 레이크를 순차적으로 출시하고 이후 앨더 레이크의 개량 버전인 13세대 코어 프로세서(랩터 레이크)를 투입할 예정입니다. 인텔 4 공정을 사용한 메테오 레이크(14세대)는 2023년 등장할 예정입니다. 메테오 레이크는 CPU, GPU, SOC-LP의 세 개의 타일을 포베로스(Foveros) 기술로 연결한 하이브리드 CPU로 하나의 다이(die)로 생산되었던 전통적인 CPU 생산 방식을 바꿀 것으로 예상됩니다. 인텔이 여러 가지 신기술을 통해 과거의 영광을 되찾고 경쟁자의 추격을 다시 한번 따돌릴지 결과가 주목됩니다.

연초 대비 애플 12%, TSMC 8% 상승IT 시총 톱10 중 삼성·中 기업만 하락삼성 상반기 최고 매출에도 ‘7만 전자’업계 “전략 변화 등 분위기 반전 필요”올 들어 삼성전자와 그 경쟁 업체들 사이 주가에 희비가 엇갈리고 있다. 가뜩이나 오너 부재로 경영공백 상태인 삼성전자는 연초 대비 주가가 5.42% 감소한 반면 미국의 애플과 대만의 TSMC는 8~12%씩 상승하는 훈풍을 탄 것이다. 1일 업계에 따르면 전 세계 정보기술(IT)·온라인 분야 시가총액 톱10 기업 중 7곳은 연초 대비 주가가 크게 올랐다. 구글의 모회사인 알파벳이 56.10%로 가장 많이 상승했고 그래픽카드(GPU)로 유명한 엔비디아는 48.69%, 페이스북은 32.48% 뛰었다. 삼성전자와 스마트폰 시장에서 다툼을 벌이는 애플도 12.71%, 반도체 위탁생산(파운드리) 분야 경쟁자인 TSMC도 8.21% 상승했다. 하락세를 보인 곳은 정부 규제 정책에 영향을 받은 중국 기업(알리바바, 텐센트)들과 한국의 삼성전자뿐이다. 삼성전자는 지난 1월 4일 8만 3000원으로 출발해 같은 달 11일에는 장중 9만 6800원을 찍기도 했다. 하지만 ‘10만 전자’에 대한 기대감도 잠시였고 이후 8만원 초반대에서 6개월여간 횡보했다. 지난달 30일에는 종가 기준 연중 최저치인 7만 8500원까지 떨어졌고, 같은 날 미래에셋증권, 유진투자증권, 하이투자증권 등은 삼성전자 목표가를 2000원~1만 3000원가량 하향 조정(9만 2000원~10만원)했다. 그렇다고 올해 삼성전자의 실적이 나쁜 것도 아니다. 삼성전자가 강세를 보이는 메모리 반도체를 앞세워 올해 1·2분기 매출이 모두 60조원을 넘겼다. 그 덕에 올해 상반기 매출(약 128조원)은 역대 최고치를 기록했다. 업계에서는 삼성전자 주가가 지지부진한 이유를 반도체와 스마트폰 사업에 드리운 그늘 탓으로 보고 있다. 올해 슈퍼사이클(장기 초호황)이 온다고 했지만 D램값 상승이 정점에 달했다는 분석이 나오는 가운데 메모리 반도체 주요 수요처인 PC와 스마트폰의 생산량도 다소 감소하는 모양새다. 이재용 삼성전자 부회장의 부재 속에 삼성이 넉 달째 미국 파운드리 신규 공장 후보지를 확정짓지 못하고 있는 반면 TSMC과 인텔은 연일 공격적 투자를 아끼지 않고 있다. 또 고급형 스마트폰 시장에서는 애플과 힘겨운 싸움을 벌이고 있고 중저가폰 시장에서는 샤오미·오포·비보와 같은 중국 업체들에게 추격당하는 ‘샌드위치’ 신세에 처했다. 업계 관계자는 “지금은 반도체 업황이 좋지만 내년 상반기에는 메모리 반도체 수요가 급감할 것으로 보는 우려가 많다”면서 “기업 오너의 비전 제시나 회사의 전략 변화와 같은 돌파구가 필요하다”고 말했다.

올 들어 삼성전자와 그 경쟁 업체들 사이 주가에 희비가 엇갈리고 있다. 가뜩이나 오너 부재로 경영공백 상태인 삼성전자는 연초 대비 주가가 5.42% 감소한 반면 미국의 애플과 대만의 TSMC는 8~12%씩 상승하는 훈풍을 탄 것이다. 1일 업계에 따르면 전 세계 정보기술(IT)·온라인 분야 시가총액 톱10 기업 중 7곳은 연초 대비 주가가 크게 올랐다. 구글의 모회사인 알파벳이 56.10%로 가장 많이 상승했고 그래픽카드(GPU)로 유명한 엔비디아는 48.69%, 페이스북은 32.48% 뛰었다. 삼성전자와 스마트폰 시장에서 다툼을 벌이는 애플도 12.71%, 반도체 위탁생산(파운드리) 분야 경쟁자인 TSMC도 8.21% 상승했다. 하락세를 보인 곳은 정부 규제 정책에 영향을 받은 중국 기업(알리바바, 텐센트)들과 한국의 삼성전자뿐이다.삼성전자는 지난 1월 4일 8만 3000원으로 출발해 같은 달 11일에는 장중 9만 6800원을 찍기도 했다. 하지만 ‘10만 전자’에 대한 기대감도 잠시였고 이후 8만원 초반대에서 6개월여간 횡보했다. 지난달 30일에는 종가 기준 연중 최저치인 7만 8500원까지 떨어졌고, 같은 날 미래에셋증권, 유진투자증권, 하이투자증권 등은 삼성전자 목표가를 2000원~1만 3000원가량 하향 조정(9만 2000원~10만원)했다. 그렇다고 올해 삼성전자의 실적이 나쁜 것도 아니다. 삼성전자가 강세를 보이는 메모리 반도체를 앞세워 올해 1·2분기 매출이 모두 60조원을 넘겼다. 그 덕에 올해 상반기 매출(약 128조원)은 역대 최고치를 기록했다.업계에서는 삼성전자 주가가 지지부진한 이유를 반도체와 스마트폰 사업에 드리운 그늘 탓으로 보고 있다. 올해 슈퍼사이클(장기 초호황)이 온다고 했지만 D램값 상승이 정점에 달했다는 분석이 나오는 가운데 반도체 주요 수요처인 PC와 스마트폰의 생산량도 다소 감소하는 모양새다. 이재용 삼성전자 부회장의 부재 속에 삼성이 넉 달째 미국 파운드리 신규 공장 후보지를 확정짓지 못하고 있는 반면 TSMC과 인텔은 연일 공격적 투자를 아끼지 않고 있다. 또 고급형 스마트폰 시장에서는 애플과 힘겨운 싸움을 벌이고 있고 중저가폰 시장에서는 샤오미·오포·비보와 같은 중국 업체들에게 추격당하는 ‘샌드위치‘ 신세에 처했다. 업계 관계자는 “지금은 반도체 업황이 좋지만 내년 상반기에는 메모리 반도체 수요가 급감할 것으로 보는 우려가 많다”면서 “기업 오너의 비전 제시나 회사의 전략 변화와 같은 돌파구가 필요하다”고 말했다. 한재희 기자 jh@seoul.co.kr

최근 파운드리 시장은 어느 때 보다 뜨거운 관심을 받고 있습니다. 일부 자동차 공장을 멈추게 만든 반도체 수급 대란이나 중국의 반도체 굴기, 미국의 자국 내 반도체 산업 육성, 그리고 국내 반도체 업계의 투자 등 여러 가지 이슈가 겹치면서 과거에는 생소했던 파운드리(반도체 위탁생산)가 이제는 익숙한 용어가 됐습니다. 반도체 생산 공정은 나노미터 단위로 점점 작아질수록 기술적 난이도와 팹(fab) 건설 비용이 천정부지로 치솟는 특징이 있습니다. 그런 만큼 초미세 공정이 가능한 파운드리 업체의 숫자는 이제 TSMC와 삼성전자 단 두 곳에 지나지 않는 상황입니다. TSMC는 최신 미세 공정부터 여전히 수요가 많은 구형 공정까지 다양한 팹을 지니고 있으며 오랜 세월 파운드리 사업에서 잔뼈가 굵은 업체이기 때문에 이 분야에 누구보다도 많은 노하우를 지니고 있습니다. 하지만 과거 파운드리에서 존재가 미미했던 삼성이 엔비디아 같은 오랜 단골을 뺏어갈 정도로 영향력이 커졌고 인텔도 본격적인 투자를 진행하면 어떤 결과가 나올지 모르는 상황이기 때문에 TSMC 역시 경쟁자들을 물리치기 위한 비장의 무기들을 개발하고 있습니다. 그중 하나가 2021년 VLSI 심포지엄에서 발표한 직접 수랭(Direct Water Cooling, DWC) 기술입니다. 열이 많이 나는 고성능 프로세서의 경우 워터 펌프와 라디에이터로 열을 식히는 수랭 방식이 드물지 않기 때문에 수랭 기술이 뭐가 특별하냐고 생각할 수 있지만, 직접 반도체를 식한다는 점이 차이점입니다. 직접 수랭 기술은 반도체 바로 위에 물이 흐르는 미세관을 만들어 반도체를 직접 식힌다는 의미입니다. 첨단 과학기술력의 결정체인 최신 미세 공정 반도체는 사실 매우 약한 존재입니다. 따라서 최신 프로세서들은 반도체를 보호하는 튼튼한 금속판인 히트 스프레더(Heat spreader)로 덮여 있습니다. 그 사이 공간은 열전도율이 높은 물질인 서멀 그리스(Thermal Grease)로 채워 넣습니다. 수랭이든 공랭이든 쿨러는 모두 히트 스프레더 위에 다시 서멀 그리스를 바른 후 장착합니다. 따라서 사실 수백W의 전력을 소모하는 CPU와 GPU는 상당한 많은 단계를 거쳐야 공기나 물과 접촉할 수 있는 것입니다. 당연히 냉각 효율은 떨어집니다. 직접 수랭 기술은 이 문제를 해결하기 위해 몇 년 전부터 선보인 기술입니다. 칩의 위에 아주 작은 미세관이 있는 실리콘 층을 하나 더 쌓아 열을 제거하는 것입니다. 최신 반도체는 아파트처럼 여러 층으로 올리는 경우가 드물지 않기 때문에 사실 한 층을 더 넣는 건 그렇게 큰 문제가 되지 않습니다. 문제는 작은 미세관에 누수 없이 많은 물을 흘려보내 프로세서를 안정적으로 냉각시키는 것입니다. 조금이라도 누수가 발생하면 많은 전류가 흐르는 반도체가 바로 손상되면서 고가의 시스템이 완전히 망가집니다. 이런 문제 때문에 직접 수랭 기술은 이론적으로는 훌륭하지만, 상용화는 어려운 기술로 여겨졌습니다.이런 문제점에도 불구하고 TSMC가 직접 수랭 기술에 도전하는 데는 그럴 만한 이유가 있습니다. 최신 CPU와 GPU의 트랜지스터 집적도는 이미 수백억 개를 돌파했지만, 더 고성능의 프로세서를 만들기 위해서는 더 많은 트랜지스터가 필요합니다. 그런데 더 많은 트랜지스터는 더 많은 발열을 의미합니다. 과거에는 공정 미세화로 이 문제를 극복했지만, 이제는 점점 공정 미세화가 어려워지고 있습니다. 그런데 직접 수랭 방식을 적용하면 500㎟ 이상 크기의 대형 칩에서 200W가 아니라 2000W의 발열도 감당할 수 있다는 게 TSMC의 설명입니다. 이런 일이 실제로 가능하다면 대형 CPU나 GPU도 메모리처럼 여러 층으로 쌓아 집적 밀도를 높일 수 있을 것입니다. 평면으로 더 작게 못 만든다면 아파트처럼 여러 층으로 쌓는 것이 현실적인 대안입니다. TSMC는 여러 가지 반도체를 수직으로 올리는 3D 칩 적층 기술을 적극 도입하려 하지만, 메모리보다 훨씬 큰 발열 문제가 발목을 잡고 있습니다. 직접 수랭 기술은 발열 문제를 타개할 비장의 카드인 셈입니다. 물론 이번에 발표한 내용을 보면 당장 상용화할 수준은 아니고 프로토타입 제품을 만들어 가능성을 검증한 정도입니다. 서버에서 사용할 수 있을 정도로 신뢰성 높은 제품을 개발한다면 새로운 게임 체인저가 될 수 있겠지만 사실 쉬운 일은 아닐 것입니다. 과연 TSMC가 성공할 수 있을지 궁금합니다.

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.

우리가 아침부터 저녁까지 접속하는 모든 인터넷 서비스와 웹 사이트는 서버를 통해 이뤄집니다. 서버에도 여러 가지 형태가 있지만, 현재 가장 일반적으로 사용되는 서버는 인텔의 x86 프로세서(제온 CPU)와 대용량의 메모리, 스토리지(SSD, HDD 등)를 탑재한 것입니다. 운영체제로는 각 회사에 최적화된 리눅스 기반 OS가 주로 사용됐습니다. 그런데 최근 서버 시장에는 큰 변화가 있었습니다. 본래 한 자릿수 점유율도 버거워 보였던 AMD가 서버 시장에서 급성장하면서 이미 두 자릿수 점유율을 확보해 인텔을 크게 위협하고 있습니다. 그런가 하면 본래 인텔의 주요 고객이었던 아마존은 AWS에 사용되는 클라우드 서비스 전용 ARM 서버칩인 그라비톤(Graviton) 시리즈를 개발했습니다. 아마존에 의하면 최신 그라비톤 2 프로세서의 성능은 인텔과 AMD의 최신 서버 CPU를 능가합니다. AMD의 급성장과 더불어 서버 시장의 큰 손들이 자체 프로세서를 개발하고 있다는 소식은 인텔에 큰 악재입니다. 그런데 최근 이 대열에 구글도 참여했습니다. 엄밀히 말해 CPU는 아니지만, CPU 의존도를 낮춰주는 비디오 코딩 유닛(video (trans)coding unit, VCU) 프로세서를 개발했기 때문입니다. 현재 유튜브에는 분당 500시간 이상의 영상이 업로드되고 있습니다. 그런데 이 영상들의 포맷은 모두 제각각입니다. 이를 다양한 서비스 해상도에 맞춰 압축 효율이 높은 동영상 포맷인 H.264, VP9, AV1으로 바꿔줘야 안정적인 동영상 서비스가 가능합니다. 지금까지 이 작업은 인텔 CPU와 그래픽 카드를 통해 이뤄졌습니다. 그런데 최신 CPU와 GPU의 성능으로도 현재 작업량을 해결하기 위해서는 막대한 자원이 필요합니다. 구글이 자체 주문 제작형 반도체인 아르고스 VCU (Argos VCU) 개발에 나서게 된 이유입니다. 아르고스 VCU 칩은 10개의 인코더 코어(Encoder core)와 몇 개의 디코더 코어(Decoder core), 자체 CPU와 메모리 컨트롤러, PCIe 유닛 등으로 이뤄져 있습니다. 구글이 공개한 반도체 다이 (die) 이미지를 보면 사실상 인코더 코어만 무식하게 밀어 넣은 프로세서라는 사실을 알 수 있습니다. 동영상 인코딩만이 이 프로세서의 유일한 목적인 셈입니다. 바로 이런 점 때문에 아르고스 VCU는 CPU나 GPU보다 인코딩 성능이 훨씬 우수할 수밖에 없습니다.CPU는 여러 가지 명령을 수행할 수 있지만, 대신 그래픽 처리 같은 특수 임무를 빠르게 수행하지 못합니다. 따라서 빠른 그래픽 연산 처리를 위해 GPU의 도움을 받습니다. 그러나 그래픽 처리에 특화된 GPU 역시 동영상 인코딩과 관련이 없는 3D 그래픽 처리 관련 로직이 너무 많아 인코딩에 효율적인 구조는 아닙니다. 아르고스 VCU가 왜 동영상 인코딩 성능에 뛰어난지 쉽게 유추할 수 있는 대목입니다. 물론 아르고스 VCU 자체로 컴퓨터를 구성할 순 없기 때문에 구글은 PCIe 인터페이스 기반 인코딩 가속 카드로 개발했습니다. 카드 하나에 2개의 아르고스 VCU가 있고 2소켓 서버에 최대 10개의 카드를 탑재할 수 있습니다. 따라서 서버 한 개에 최대 20개의 아르고스 VCU가 들어가는 것입니다. 구글에 의하면 아르고스 VCU 서버는 스카이레이크 CPU 기반 서버보다 H.264 인코딩 성능이 7배 뛰어나고 VP9 인코딩 성능은 33.3배나 뛰어납니다. 구글은 아르고스 VCU 같은 주문 제작형 반도체를 통해 수백만 개의 인텔 CPU를 대체할 수 있을 것으로 기대했습니다. 사실 이 정도 수요가 없다면 자체 프로세서를 개발하고 생산하는 비용을 회수하긴 힘들 것입니다. 구글은 이미 1세대 아르고스 VCU를 자체 데이터 센터에 보급했으며 2세대 아르고스 VCU 개발에 들어간 상태입니다. 물론 아무리 구글이라도 해도 모든 서비스를 자체 프로세서로 해결할 순 없으며 사실 유튜브 역시 인텔 CPU가 탑재된 막대한 수의 서버를 통해 운영되고 있습니다. 하지만 이렇게 자체 서비스 효율화와 에너지 절약을 위해 주문 제작형 프로세서를 제조하는 IT 기업이 늘어날수록 인텔의 입지도 좁아지는 것이 사실입니다. 다만 인텔도 반격의 카드는 있습니다. 우선 인텔의 제품군을 CPU에서 GPU나 다른 주문 설계 반도체로 확장하는 것입니다. 이는 현재 적극적으로 시도하고 있으며 이미 GPU에서는 하나씩 성과가 나오고 있습니다. 또 파운드리를 통해 아예 다른 회사의 프로세서를 제조하고 수익을 얻는 방법도 있습니다. 그런데 이 두 가지 모두 인텔의 근본적인 변화를 가져올 것입니다. 주요 고객인 구글, 애플, 마이크로소프트, 아마존 등 거대 IT 회사가 큰 변화를 시도하는 만큼 인텔 역시 그에 맞는 변화를 이룩해야 생존할 수 있습니다. 앞으로 자체 주문 프로세서 확산과 함께 서버 생태계가 어떻게 변할지 주목됩니다. 고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com

초창기 인공지능 알고리즘은 별도의 연산 하드웨어 없이 CPU를 이용해 모든 연산을 처리했습니다. 그러나 CPU는 복잡한 명령어를 순차적으로 처리하는 데 유리한 구조로 단순한 신경망 밖에 구현할 수 없다는 한계가 있습니다.  따라서 인공지능 연구자들은 CPU의 한계를 극복하기 위해 대용량 그래픽 데이터의 병렬처리에 최적화된 GPU에 주목했습니다. GPU는 수백 개의 코어를 사용해서 한꺼번에 막대한 데이터를 연산하는데, 이는 CPU보다 인공지능 연산에 유리한 구조입니다. 인공지능 연구자들은 GPU 덕분에 과거에는 상상할 수 없었던 수준까지 인공지능 알고리즘의 성능을 끌어올렸습니다. 이제는 아예 최신 GPU도 인공지능 연산을 염두에 두고 개발될 정도로 인공지능 연산을 위한 GPU 수요가 커졌습니다.  그러나 GPU라고 해서 단점이 없는 완벽한 기계는 아닙니다. GPU 가장 큰 문제점은 혼자서 일을 할 수 없다는 것입니다. GPU는 기본적으로 컴퓨터의 그래픽 연산 프로세서이기 때문에 CPU, 메모리, 스토리지와 함께 작업해야 합니다. 따라서 CPU, 메모리와 끊임없이 데이터를 주고받아야 합니다. 데이터의 양이 커질수록 연산 능력이 아니라 데이터 병목현상 때문에 속도가 느려질 수밖에 없는 것입니다.  미국의 인공지능 관련 스타트업인 세레브라스 시스템스 (Cerebras Systems, 이하 세레브라스)는 이 문제를 극복할 수 있는 새로운 대안을 제시했습니다. 이들의 해결책은 300mm (12인치) 웨이퍼 하나를 통째로 하나의 통합 프로세서로 만들어 연산 코어와 메모리를 가득 채우고 가까운 거리에서 고속으로 연결하는 것입니다.  반도체는 웨이퍼라는 동그란 원판에서 한꺼번에 제작된 후 작게 조각내 CPU나 GPU 같은 개별 제품으로 판매됩니다. 컴퓨터에서 CPU와 GPU는 PCIe 같은 인터페이스로 연결되고 역시 CPU 밖에 위치한 메모리는 메모리 컨트롤러를 통해 제어됩니다. 대용량의 데이터를 주고받기 위해 서로 가까이 있어야 하지만, CPU, GPU, 메모리는 사실 서로 멀리 떨어진 셈입니다.  세레브라스의 웨이퍼 스케일 엔진 (Wafer Scale Engine, WSE)은 웨이퍼를 여러 개로 쪼갠 후 별도의 제품으로 만들어 서로 복잡한 과정으로 데이터를 주고받는 대신 작은 연산 코어와 메모리를 그냥 하나의 웨이퍼에 두고 데이터를 한꺼번에 처리하는 새로운 접근법을 택했습니다.  세레브라스의 1세대 웨이퍼 스케일 엔진은 TSMC의 16nm 공정으로 제조되었으며 거의 40만 개의 코어와 18GB의 온 보드 SDRAM을 장착해 고속 AI 연산에 최적화되어 있습니다. 하지만 현재 최신 미세 공정을 생각하면 16nm 공정 프로세서는 시대에 다소 뒤처진 감이 있습니다. 따라서 세레브라스는 최근 TSMC의 7nm 공정을 이용한 2세대 웨이퍼 스케일 엔진을 공개했습니다. 무려 85만 개의 AI 연산 코어와 40GB의 온보드 SDRAM을 탑재했으며 트랜지스터 집적도는 1세대의 1.2조 개에 두 배가 넘는 2.6조 개에 달합니다. 이론적 성능 역시 1세대의 두 배 이상입니다.   신생 스타트업이 기술적 난이도가 상당한 프로세서 개발에 성공한 이유는 인공지능 관련 스타트업에 유리한 미국 내 환경과 정부의 적극적인 지원이 있었기 때문입니다. 1세대 웨이퍼 스케일 엔진은 로렌스 리버모어 국립 연구소 (LLNL) 같은 국책 연구소의 슈퍼컴퓨터에 통합되었고 올해 3분기부터 출하될 2세대 웨이퍼 스케일 엔진은 아르곤 국립 연구소, 로렌스 리버모어 국립 연구소 같은 미국 내 연구소는 우선 도입될 예정입니다. 신개념 인공지능 기술을 국책 연구소에서 선도적으로 도입해서 성능을 검증하고 판로를 열어준 것입니다.  중국 등 다른 나라의 거센 추격을 받고 있긴 하지만, 아직 고성능 인공지능 프로세서 분야에서는 미국이 앞서 나가고 있습니다. 엔비디아, 인텔, AMD 등 미국 반도체 회사들이 이 분야에서 가장 선두를 달리고 있고 구글, 아마존, 마이크로소프트, 페이스북 같은 거대 IT 회사들이 탄탄한 수요를 뒷받침하고 있습니다. 그리고 세레브라스 같은 신생 스타트업도 혁신적인 아이디어만 있으면 민간과 정부에서 자금을 지원받아 새로운 인공지능 프로세서를 개발할 수 있는 길이 열려 있습니다. 세레브라스의 성공 여부와 상관없이 이 분야에서 한동안 미국이 앞서 나갈 것으로 보는 이유입니다. 고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com

전 세계적으로 인터넷 서비스에 대한 수요가 폭증하면서 IT 기업들은 막대한 데이터를 실시간으로 처리할 수 있는 데이터 센터 구축에 열을 올리고 있습니다. 하지만 이 과정에서 뜨거워진 서버를 식히는 일이 새로운 과제로 떠오르고 있습니다. 최첨단 기술이 집약된 CPU, GPU, 메모리, SSD, HDD 등 각종 서버 부품들은 많은 전력을 소모하고 이를 열에너지의 형태로 배출하기 때문입니다. 수많은 서버가 밀집한 대형 데이터 센터는 필연적으로 엄청난 열기를 내뿜게 되어 있습니다. 하지만 반도체를 포함해서 대부분의 전자 제품은 높은 열에 취약합니다. 결국 정상적인 작동을 보장하기 위해서는 열을 빠르게 식혀줘야 합니다. 서버를 가동할 때는 물론이고 서버를 냉각하는 과정에서도 막대한 양의 전력이 소모됩니다. 데이터 센터에 들어가는 전력은 운용하는 기업 입장에서는 모두 비용입니다. 그리고 아직 전기 생산의 상당 부분이 화석 연료에 의존하고 있기 때문에 환경에도 좋지 않습니다. 하지만 그렇다고 서버에 들어가는 전력을 줄일 순 없습니다. 결국 냉각에 들어가는 에너지를 줄여야 한다는 결론이 나옵니다. 이를 위해 IT 기업들은 여러 가지 신기술을 개발하고 있습니다. 그 중 하나로 마이크로소프트는 차가운 바다에 서버를 담그는 프로젝트 나틱 (Natick)을 진행하고 있습니다. 강철 실린더 내부에 서버를 탑재한 후 바다에 넣으면 차가운 물에 의해 서버를 쉽게 식힐 수 있다는 아이디어입니다. 그러나 높은 수압과 부식을 견딜 수 있는 특수 컨테이너를 제작해야 하는 데다 수리가 까다롭다는 문제점이 있습니다. 바닷속에 서버를 넣는 것 자체는 기술적으로 가능하겠지만, 과연 비용을 절감도 가능할지는 의문입니다. 그런데 마이크로소프트는 여기서 한술 더 떠서 아예 끓는 액체에 서버를 담그는 프로젝트를 진행하고 있습니다. 서버를 끓는 점이 섭씨 50도인 특수 용액에 담가 그 온도 이상으로 오르지 않게 냉각하는 것입니다. 액체는 기체보다 열을 전달하는 능력이 우수하고 CPU나 GPU처럼 특정 부품이 아니라 서버 전체를 골고루 냉각할 수 있다는 점에서 일반적인 공랭식 냉각 시스템보다 더 우수한 효과를 기대할 수 있습니다. (사진) 이 방법은 상당히 혁신적이고 새로운 기술처럼 보이지만, 사실은 생각보다 오래전부터 사용된 기술입니다. 전자제품을 절연성 액체에 넣어 냉각시키는 기술을 침지 냉각 (immersion cooling) 혹은 액침 냉각 (liquid immersion cooling)이라고 부르는데, 이미 고성능 컴퓨터 냉각에 오래전부터 사용되고 있었습니다. 다만 일반적인 냉각 시스템에 비해 관리가 쉽지 않고 가격이 비싸 널리 상용화되지 않았을 뿐입니다. 그런데 최근 데이터 센터에서 열관리가 새로운 과제로 떠오르자 액침 냉각 기술이 다시 주목받고 있습니다. 이미 3M은 불소 소재를 이용한 절연성 냉각액인 노벡 엔지니어드 플루이드를 출시한 바 있습니다. 이 제품은 기가바이트나 후지쯔에서 개발한 액침 냉각 서버에 일부 사용됐지만, 아직 대규모 클라우드 서비스 기업에서 사용된 적은 없었습니다.마이크로소프트가 공개한 테스트 서버 역시 3M 제품을 사용합니다. 만약 마이크로소프트가 본격 도입된다면 주요 클라우드 서비스 기업 가운데 첫 번째로 액침 냉각 서버를 사용한 사례가 될 것입니다. 좀 더 기술적으로 깊이 들어가면 마이크로소프트의 액침 냉각 서버는 2상 액침 냉각 (two-phase liquid immersion cooling) 방식을 사용합니다. 서버가 작동하면 주요 부품의 온도가 섭씨 50도는 쉽게 넘기기 때문에 냉각액은 바로 펄펄 끓으면서 기체가 됩니다. 기화된 냉각액은 밀폐된 서버 상부의 냉각 코일에서 다시 액체로 변해 아래로 떨어지게 됩니다. 서버 안에서 기화와 응결의 두 과정(2상)을 거치는 것입니다. 이 방식을 통해 에너지를 5-15% 정도 절감하고 서버를 더 효과적으로 냉각해 안정적인 작동을 보장하는 것입니다. 참고로 3M 냉각액은 전자 제품에 손상을 주지 않으며 서버 역시 액체에 넣는 것을 고려해 제작되었기 때문에 장기간 작동을 보장합니다. 다만 이 방법은 기존의 냉각 방식보다 가격이 비싸고 상대적으로 관리가 까다롭습니다. 따라서 추가 비용보다 절감할 수 있는 에너지 비용이 많다는 점과 장애 없는 안정적인 서버 유지가 가능하다는 점을 입증해야 합니다. 이 과정은 몇 년 정도 걸릴 것입니다. 계속해서 서버를 액체 속에 담그는 마이크로소프트의 시도가 어떤 결실을 맺게 될지 궁금합니다. 고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com

애플의 노트북 신제품인 ‘M1 맥북프로 13인치’ 모델은 인텔에 있어 씁쓸함을 안겨 준 제품이다. 2005년부터 15년간 협력 관계를 유지하면서 인텔의 중앙처리장치(CPU)를 사용해 온 애플이 지난해 11월 ‘결별 선언’을 하고 곧장 자체 개발 칩세트 M1을 심은 것이 맥북프로 13인치다. 인텔 입장에선 ‘얼마나 잘 만들었나 한번 보자’는 마음도 있었겠지만 애플은 M1 맥북프로를 통해 결별 선언이 ‘이유 있는 자신감’에서 비롯된 것임을 드러냈다. 일주일가량 사용해 본 M1 맥북프로는 빠르면서 배터리 효율도 뛰어난 제품이란 인상을 받았다. 그럴 수 있었던 것은 애플이 설계한 칩세트인 M1의 성능이 좋은 데다가 맥북프로에 최적화돼 있는 덕분이다. M1은 PC의 두뇌라고 할 수 있는 CPU뿐 아니라 그래픽처리장치(GPU), 메모리 등이 한곳에 모여 있어 전작에 비해 처리 효율성이 크게 향상됐다. 맥북프로의 프로그램과 인터넷창을 한꺼번에 30여개 열어 봤는데도 딱히 구동이 느려지는 것을 느낄 수 없었다. 기존 제품보다 배터리 수명이 2배 늘어났다는 설명답게 일반적인 작업은 충전 없이 10시간을 훌쩍 넘겨도 문제가 없었다. 사용자들이 가장 걱정하던 프로그램 호환성 문제도 나름의 해결책을 내놨다. 인텔의 CPU와 애플의 M1은 각자 명령을 해석하는 방식이 달라서 일종의 번역이 필요하다. 그렇기에 인텔 CPU를 위해 만들어진 프로그램을 M1 맥북프로에서 사용하려면 ‘로제타2’라는 애플리케이션(앱)으로 번역을 거쳐야 했다. 대다수의 프로그램들은 문제 없이 실행이 되는 편이었는데 일부는 실행 도중 오류가 났다. 지난해 12월 공인인증서 제도가 폐지된 것도 맥북 사용자에겐 반가운 소식이다. 그동안 맥북에서 사용하기 쉽지 않았던 공인인증서 대신에 카카오톡, 패스(PASS) 등 민간인증서를 활용하니 국세청 ‘홈택스’를 통한 연말정산도 큰 문제 없이 마무리 지을 수 있었다. M1 맥북프로는 애플의 스마트폰이나 태블릿PC 제품과도 호환성이 좋았다. 애플의 스마트폰 신제품인 ‘아이폰12 프로’로 사진을 찍은 뒤 곧바로 맥북프로에서 확인이 가능했다. 아이폰이나 아이패드용 앱도 맥북용 앱장터에서 그대로 내려받을 수 있었다. 기존에 유료로 구매했던 앱들을 계속 사용할 수 있다는 것은 장점이다. 하지만 일부 개발사는 맥북에서는 앱 사용이 불가능하게 막아 놓거나, 아예 앱장터에 안 올려 놓기도 해서 아이폰을 사용할 때와 완전히 같은 사용환경은 아니었다. 무게는 1.4㎏으로 아주 무겁지는 않지만 다른 노트북과 비교한다면 휴대성이 좋지는 않았다. 본체 왼쪽에 USB-C 포트가 두 개 있기는 한데 국내에서 많이 쓰는 USB-A를 사용하려면 USB 허브를 별도로 사야 한다는 점도 아쉬웠다. 글 사진 한재희 기자 jh@seoul.co.kr

애플의 노트북 신제품인 ‘M1 맥북프로 13인치‘ 모델은 인텔에 있어 씁쓸함을 안겨 준 제품이다. 2005년부터 15년간 협력 관계를 유지하면서 인텔의 중앙처리장치(CPU)를 사용해 온 애플이 지난해 11월 ‘결별 선언’을 하고 곧장 자체 개발 칩세트 M1을 심은 것이 맥북프로 13인치다. 인텔 입장에선 ‘얼마나 잘 만들었나 한번 보자’는 마음도 있었겠지만 애플은 M1 맥북프로를 통해 결별 선언이 ‘이유 있는 자신감’에서 비롯된 것임을 드러냈다. 일주일가량 사용해 본 M1 맥북프로는 빠르면서 배터리 효율도 뛰어난 제품이란 인상을 받았다. 그럴 수 있었던 것은 애플이 설계한 칩세트인 M1의 성능이 좋은 데다가 맥북프로에 최적화돼 있는 덕분이다. M1은 PC의 두뇌라고 할 수 있는 CPU뿐 아니라 그래픽처리장치(GPU), 메모리 등이 한곳에 모여 있어 전작에 비해 처리 효율성이 크게 향상됐다. 맥북프로의 프로그램과 인터넷창을 한꺼번에 30여개 열어 봤는데도 딱히 구동이 느려지는 것을 느낄 수 없었다. 고해상도 동영상 편집 작업 중에도 끊김과 발열이 거의 느껴지지 않았다. 노트북을 덮었다가 다시 펼 때 거의 지연 없이 곧바로 화면이 등장했다. 기존 제품보다 배터리 수명이 2배 늘어났다는 설명답게 일반적인 작업은 충전 없이 10시간을 훌쩍 넘겨도 문제가 없었다.사용자들이 가장 걱정하던 프로그램 호환성 문제도 나름의 해결책을 내놨다. 인텔의 CPU와 애플의 M1은 각자 명령을 해석하는 방식이 달라서 일종의 번역이 필요하다. 그렇기에 인텔 CPU를 위해 만들어진 프로그램을 M1 맥북프로에서 사용하려면 ‘로제타2’라는 애플리케이션(앱)으로 번역을 거쳐야 했다. 대다수의 프로그램들은 문제 없이 실행이 되는 편이었는데 일부는 실행 도중 오류가 났다. 지난해 12월 공인인증서 제도가 폐지된 것도 맥북 사용자에겐 반가운 소식이다. 그동안 맥북에서 사용하기 쉽지 않았던 공인인증서 대신에 카카오톡, 패스(PASS) 등 민간인증서를 활용하니 국세청 ‘홈택스’를 통한 연말정산도 큰 문제 없이 마무리 지을 수 있었다.M1 맥북프로는 애플의 스마트폰이나 태블릿PC 제품과도 호환성이 좋았다. 애플의 스마트폰 신제품인 ‘아이폰12 프로’로 사진을 찍은 뒤 곧바로 맥북프로에서 확인이 가능했다. 아이폰이나 아이패드용 앱도 맥북용 앱장터에서 그대로 내려받을 수 있었다. 기존에 유료로 구매했던 앱들을 계속 사용할 수 있다는 것은 장점이다. 하지만 일부 개발사는 맥북에서는 앱 사용이 불가능하게 막아 놓거나, 아예 앱장터에 안 올려 놓기도 해서 아이폰을 사용할 때와 완전히 같은 사용환경은 아니었다. 무게는 1.4㎏으로 아주 무겁지는 않지만 다른 노트북과 비교한다면 휴대성이 좋지는 않았다. 본체 왼쪽에 USB-C 포트가 두 개 있기는 한데 국내에서 많이 쓰는 USB-A를 사용하려면 USB 허브를 별도로 사야 한다는 점도 아쉬웠다. 한재희 기자 jh@seoul.co.kr

냉전 시절 구소련은 미국을 중심으로 한 서방 세력에 맞서기 위해 과학기술 개발에 온 힘을 쏟았습니다. 하지만 이런 노력에도 IT 분야에서는 서방측을 따라잡기는커녕 자꾸만 격차가 벌어졌습니다. 중앙집권적 관료들의 지배를 받는 구소련의 IT 기구들은 자유로운 연구와 창업이 보장된 서방의 IT 혁신을 따라잡을 수 없었습니다. 이런 상황에서 구소련이 선택할 수 있는 가장 합리적인 해결책은 서방의 기술을 복제해 CPU를 만드는 것입니다. 구소련의 과학자들은 역설계 기술을 통해 인텔, IBM 등 서방 제조사의 CPU를 복제한 해적판 CPU를 만들었습니다. 물론 소프트웨어라고 해서 예외는 아니었습니다. 그러나 구소련이 붕괴되고 라이선스 없이 마음대로 서방측 기술을 사용할 수 없게 되자 새로운 대안이 필요했습니다. 1992년 모스크바 물리기술 대학의 스핀 오프 기업으로 설립된 MCST(Moscow Center of SPARC Technologies)는 이름처럼 미국 IT 기업인 Sun(나중에 오라클에 인수)이 개발한 SPARC 계열 CPU를 연구하고 개발하기 위해 설립됐습니다. 하지만 이 회사는 또 다른 서방측 프로세서 기술에도 주목했습니다. 바로 VLIW(Very long instruction word) 기반 아키텍처입니다. VLIW는 동시에 여러 명령어를 처리할 수 있는 기술로 주목받았으나 사실 주류에 해당하는 x86이나 ARM 아키텍처에 밀려 큰 힘을 쓰지는 못하고 있습니다. 현재는 특수 목적의 임베디드 프로세서나 일부 GPU에 사용되고 있을 뿐입니다. 그런 VLIW 아키텍처가 러시아에서 부흥한 이유는 서방측의 제재에 맞서 러시아산 x86 호환 프로세서가 필요했기 때문입니다. MCST가 개발한 엘브루스(Elbrus) CPU는 내부적으로는 VLIW로 돌아가지만 x86 명령어를 번역하는 방법으로 x86 기반 윈도우나 리눅스 운영체제를 구동할 수 있습니다. 이는 일종의 VLIW 방식 CPU였던 인텔 아이테니엄(Itanium)이나 지금은 사라진 저전력 x86 호환 프로세서인 트랜스메타의 크루소(Crusoe)와 같은 방식입니다. 엘브루스 CPU의 최신 버전은 2018년 말 생산을 시작한 엘브루스-8SV(Elbrus-8SV)로 대만 TSMC의 28nm 공정으로 제조한 8코어 CPU입니다. 27.8억개의 트랜지스터를 집적한 나름 큰 프로세서로 4채널 DDR4 2400 메모리와 16MB L3 캐시 메모리, 1.5GHz 클럭을 지니고 있습니다. 이론적 연산 능력은 단정밀도에서 576GFLOPS이지만, x86 명령어를 처리하는 경우 성능이 하락한다는 점을 감안해야 합니다. 실제적인 성능은 서방측 최신 x86 CPU는 물론 ARM 기반 고성능 프로세서에 크게 못 미치는 것으로 알려져 있습니다. 하지만 러시아 입장에서는 서방의 제재에도 x86 호환 CPU를 자체 공급할 수 있다는 사실이 더 중요할 것입니다. 최근 러시아 연방 산업 통상부는 32코어 고성능 엘브루스 CPU를 개발하기 위해 75억 루블(1092억원)을 투자하겠다고 발표했습니다. 러시아 입장에서는 상당한 거금을 들여 신형 CPU를 개발하는 것으로 2025년까지 현재 서방측 서버 CPU를 넘볼 수 있는 프로세서를 개발하는 것이 목표입니다. 32코어 엘브루스 CPU는 7nm 미세 공정을 사용하며 DDR5 및 PCIe 5.0 같은 최신 기술을 적용할 예정입니다. 계획대로만 된다면 엘브루스 CPU는 미국 이외의 국가에서 제조하는 x86 호환 CPU 가운데 가장 강력한 성능을 지닌 CPU가 될 것입니다. 하지만 러시아가 서방측 제재를 뚫고 순조롭게 차세대 CPU를 개발할 수 있을지는 아직 미지수입니다. 가장 큰 문제는 러시아는 자체 반도체 제조 시설이 매우 낙후되어 있다는 것입니다. 엘브루스의 경우 90nm 공정을 사용한 엘브루스 2S 시리즈까지는 어떻게든 러시아 자체 팹을 사용했으나 그 이하 미세 공정을 러시아 내에서 확보할 방법이 없어 결국 TSMC에 위탁 생산을 하는 수밖에 없었습니다. 7nm 미세 공정은 현재 러시아 사정을 생각할 때 5년이 아니라 10년 후에도 가능할지 의문스러운 수준으로 결국 TSMC 같은 외국 제조사의 힘을 빌려야 합니다. 미국 등 서방측이 이 부분까지 제재할 경우 러시아의 CPU 자력갱생은 상당한 어려움에 처할 것입니다. 물론 DDR5 같은 최신 메모리 역시 한국 등 다른 나라에서 전량 수입해야 하는 처지입니다. 하지만 러시아 입장에서는 하나라도 더 자체 생산하는 편이 안전하기 때문에 32코어 엘브루스 프로세서 개발 계획을 철회하지는 않을 것으로 생각됩니다. 러시아 역시 서방측이 CPU에 백도어를 숨겨두지 않았을까 걱정하고 있기 때문에 설령 위탁생산을 하더라도 군용 및 정부용 컴퓨터에는 자체 설계 CPU를 사용할 수밖에 없는 것입니다. 사실 경제 논리로 생각하면 러시아도 다른 나라처럼 인텔이나 AMD CPU를 사용하는 것이 가장 합리적입니다. 좁은 러시아 내수 시장을 위해 소량 생산되는 만큼 성능이 낮다고 가격을 낮출 수도 없습니다. 가성비가 낮은 만큼 엘브루스 CPU는 미국제 CPU를 사용할 수 없는 피치 못할 사정이 있고 혹시 러시아가 심었을지도 모르는 백도어가 걱정되지 않는 국가가 아니라면 도입할 가능성도 희박합니다. 수출로 활로를 뚫어 경제성을 확보할 가능성이 거의 없다는 것이죠. 그러나 경제 논리를 대신할 러시아의 정치적 사정이 있는 만큼 세상에서 가장 기이한 x86 호환 CPU인 엘브루스의 진화는 당분간 계속될 것입니다. 고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com

SK텔레콤이 이번에는 인공지능(AI) 반도체 산업에 진출한다. SK텔레콤은 메모리 반도체에서 강세를 보이는 SK하이닉스를 자회사로 보유하고 있긴 하지만 직접 반도체를 개발해서 이것의 ‘세일즈’에 팔을 걷어붙이고 나서는 것은 이번이 처음이다. SK텔레콤은 25일 경기 고양시 킨텍스에서 열린 ‘한국판 뉴딜, 대한민국 인공지능을 만나다’ 행사를 통해 인공지능(AI) 반도체인 ‘사피온 X220’을 공개했다. 2017년부터 반도체 개발에 뛰어들어 그동안 자체 수급용으로 칩을 만들었으나 이번 제품은 고객사에도 판매할 계획이다. 온라인쇼핑, 모빌리티, 온라인동영상서비스(OTT), 음악감상서비스, 앱장터 등에 뛰어든 SK텔레콤이 ‘탈통신’ 사업 진출에 박차를 가하는 모양새다. SK텔레콤은 “국내 최초의 데이터센터용 AI 반도체”라면서 “이번 출시를 통해 SK텔레콤은 엔비디아, 인텔, 구글 등 글로벌 빅테크 기업 중심의 미래 반도체 시장에 출사표를 던졌다”고 밝혔다. AI반도체 산업는 ‘제2의 D램’이라 불릴 정도로 미래 전망이 밝다. 사람 뇌의 신경망을 모방해 한꺼번에 수십~수천개의 연산을 동시에 실행하는 AI 반도체는 입력 순서에 따라 데이터를 순차 처리하는 기존 반도체의 한계를 극복했다. 전력소모도 낮다. 자율주행차나 스마트폰 등이 고도화될수록 AI반도체의 쓰임이 더 많아질 것으로 전망된다. 시장조사기관 가트너에 따르면 글로벌 AI 반도체 시장은 2018년 약 7조 8000억원에서 2024년 약 50조원으로 연평균 36%의 가파른 성장이 예상된다.SK텔레콤 관계자는 “‘사피온 X220’은 기존 그래픽처리장치(GPU) 대비 성능이 우수하고 가격이 저렴하다”면서 “‘사피온 X220’은 GPU 대비 딥러닝 연산 속도가 1.5배 빠르기 때문에 데이터센터에 적용시 데이터 처리 용량이 1.5배 증가한다”고 밝혔다. 이어 “가격은 GPU의 절반 수준이고 전력 사용량도 80%에 불과하다”고 덧붙였다. ‘사피온 X220’이 적용되면 SK텔레콤의 AI비서인 ‘누구’의 음성인식 능력이 향상되고, ‘T뷰’의 영상 관제 기능이 개선될 것으로 보인다. SK텔레콤은 올해부터 자사 서비스에 ‘사피온 X220’을 적용할 예정이다. 내년부터는 고객사를 확보해 위탁생산(파운드리)을 통한 양산에 돌입할 예정이다. SK텔레콤은 현재 개발중인 후속 제품도 2022년 양산하는 것을 목표로 잡고 있다. SK텔레콤 관계자는 “SK하이닉스는 메모리 분야에서 잘하고 있다. 데이터센터용 AI 반도체 부문은 사업 영역이 겹치지 않을 것”이라고 말했다. 또한 SK텔레콤은 이날 자사의 AI 반도체 브랜드인 ‘사피온’도 함께 공개했다. ‘사피온’은 인류를 뜻하는 ‘사피엔스’와 영겁의 시간을 뜻하는 ‘이온’의 합성어다. 인류에게 AI 반도체 기반 인공지능 혁신의 혜택을 지속 제공하겠다는 의지를 담았다고 회사 측은 설명했다. 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