기본 콘텐츠로 건너뛰기

무어의 법칙은 끝났을까? (6)





 앞서 포스트에서 언급했듯이 시장 독점 때문이 아니라도 공정 미세화의 어려움으로 인해 이미 무어의 법칙은 통하지 않게 되었습니다. 더구나 반도체 설계가 매우 복잡해지면서 사실 두 배의 트랜지스터를 집적했다는 것이 두 배의 성능을 의미하지는 않게 되었습니다. 이전 포스트에서 충분하지는 않았지만, 공정 미세화의 어려움을 설명했다면 이번에는 미세화된 공정 때문에 발생하는 어려움을 설명해 보겠습니다. 


 - 멀티 코어 아키텍처 


 CPU나 GPU의 발전 방향은 하나의 코어나 유닛에서 더 많은 연산 능력을 갖추게 하는 방향으로 발전해왔지만, 결국은 여러 개의 코어를 병렬로 연결하는 멀티 코어 방향으로 발전하고 있습니다. 한 개의 코어 면적을 두 배로 늘리면 설계도 복잡해질 뿐 아니라 연산 능력이 두 배씩 증가하기 어렵기 때문에 같은 코어 두 개를 넣는 것이 더 유리합니다. 


 GPU처럼 작업량을 잘게 쪼개기 쉬운 경우에는 이미 이와 같은 구조가 일반화되어 현대적인 GPU는 여러 개의 작은 코어 (스트림 프로세서 혹은 CUDA)가 반복되는 구조를 지니고 있습니다. 하지만 이보다 범용 프로세스를 담당해야 하는 CPU는 여러 가지 명령어를 수행할 수 있는 복잡한 구조를 지니고 있어 GPU처럼 잘게 코어를 쪼개기는 어렵습니다. 더 나아가 CPU는 작업 특성상 하나의 코어라도 모든 메모리에 접근하거나 코어간 작업을 공유해야 하기 때문에 멀티 코어 적용에 어려움이 있습니다. 인텔과 AMD는 서로 다른 접근법으로 이 문제를 해결했습니다. 


 인텔은 브로드웰 이전에는 링 버스 (ring bus)구조를 가지고 있었습니다. 최대 12개씩 코어가 순환하는 링처럼 연결되어 하나의 CPU로 작동하는 것이죠. 브로드웰에서는 링 두 개를 이용해서 최대 24개의 코어를 집적했는데, 결국 링이 길어지면 서로 간의 연결이 길어지고 링이 여러 개면 서로 데이터 공유가 어려워지는 문제가 있었습니다. 


 그래서 인텔은 바둑판처럼 코어를 배열하는 격자 모양 구조인 메쉬 아키텍처(Mesh architecture)를 개발했습니다. 스카이레이크 SP/X에서 선보인 메쉬 아키첵처는 코어를 3x4, 4x5, 5x6 으로 배열하는 방식으로 앞으로 6x7, 7x8 배열도 나올 수 있을 것으로 보입니다. 이미 제온 파이에서 이런 구조를 선보인 인텔은 바둑판 모양으로 코어를 배치해 서로 데이터를 공유할 수 있는 구조를 당분한 사용할 것으로 보입니다. 






(링 버스(위)와 메쉬 아키텍처 (아래) 출처: 인텔) 


 메쉬 구조는 링 버스에 비해서 더 많은 코어를 연결하는 데 유리하지만, 대신 그 만큼 크기가 커지는 것으로 보입니다. 앞서 포스트에서 설명했듯이 스카이레이크 SP는 브로드웰 EP에 비해 다이 사이즈가 꽤 커졌는데, 이는 MLC(mid level cache)를 1MB로 늘리는 등 구조 변화에도 이유가 있겠지만, 메쉬 아키텍처에도 이유가 있는 것으로 보입니다. 


 이 역시 트랜지스터 집적도가 두 배가 되도 성능은 두 배가 되지 않은 이유를 설명해주고 있습니다. CPU코어수가 늘어나고 메모리 채널과 PCIe 등 다른 I/O 관련 부분이 증가하면 코어 이외의 부분이 크게 증가하기 때문입니다. 늘어난 트랜지스터의 상당 부분은 연산에 직접 참여하는 코어와 캐쉬가 아니라 다른 부분일 수 있습니다. 8코어 인데도 48억개의 트랜지스터를 집적한 라이젠 역시 같은 이슈를 지니고 있는 것으로 추정됩니다. 


 AMD의 젠 아키텍처의 접근법은 하나의 큰 묶음이 아닌 여러 개의 다이를 서로 연결시키는 것입니다. 인피니티 패브릭 (Infinity fabric)은 다이와 다이, 소켓과 소켓 그리고 주변 기기를 연결하는 I/O 방식으로 2/4개의 다이를 하나의 CPU처럼 사용할 수 있게 해줍니다. 





(출처: AMD) 




 하지만 이와 같은 접근법은 결국 먼 메모리와 가까운 메모리 사이의 속도 차이를 만들어 전체 성능을 떨어뜨리게 됩니다. 그래도 별도의 빅칩을 만들 필요 없이 여러 개의 중간 크기 다이를 엮어서 큰 CPU를 만들 수 있으므로 그에 따른 이점이 훨씬 클 것입니다. 실제로 32코어의 에픽 프로세서 벤치 마크 결과는 이와 같은 사실을 그대로 보여주고 있습니다. 다만 172억개라는 트랜지스터 숫자에 비해 코어 숫자가 상대적으로 적어 I/O 및 인피니트 패브릭에 사용되는 부분이 그만큼 큰 것이 아닌가라는 궁금증이 생깁니다. 


 쓰다보니 길어져서 일단 여기서 마무리하고 다음 포스트에서 계속이야기 하겠습니다. 아무튼 공정 미세화를 통해 트랜지스터 집적도를 늘리고 코어수를 증가시키는 것도 어렵지만, 더 커진 프로세서를 정상적으로 작동하게 만드는 일도 역시 어렵다고 할 수 있을 것입니다. 이 모든 어려움이 합쳐져서 결국 무어의 법칙을 통하지 않게 만들었다고 할 수 있을 것입니다. 하지만 그렇다고 프로세서 발전이 멈춘 것은 아니고 앞으로 더 발전할 수 있는 여지는 충분히 남아있습니다. 


 참고 






댓글

이 블로그의 인기 게시물

벨 V-280 Valor 시험 비행 성공

( The V-280 Valor flew for the first time at Bell Helicopter's Amarillo Assembly Center in Texas(Credit: Bell Helicopter/YouTube) )  앞서 소개드린 V-280 발러가 첫 번째 비행 테스트에 성공했다는 소식입니다. V-22 오스프리의 소형화 버전이라고 할 수 있는 V-280 발러는  미 육군의 차세대 헬기 사업인 Future Vertical Lift (FVL)에 입찰을 시도하는 틸트로터기로 현재 미 육군이 주력으로 사용하는 블랙호크 헬기와 비슷한 체급입니다. 다만 틸트로터기인 만큼 최고 속도나 항속 거리면에서 더 유리합니다. 스펙은 이전 포스트를 참조해 주시기   이전 포스트:  https://blog.naver.com/jjy0501/221115245986  (동영상)   V-280 발러는 틸트로터기의 더 대중화 될 수 있을지를 검증하는 중요한 무대가 될 것입니다. V-22 오스프리의 경우 복잡한 구조로 인해 가격이 너무 비싸져서 사실 미국은 몰라도 그 동맹국에 널리 도입되기는 어려운 부분이 있습니다. V-280 역시 가격이 아주 저렴할 것 같지는 않지만, 좀 더 합리적인 대안은 될 수 있을 것 같습니다. 만약 성공적인 결과가 나오면 한국을 포함한 미국의 동맹국에서 도입을 검토할 수 있을지 모르겠다는 생각입니다.   참고  https://newatlas.com/bell-v-280-valor-maiden-flight/52663/

세상에서 가장 큰 벌

( Wallace's giant bee, the largest known bee species in the world, is four times larger than a European honeybee(Credit: Clay Bolt) ) (Photographer Clay Bolt snaps some of the first-ever shots of Wallace's giant bee in the wild(Credit: Simon Robson)  월리스의 거대 벌 (Wallace’s giant bee)로 알려진 Megachile pluto는 매우 거대한 인도네시아 벌로 세상에서 가장 거대한 말벌과도 경쟁할 수 있는 크기를 지니고 있습니다. 암컷의 경우 몸길이 3.8cm, 날개너비 6.35cm으로 알려진 벌 가운데 가장 거대하지만 수컷의 경우 이보다 작아서 몸길이가 2.3cm 정도입니다. 아무튼 일반 꿀벌의 4배가 넘는 몸길이를 지닌 거대 벌이라고 할 수 있습니다.   메가칠레는 1981년 몇 개의 표본이 발견된 이후 지금까지 추가 발견이 되지 않아 멸종되었다고 보는 과학자들도 있었습니다. 2018년에 eBay에 표본이 나왔지만, 언제 잡힌 것인지는 알 수 없었습니다. 사실 이 벌은 1858년 처음 발견된 이후 1981년에야 다시 발견되었을 만큼 찾기 어려운 희귀종입니다. 그런데 시드니 대학과 국제 야생 동물 보호 협회 (Global Wildlife Conservation)의 연구팀이 오랜 수색 끝에 2019년 인도네시아의 오지에서 메가칠레 암컷을 야생 상태에서 발견하는데 성공했습니다.   메가칠레 암컷은 특이하게도 살아있는 흰개미 둥지가 있는 나무에 둥지를 만들고 살아갑니다. 이들의 거대한 턱은 나무의 수지를 모아 둥지를 짓는데 유리합니다. 하지만 워낙 희귀종이라 이들의 생태에 대해서는 거의 알려진 바가 없습니다.  (동영상)...

몸에 철이 많으면 조기 사망 위험도가 높다?

 철분은 인체에 반드시 필요한 미량 원소입니다. 헤모글로빈에 필수적인 물질이기 때문에 철분 부족은 흔히 빈혈을 부르며 반대로 피를 자꾸 잃는 경우에는 철분 부족 현상이 발생합니다. 하지만 철분 수치가 높다는 것은 반드시 좋은 의미는 아닙니다. 모든 일에는 적당한 수준이 있게 마련이고 철 역시 너무 많으면 여러 가지 질병을 일으킬 수 있습니다. 철 대사에 문제가 생겨 철이 과다하게 축적되는 혈색소증 ( haemochromatosis ) 같은 드문 경우가 아니라도 과도한 철분 섭취나 수혈로 인한 철분 과잉은 건강에 문제를 일으킬 수 있습니다. 하지만 높은 철 농도가 수명에 미치는 영향에 대해서는 잘 알려지지 않았습니다.   하버드 대학의 이야스 다글라스( Iyas Daghlas )와 임페리얼 칼리지 런던의 데펜더 길 ( Dipender Gill )은 체내 철 함유량에 영향을 미치는 유전적 변이와 수명의 관계를 조사했습니다. 연구팀은 48972명의 유전 정보와 혈중 철분 농도, 그리고 기대 수명의 60/90%에서 생존 확률을 조사했습니다. 그 결과 유전자로 예측한 혈중 철분 농도가 증가할수록 오래 생존할 가능성이 낮은 것으로 나타났습니다. 이것이 유전자 자체 때문인지 아니면 높은 혈중/체내 철 농도 때문인지는 명확하지 않지만, 높은 혈중 철 농도가 꼭 좋은 뜻이 아니라는 것을 시사하는 결과입니다.   연구팀은 이 데이터를 근거로 건강한 사람이 영양제나 종합 비타민제를 통해 과도한 철분을 섭취할 이유는 없다고 주장했습니다. 어쩌면 높은 철 농도가 조기 사망 위험도를 높일지도 모르기 때문입니다. 그러나 임산부나 빈혈 환자 등 진짜 철분이 필요한 사람들까지 철분 섭취를 꺼릴 필요가 없다는 점도 강조했습니다. 연구 내용은 정상보다 높은 혈중 철농도가 오래 유지되는 경우를 가정한 것으로 본래 철분 부족이 있는 사람을 대상으로 한 것이 아니기 때문입니다. 낮은 철분 농도와 빈혈이 건강에 미치는 악영향은 이미 잘 알려져 있기 때문에 철...