킬로와트급 TDP 지닌 프로세서 등장할까?

(출처: TSMC)

최근 반도체 업계의 새로운 트랜드는 여러 개의 작은 칩렛을 묶어서 하나의 프로세서로 만드는 것입니다. 과거처럼 반도체 공정 미세화가 물리적으로 힘들어지고 있고 가격도 폭등하자 대안으로 나온 것이 여러 공정에서 나온 작은 칩렛들을 2차원 혹은 3차원으로 묶어 하나로 패키징하는 것입니다.

TSMC는 CoWoS나 InFO 같은 2D, 2.5D 혹은 3D 반도체 패키징 기술 덕분에 멀티 칩렛 시스템 인 패키지 multi-chiplet system-in-packages (SiPs)가 고성능 프로세서 시장에서 일반적인 형태가 될 것으로 예상했습니다. 덕분에 3000억 개의 트랜지스터를 집적한 프로세서 개발이 가능해지겠지만, 대신 전력 소모량과 발열량이 1000W가 넘게 될 것으로 예상했씁니다.

이미 싱글 칩 프로세서 가운데 가장 크고 복잡한 H100 호퍼 GPU의 경우 다이 면적이 814㎟에 달하고 트랜지스터 숫자도 800억개에 이르러 전력 소모량이 700W에 달합니다. 따라서 독자 인터페이스 및 규격을 사용하거나 혹은 수냉식 그래픽 냉각 솔루션을 제공합니다.

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사실 H100의 등장은 1kW급 프로세서의 등장을 예고하는 것이나 다를 바 없습니다. 앞으로 AMD, 인텔, 엔비디아 모두 여러 개의 칩을 하나로 묶어 더 거대한 칩을 개발할 것이기 때문입니다. HPC 및 서버 시장에 집중하지 않는 애플을 논외로 치면 킬로와트급 TDP를 지닌 프로세서의 등장은 사실 필연적이라고 볼 수 있습니다.

앞서 소개한 것처럼 TSMC는 아예 반도체 통합 수냉 기술을 개발해 2.6kW의 TDP도 감당할 수 있다고 주장하고 있으나 기술적으로 매우 까다롭고 비용이 많이 들 것으로 예상되어 실용성에 대해서는 다소 의문입니다.

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결국 현실적으로 생각하면 엔비디아의 수냉 일체형 시스템 같은 형태가 더 일반적이 될 것으로 보입니다. 전력 소모량보다 성능 향상폭이 더 크기 때문에 당분간 와트 당 성능비는 지속적으로 개선되겠지만, 앞으로 마이크로아키텍처나 반도체 제조 공정 모두 에너지 효율을 높이는 방향에 중점을 두어야 하지 않을까 하는 생각도 드네요.

참고

https://www.anandtech.com/show/17461/as-hpc-chips-grow-so-does-need-for-1kw-cooling

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