[분석정보] 또 하나의 초저소비 전력 CPU Silverthorne

CPU 코어가 매우 작은 실버쏜

Intel이 개발하고 있는 또 하나의 IA 프로세서 라인 "LPIA (Low Power Intel Architecture)" 현재 제공되고 있는 제 1세대의 LPIA 인 "A100 / A110 (Stealey)"은 실제로는 90nm 공정의 "Dothan (도선)"을 저클럭 & 저소비 전력화 시킨 파생 버전에 불과하다. 그러나 내년 (2008년) 전반에 LPIA로서 개발된 최초의 CPU 인 "Silverthorne (실버쏜)"이 등장한다.

 Silverthorne의 마이크로 아키텍처는 현재의 Core Microarchitecture (Core MA)와는 완전히 다르다. 저전력에 한층 최적화 된 새로운 마이크로 아키텍처가 된다고 한다. 진정한 LIPA는 Silverthorne부터 시작하게 된다. Silverthorne에서는 0.5W 수준의 TDP (Thermal Design Power : 열 설계 전력)가 된다. 또한 성능 수준도 거의 현재의 LPIA 수준을 유지한다고 한다. (이 성능이란게 IPC를 얘기하는게 아닙니다. 최종 성능을 말하는 거죠. IPC가 낮지만 클럭을 높여서. 성능이란게 결국 실행 속도가 중요한거지.. IPC가 높냐, 클럭이 높냐 이게 중요한게 아니죠. 이건 방법일 뿐, 목표가 아니니까요. 물론 데스크탑 수준의 고성능 CPU에서는 전력을 잡으면서 클럭을 올릴 수 있느냐가 문제이긴 하죠.)

동전보다 작은 Silverthorne (Atom 아톰)

지난주 베이징에서 개최된 "Intel Developer Forum (IDF)"에서 공개된 Silverthorne은 실제로 Core MA의 CPU와는 전혀 다른 외관 이었다. 다이 (반도체 본체) 크기는 같은 45nm 공정의 Core MA CPU "Penryn (펜린)"의 약 4분의 1로 매우 작다. CPU 코어의 크기는 Penryn의 절반. CPU 코어의 규모로는 Pentium III 시대로 돌아가게 된다.

 지금까지도 x86 계의 저전력 임베디드 CPU는 존재했다. 그러나 LPIA가 다른 것은, LPIA가 그 시장용으로 처음부터 설계된 제품인 점이다. 기존이라면 임배디드 계의 저소비 전력 제품은 옛 마이크로 아키텍처의 CPU를 유용하는 것이 많았다. 하지만 LIPA는 최신의 PC용 CPU와 거의 같은 특징을 모두 갖추고, 동시에, 적당한 성능 범위도 달성한다.

 TDP로 보면 PC용 CPU와 LPIA 계 라인은 사용처가 나뉜다. 지금의 PC용 x86 CPU는 5W 대에서 100W 대의 TDP 범위다. 반면, 저전력 x86 CPU는 3W 이하의 TDP 범위를 커버 한다고 보인다. 즉, 기능은 거의 같고, TDP와 성능의 범위를 완전히 벗어난 CPU가 LPIA로 제공된다.

TDP로 보는 CPU와 LPIA의 사용처 분리

기존 CPU를 사용한 Stealey에 비해 신규 설계한 Silverthorne

Intel은 노트북 PC보다 작은 폼 팩터를 노리는 울트라 모바일 플랫폼 (Ultra Mobile Platform)을 1년을 두고 단계적으로 충실하게 간다. Intel은 공약으로 2006년의 ULV (초 저전압) 모바일 플랫폼에 비해서 2007년 Stealey에서 CPU TDP를 2 분의 1, CPU 패키지 크기를 4 분의 1로, 2008 년 Silverthorne에서 CPU TDP 10 분의 1, CPU 패키지 크기를 7 분의 1로 하고 있었다. 이 공약은 달성하고 있다.

 지금까지 이 시장용으로 Intel은 저전력 CPU로서 ULV 판의 Celeron M (Dothan ULV)를 제공해 왔다. 이 Dothan은 TDP가 5.5W에 FSB 400MHz, L2 캐시가 512KB (사용하지 못하는 캐시 영역은 비활성화 되어 있는) 버전이다. 칩셋은 915GMS과 ICH6의 조합이다.

 반면 올해 (2007년)의 플랫폼 "McCaslin (맥카스린)"은 CPU가 A100 / A110 (Stealey), 칩셋이 "945GU (Little River)", 사우스 브릿지가 ICH7U의 조합. 내년 (2008년)의 "Menlow (멘로우)"에서는, CPU가 Silverthorne 칩셋이 "Poulsbo"의 조합이다. 한층 더 그 앞은 원칩의 SoC (System on a Chip) 솔루션도 제공한다.

 2007년의 Stealey는 실제로는 90nm 공정의 Dothan ULV의 파생품이다. CPU의 실리콘 자체는​​ 거의 변하지 않았다. 같은 다이 크기, 같은 400MHz FSB, 같은 512KB L2 캐시이지만, CPU 클럭은 900MHz에서 800 / 600MHz로 낮춰 TDP도 3W로 낮췄다.

Intel의 Anand Chandrasekher (아난드 찬드라세커) 씨

"2007년의 울트라 모바일 플랫폼은, 기존의 초저전압 (ULV) 판 노트북 PC용 제품의 파생품이다. 보면 아는대로 2006년과 2007년 (CPU의) 실리콘은 같다. 그러나 CPU 패키지는 전혀 다르다.

 McCaslin에서는 (CPU를)보다 낮은 전압으로 구동하는 것으로, 목표 전력 소비량을 달성했다. 그러나 McCaslin에서의 확실한 작업은 패키지 영역에서 이루어졌다. 그것이 2007년의 플랫폼이다 "라고 Intel의 Anand Chandrasekher (아난드 찬드라세커) 씨 (Senior Vice President, General Manager, Ultra Mobility Group)는 말한다.

 즉, Dothan ULV를 저전압 구동 & 저주파수로 하고, 패키지를 크게 바꾼 버전이 Stealey이다.

 그에 반해 Silverthorne에서는 CPU가 완전히 바뀐다. Silverthorne은 Banias (Pentium M) 계와도 Core MA와도 다른 마이크로 아키텍처를 가져 울트라 모바일에 최적화되어 있다고 한다.

 "2008년의 Menlow에서는 CPU는 새로 일으킨 설계가 된다. 눈부신 개선이 이루어진다. 명령어 세트 수준에서 Merom과 100% 호환이다. Merom이 갖춘 것은 Silverthorne도 갖추고 있다. 그러나 마이크로 아키텍처는 완전 Merom과는 떨어져 있다. (명령을 처리 할 수 있는 능력과 성능은 별개 입니다. AMD와 인텔 CPU간의 성능이 차이나는 이유도, 아톰과 코어i CPU가 성능이 차이나는 이유죠. 성능이 높은 코어 i CPU는 아톰과도 AMD CPU 보다도 훨씬 더 코어당 많은 회로가 사용되며, 그만큼 더 명령 실행 능력이 높습니다. 그냥 이렇게 단순한거지.. 일부 정신 나간 사람들이 말하는 인텔 최적화로 프로그램을 만들어서 인텔이 성능 좋다. 인텔 컴파일러가 그렇다 이런게 아닙니다 (무엇보다 컴파일러는 인텔만 만드는게 아님). 그러면 아톰도 성능이 좋아야죠. 간단히 수퍼파이를 실행해도 인텔이 더 빠른건 연산기의 성능이 월등히 좋기 때문 입니다. AMD 페넘2 까지 인텔의 SSE4를 지원하지 않는데, 페넘2에서 실행 안되게 프로그램 업체를 매수해서 인텔이 막았다는 정신 나간 사람도 있죠. SSE4a라는 이름만 보고 SSE4를 모두 지원하고 AMD가 더 추가한 상위 셋트인줄 알고 하는 얘기인듯.. 설사 아톰이나, AMD CPU가 확장 명령을 동일하게 지원해도, 확장 명령의 처리 성능이 같다는 말은 아닙니다. 똑같이 투수인데 투수마다 왜 구속이 다르나요? 똑같이 자동차 엔진인데 왜 엔진마다 출력이 다르나요? 라고 의문을 갖고 병신력을 합친 형태.)

 Merom는 매우 높은 성능에 최적화 되어 있다. 그것에 비해서 Silverthorne는 GHz 이슈 수준이지만, 전력 소비를 매우 고려한 성능에 최적화 되어 있다.

 2007년의 플랫폼은 노트북 PC 패밀리에서 파생품으로, 그 성격도 노트북 PC 제품에 매우 가깝다. 그러나 2008년의 제품은 훨씬 모바일 네트워크 장치에 가깝다. 모바일 네트워크 장치에 최적화 된 것이 2008년의 플랫폼이다 "라고 Chandrasekher 씨는 설명한다.

Silverthorne의 다이 크기는 Penryn의 약 4 분의 1

Intel은 Silverthorne를 어떻게 모바일용으로 최적화 한 것이다. 그것은 Silverthorne를 같은 45nm 공정 세대의 Core MA CPU인 "Penryn (펜린)"과 비교하면 보인다.

 IDF에서는 Penryn과 Silverthorne을 비교한 슬라이드 (사진 1)이 제시되었다. 그러나 실제로는 이 2개의 CPU는 스케일이 맞지 않는다. 두 CPU 마이크로 아키텍처를 비교하려면, 우선, Silverthorne의 다이의 대략적인 크기를 산출할 필요가 있다.

[사진 1] IDF에서 나타난 Penryn과 Silverthorne의 슬라이드

 IDF에서는 프레스 브리핑에서 3 세대 울트라 모바일 플랫폼용 CPU를 나란히 놓은 전시도 이루어졌다. 사진 2는 그 전시를 촬영한 것이다. 그리고 같은 사진에 찍힌 CPU 칩을 잣대와 나란히 한 수정 사진이 사진 3이다.

[사진 2] 3 세대의 울트라 모바일 플랫폼의 비교

[사진 3] 3 세대의 울트라 모바일 플랫폼의 비교 (수정판)

이것을 보면 스케일은 명확해진다. 왼쪽의 Dothan ULV가 표준적인 35mm 변 패키지. Stealey가 14mm × 19mm 패키지로 CPU 다이는 12.54mm × 6.99mm로 Dothan ULV와 같다. 그것에 비해서 Silverthorne는 약 13mm × 약 13.5mm 정도의 패키지다. 참고로, Dothan ULV의 패키지 면적이 1,225 제곱 mm인 반면, Silverthorne의 패키지는 약 169 제곱 mm이므로, 7 분의 1로 한다는 Intel의 약속대로 라는 것이다.

 패키지의 대략적인 크기를 알면, 패키지와 비교로 Silverthorne의 대략적인 다이 크기 (반도체 본체의 면적)는 산출된다. 실측으로는 세로가 3.1mm 조금, 가로가 8.3mm 정도로 보인다. 엄밀하게는 다를지도 모르지만 대충으로는 이 정도면 틀리지 않다고 보인다. 그러면 다이 면적은 약 26 제곱 mm로 추측된다. (실제 인텔이 직접 ISSCC에서 공개한 내용은 25 제곱mm. 거의 정확한 추측이라고 봐야죠.)

 이에 비해서 Penryn 6M는 12.4mm × 8.68mm로, 다이 면적은 107.6 제곱 mm. 그러면 Silverthorne이 Core MA의 4 분의 1 정도의 다이 크기라는 정보와 부합한다. 그래서 앞의 Penryn과 Silverthorne의 비교 슬라이드로 돌아가면, Silverthorne의 쪽을 88% 정도로 축소하면 같은 스케일로 비교할 수 있는 것을 알 수있다. 그래서 수정을 더한 것이 아래의 슬라이드다.

[사진 4]IDF에서 나타난 Penryn과 Silverthorne의 슬라이드의 정확한 비율

  다음으로 이 슬라이드를 기반으로, 양 CPU 다이를 큰 블록 단위로 분해해서 비교해 본다. 알 수 없는 블록도 많지만, 명료하게 알 수 있는 부분의 비교만으로도 재미있는 것이 보인다.

 아래가 두 CPU의 블록을 대략 비교한 그림이다. 보는 대로, Silverthorne의 CPU 코어는 Penryn의 1 CPU 코어의 약 절반, L2 캐시는 약 10분의 1, I / O 버스는 거의 같은 면적으로 되어 있다. 이것은 무엇을 의미하는지, 다음 회는 Penryn과 Silverthorne의 양 CPU의 비교에서 추측되는 Silverthorne의 아키텍처를 리포트 하자.

Silverthorne의 블록끼리의 비교

2007년 4월 25일 기사

[분석정보] 초저소비 전력을 달성한 Silverthorne의 비밀

[분석정보] Intel이 드디어 Silverthorne과 Tukwila의 개요를 발표

[고전 2004.07.21] 인텔 90nm 펜티엄 M 755 Dothan

[고전 2004.11.30] 5W 이하의 저전력 프로세서의 개발로 향하는 Intel

[고전 2005.11.30] 마이크로 아키텍처의 변화를 반영하는 "Core"브랜딩

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