[고전 2005.12.28] Merom(메롬) 이후인 Nehalem(네할렘) 과 Gilo(길로)

 

 

차세대 CPU 아키텍처가 연달아 등장

 Intel은 2006 년 후반 "Merom (메롬=콘로)"아키텍처에 이어 "Nehalem (네할렘)", "Gilo (길로 )"라는 향후 몇 년간 계속 새로운 CPU 아키텍처를 투입 할 생각이다. 코드 네임은 실제로는 바뀌어 있을 가능성은 있지만, CPU 아키텍처의 개발 계획 자체는 존재하고 있다. 지금의 계획대로 라면 Intel은 2년 정도의 사이클로 CPU 아키텍처를 쇄신해 가는 것이다.

 급속도 아키텍처 개발의 배경에는 Intel의 CPU 개발 체제의 변화가 있다. Nehalem은 Pentium 4의 개발팀, Gilo는 Pentium M / Merom의 개발팀이 담당하는 차세대 아키텍처이기 때문이다.

 모바일 CPU로 개발된 Merom이 바탕인 "Conroe (콘로)"및 서버 "Woodcrest (우드크레스트)" 등 다양한 제품군을 갖도록 Nehalem과 Gilo도 패밀리가 있는 것이다. 또한 지금까지는 CPU 코어 = CPU 였지만, 앞으로는 동일한 CPU 코어 아키텍처에서 코어 및 코어의 종류 (이기종 형 등), 주변 회로 구성이 다른 변종이 출생해 나갈 것으로 보인다. CPU 코어 개발 및 CPU 프로젝트는 분리되어 가는 방향이다.

 

 

Intel CPU 개발주기(추정)

 

 

4 ~ 5 년 주기의 CPU 아키텍처 개발

 Intel의 경우 전형적인 CPU 개발주기는 4년 이었다(현재는 길어지고 있다. 아키텍처가 복잡해져 가기 때문에 길어집니다. VGA쪽도 예전 1~2년정도에서 최근은 4년 이상으로 길어지고 있습니다. 그렇기 때문에 과거에 아주 큰 회사나, 상대적으로 큰 회사들이 CPU를 개발하고, 좀더 작은 회사들은 VGA를 개발. 엔비디아 사장도 최초에 자기가 가진 능력(자금 등)으로 할 수 있는게 VGA 개발 정도라 그래픽칩 회사를 차렸다고 했죠..). Pentium (P5) / Pentium Pro (P6) 시대에는 Intel는 2 팀으로 병렬 CPU 아키텍처를 개발해 개발주기의 단축을 시도했다. P5는 미국 캘리포니아주 산타클라라에 개발, 한편 P6는 미국 오리건주 힐스보로 개발. 두 팀이 중첩해 4년주기의 개발을 수행한 후 P5는 93년, P6는 95년 으로 2년주기로 롤아웃 할 수 있었다.

 그런데 산타 클라라 팀은 P5 후, P7의 개발을 시작 시켰지만,이 프로젝트가 명령어 세트를 쇄신한 IA-64 아키텍처로 변해 버렸다. 따라서 IA-32 계열 CPU 아키텍처의 개발은 힐스보에만 집중되어, P6에서 다음 2000 년 NetBurst (Pentium 4)까지 5년 사이가 비어 버렸다. 1팀에 의한 개발 태세로 돌아온 것으로, CPU 코어 아키텍처의 쇄신은 다시 4 ~ 5 년 주기가 되어 버린 셈이다.

　따라서 Intel은 아키텍처의 중간에 리프레시를 실시하기로 했다. P6 아키텍처는 MMX / SSE의 SIMD (Single Instruction, Multiple Data) 명령어 확장 및 L2 캐시의 온다이 (On-Die) 화로 Pentium III 세대로 리프레쉬. 또한 NetBurst는 64bit 화와 파이프 라인의 심화를 도모한 "Prescott (프레스콧)"과 마이크로 아키텍처를 대폭 확장하는 "Tejas (테하스)"로 새로 고칠 계획이었다. 기반의 CPU 아키텍처는 4 ~ 5년주기 중간에 확장을 걸치는 것으로 성능 향상을 유지 하자는 전략이다. 따라서 NetBurst는 특히 확장성을 중시한 구조로 설계되었다.

 NetBurst 아키텍처 리프레시를 거는 한편, 오리건 팀은 NetBurst 후 바로 차세대 아키텍처 "Nehalem"프로젝트를 시작했다. Intel의 Web 사이트에 2002년 가을까지 잘못 공개된 Nehalem의 메​​인 아키텍트 Doug Carmean 씨의 인터뷰 (현재는 삭제 된)에서 그는 2001년 Nehalem 아키텍처 정의에 지출했다고 설명했다 . Nehalem은 "Pentium 8"에 해당하는 세대로, 2004년에 예정되어 있으며, 디자인은 처음부터 새로 시작되었다 (from scratch approach). 다음 Nehalem 계획은 다소 격차 포함 2005 ~ 2006년의 등장으로 미끌려 내려갔지만, 2003년까지 NetBurst의 후계 위치는 Nehalem이 있었다.

 이 시점의 Nehalem 아키텍처 내용은 밝혀져 있지 않다. 하지만 고클럭 & 멀티 스레딩 접근 방식을 취할 예정이었을 가능성이 높다. 예를 들어, Intel은 2003년 2월의 "Intel Developer Forum (IDF)" 에서 2007년 시점에서 CPU의 동작 주파수가 10GHz에 도달하는 비전을 보여주었다. 시기를 생각하면, 이 시점에서 상정하고 아키텍처는 Nehalem이 된다. 또한 당시 CTO였던 Intel의 Patrick P. Gelsinger (페트릭 · P · 겔싱어) 씨 (현 Senior Vice President and General Manager, Digital Enterprise Group)는 CPU 개발의 방향이 다중 스레드에 있다고 강조 했었다.

 

이스라엘 모바일 계 CPU 아키텍처를 개발

 Intel은 주류 CPU 아키텍처 오리건에서 개발하는 한편, 모바일 전용 CPU의 개발도 시작했다. 이것은 새로 이스라엘 개발팀이 담당하게 된다. Intel 이스라엘은 먼저 오리건에서 설계한  CPU의 파생 제품의 개발에서 시작했다. 연구팀은 "0.25μm 판 MMX Pentium (Tillamook : 틸라무크)"에서 성공 후 "노스 브릿지 통합 Celeron (Timna : 팀나)"을 개발. Timna는 RDRAM 인터페이스를 통합하고 있었기 때문에 시장성이 없어 취소 되었지만, 자체 개발 능력은 높이 평가 되었다고 한다. 그래서 다음 모바일 CPU는 이스라엘이 담당하게 되었다.

 당초 Intel은 모바일 전용으로 Pentium III를 다소 확장한 CPU를 계획하고 있었다고 말한다. 그러나 이스라엘 측은 기능을 점점 강화 해, 결과적으로 거의 완전히 재설계 한 "Pentium M (Banias)"을 낳았다. 99년경에 개발이 시작된 것으로 보이는 Banias는 예정보다 늦게 3년에  걸쳐 개발되고, 2003년에 등장한다.

 이스라엘은 Banias가 일단락된 때 부터 제 2단계 모바일 CPU 군의 개발도 시작한다. Banias 계의 듀얼 코어 "Yonah (요나)"와 차세대 모바일 CPU 아키텍처 Merom의 개발이다. Intel의 Mooly Eden 씨 (Vice President & General Manager, Mobile Platforms Group)는 2002년 봄 시점에서, Intel은 Banias 후속 CPU를 2세대 개발하고 있다고 밝혀, 마이크로 아키텍처를 확장하는 것을 시사했다. 적어도 Yonah까지 이미 시작했다는 의미다.

 또한 2003년경에는 Merom에서는 대상을, Pentium M이 커버하는 모바일 노트 PC뿐만 아니라 데스크톱 대체 클래스의 대형 노트북 PC도 시야에 넣는다 라는 정보도 누설되었다. Merom은 처음부터 성능을 더 높게 설정 했다가 된다.

 

NetBurst 계의 교착 상태에서 CPU 전략을 전환

 잘 알려진대로, Intel은 NetBurst 계의 Prescott / Tejas에서 고민. CPU의 소비 전력 = 발열의 예상보다 증가하여 성능의 한계점이 되기 시작했기 때문이다. 또한 CPU 기술의 흐름은 "스레드 수준 병령화(TLP : Thread-Level Parallelism)"를 높이는 방향으로 급전환, 더 병렬성을 높일 수 있는 TLP 입장으로 멀티 코어까지 한번에 밀어부치기 시작했다. (하이퍼쓰레딩이나 멀티코어중 한가지가 아닌 2가지를 동시에 행하는 급진적인 TLP)

 따라서 Intel은 CPU 개발 계획의 대폭적인 변경을 강요했다. 멀티코어 화를 서두르기 위해 더 작고 성능/와트(전력) 높은 CPU 코어가 필요했기 때문이다. NetBurst / Nehalem 계의 높은 소비 전력이며 성능도 높은 코어는 적합하지 않다. 결과적으로 2004년 봄에, Intel은 Tejas를  취소했다. Nehalem도 그 단계에서 다시 결말을 내기로 된 것 같다.

 문제는 이로 인해 Intel의 CPU 개발주기에 큰 구멍이 뚫려 버리는 것이지만, Intel은 Merom을 데스크톱 CPU 분야에 투입하는 것으로 이 문제를 해결한다. 데스크톱 및 모바일 CPU 개발을  병행하고 있었던 것이 주효한 셈이다. Tejas 취소 전부터 Merom이 데스크탑 다음의 코어가 된다는 정보도 들어 있었기 때문에, Nehalem에서 Merom의 교체는 Tejas 취소보다 빠른시기에 행해졌을 가능성도 있다.

 이 전략 변경으로 인해 Merom은 모바일과 데스크톱 모두에 걸쳐 "통합 아키텍처 CPU"가 되었다. 모바일 및 데스크톱을 분리한다는 것인 NetBurst 이전 모양으로 돌아온 셈이다. 그러나 이것이 정착한 방향인지 여부는 아직 모른다.

 

Nehalem은 아키텍처의 재정의

 한편, 오리건 측은 Nehalem 프로젝트를 근본적으로 재검토, 아키텍처의 재정의를 시작한 것으로 보인다. 적어도 2004년 후반은 Nehalem 아키텍처 정의를 행하고 있던 것 같다.

 이것을 아는 것은, Intel의 설계자 중 한명인 Andy Glew 씨가 Web상의 커리큘럼으로 Intel의 Nehalem 아키텍처 팀에 2004년 여름 이후에 가담했다고 보였기 때문이다. Glew 씨는 2002년 여름부터 2004년 여름까지 AMD로 옮겨 , K10 아키텍처의 정의에 참가한 후 다시 Intel로  돌아와 있다. 적어도 2004년 여름의 단계에서는 아직 Nehalem은 설계자가 필요한 단계에 있었다는 것이 된다.

 2004년에 설계되면, Nehalem의 등장은 4년 주기로 2008년경이다. 그러면 필​​연적으로 공정 기술은 45nm이다. 관례의 방식이면, 새로운 공정 기술은 처음에는 익은 마이크로 아키텍처의 CPU에 적용된 다음 새 마이크로 아키텍처의 CPU가 등장한다. 새로운 아키텍처 CPU 쪽이 검증에 시간이 걸리기 때문에 필연적으로 그렇게 된다. Nehalem이 나온다고 하면, Merom / Conroe 계의 45nm 버전 (Penryn?) 다음이 될 것이다.

 Nehalem 아키텍처에 대해서는 아직 현재로서는 전혀 알려져 있지 않다. 다중 스레드 아키텍처 추진의 Glew 씨가 참여로 다중 스레드를 발전시킨 아키텍처라는 노선은 변경되지 않을 수있다. 또한 인터페이스 부분에서는 FSB (Front Side Bus)에서 시리얼 전송 시스템의 CSI를 전면적으로 채용 할 가능성이 높다. (CSI = QPI)

 

2개의 사업부가 각각 중첩해 CPU를 개발

 이스라엘 팀은 Merom의 후계로서 "Gilo" 라는 CPU 아키텍처 프로젝트도 진행하고 있다. Gilo 내용은 2003년경 부터 이름이 새고 있었지만, 그 시점에서도 "Gilo는 Merom 이후 프로젝트"(Intel 관계자)라고 했다. Gilo에 대해서도 Nehalem과 마찬가지로 프로젝트가 여러번 검토되고 있는 모습으로, 현재는 Nehalem 뒤에 나오는 것으로 되어있다. 2009년 까지라면 공정 세대는 45nm, 이후라면 공정 세대는 32nm인 셈이다.

 이렇게 보면 Intel의 개발체제는 데스크톱과 모바일 각각 특화한 CPU를 두팀이 개별적으로  개발하는 것이 아니라 통합 아키텍처 CPU를 교대로 개발하는 형태로 바뀐 것으로 보인다. 그렇다면, P5/P6 시절의 개발 태세로 돌아온 셈이다.

 그러나 실상도 그렇다고 말할 수는 없다. Merom -> Gilo는 Intel의 Mobility Group이 개발하고 Nehalem는 Digital Enterprise Group이 개발과 개발을 담당하는 사업부가 2개로 나누어져  있기 때문이다. 즉, 교대로 아키텍처를 개발하기보다는 두 그룹이 각각 개발하는 코어가 오버랩하는 상황이 되어있다. 우연히 Merom, Nehalem, Gilo 일정이 어긋나 줄지어 있는지도 모른다.

 사업부가 분리되는 것은 Intel의 두 사업부가 각각 어떤 CPU 코어를 사용에 대해 여전히 옵션을 가지고 있다는 것을 의미하는 것으로 보인다. 즉, Nehalem이 모바일 계에 적합하지 않게 되면, Mobility Group은 Nehalem을 채용하지 않고, Merom 계를 발전시켜 Gilo로 연결할 수도 있다. 그 반대로, Digital Enterprise Group이 Gilo을 채택하지 않을 수도 있는 건지도 모른다. 이 기준은 Intel의 사내 정치 때문에 잘 모른다. 그러나 사업부가 분리되는 것은 중요한 의미를 가진다고 추측된다.

 Nehalem과 Gilo 세대 CPU 코어는 Intel의 Many-core 구상에도 얽혀 온다. Intel은 전체 10개의 CPU 코어를 통합하는 Many-core에 대형 싱글 스레드 성능을 중시한 코어와 소형 멀티 스레드 성능을 위한 코어 두 가지를 결합 예정이다. 소형 코어는 새로운 디자인이 될 가능성이 높지만, 대형 코어는 그시점 기존 코어가 유용된다고 생각하는 것이 자연스럽다. Many-core만을 위한 대형 코어도 개발하면 개발 노력이 낭비되어 버리기 때문이다. 그렇게 되면, 시기적으로 생각하면 Nehalem과 Gilo가 Many-core의 코어가 될 가능성이 높다.

 이렇게 펼쳐보면 Intel CPU 아키텍처의 장기 로드맵의 윤곽이 보인다. 떠오르는 것은 Intel 내부가 2개로 분리되어 경쟁하면서 CPU 개발을 진행하고 있는 구도이다.

 

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