[고전 2001.08.29] IDF에서 보이는 새로운 방향 IA-32의 장래를 담당하는 하이퍼 쓰레딩

 

불경기를 배경으로 한 IDF

　Pentium 4 2GHz의 발표회를 갖춘 Industrial Day에 이어 8월 28일부터 Intel Developer Forum (IDF)이 시작 되었다. 새롭게 더해진 Industry Day를 포함하면 이번에는 4 일간의 행사가 진행된 IDF. 하지만 이번에는 CEO 인 Craig Barrett 회장도 CTO 인 Pat Gelsinger 부사장도 참가하지 않은 IDF가 되었다. 두 임원 모두 우연히 휴가와 겹쳐했다는 것 같지만, Mr. IDF로 불러야 할 Gelsinger 부사장 부재인 IDF는 왠지 기이하게 느껴진다.

　지난 IDF는 인터넷 버블이 붕괴한 직후 IDF이며, 이모저모에 불경기의 그림자가 소리없이 다가와 있었지만, 아직 어딘가에 호황의 잔향이나 일찍 경기가 회복하는 것 같은 희망이 느껴지는듯 했다. 그러나 이번 IDF는 이 불경기가 일시적인 조정 국면에 의한 것이 아니라, 어느 정도 지속적인 것이 될 것을 모두가 각오한 다음의 IDF라 생각한다. 실제로 IDF의 개최지이며 실리콘 밸리의 중심지인 San Jose 시내를 걷고 있어도 셔터를 닫은 가게가 많이 목격 된다. 이전부터 San Jose 시내는 San Francisco 나 New York 같은 "도심지" 였던 것은 아니지만, 상가에 대출을 요청 벽보가 눈에 띄고 있었고, 반년 전과 비교해도 가게를 했다 닫은 흔적이 눈에 띈다 (그래도 치안이 극도로 악화 된 인상이없는 것은 다행 한 것이지만).


Innovative PC Awards에 적발된 유지 보수

 

전시된 개념 PC의 하나 Foxconn의 Hilo Bay. Depot Bay라는 Intel의 개념 마더 보드 (i850 기반)를 채용한 Pentium 4 PC. 온도에 따라 냉각 팬의 회전 수를 제어하고 조금이라도 조용한 PC가 되자는 시도는 회장에 전시된 많은 Pentium 4 PC 공통.

 

이런 나쁜 경제를 단적으로 느낀 것은, Industry Day에 발표 된 Innovative PC Awards의 수상 결과다. 동안 IBM의 NetVista X 시리즈와 ThinkPad Transnote와 같은 특이한 PC도 포함되어 있지만, 나머지는 보통 노트 PC와 타워형의 PC이다. 미국에서는 이전부터 높은 좋은 것은 크고 빠른(또는 강한)것 이라는 믿음이 있는 것은 사실이지만, 이전 Innovative PC Awards가 컨셉 PC에 가까운 급진적 PC를 선택했던 것과 비교 하면 상당히 보수적으로 된 인상은 부정 할 수 없다.

　또한 이번에서 전형 기준에 벤치 마크 테스트를 포함하게되어,  "Innovative '라는 주제와 일치하지 않다 생각한다. 이것으로는 Innovative PC Award 대신 Intel이 생각 Best Buy PC Award가 되어 버리는 것은 아닐까? 아마 이러한 변질을 초래 한 것도 결국은 불경기 이유가 아닐까라는 생각이 든다. 판매자에게 장사를 떠나서 급진적 PC를 디자인하는 (새로운 PC를 건의한다) 여유가 없어지고 있는 것과 동시에, 구매자도 그러한 여유가 없어져 있는 것이다.

　하지만, 회장에 컨셉 PC가 사라진 것은 아니다. 지금까지 보다는 눈에 띄지 않기는하지만, HP, Legend, Chenbro, Foxconn, Yeong Yang 등 기업이 컨셉 PC 전시를 행하고 있었다 (일부 이번이 첫선이 아닌 것도 포함된다). 모두에게 공통되는 것은 크기가 작고, 색다른 디자인의 케이스에 Pentium 4를 거두고 있다는 것이다 (더 기본 디자인으로 소형 PC는 Compaq도 Industrial Day에 전시하고 있었다 ).

　이러한 개념 PC를 볼 것도 없이 지금까지 발열량 측면에서 어려운 것으로 알려져 왔던 공간 절약형 케이스에 Pentium 4를 거두는 것이 분명히 가능 해졌다. IDF의 세션에도 Pentium 4 CPU로 한정된 크기의 PC 같은 것이 있고, 어떻게 하면 기능과 크기의 균형을 해야할지, 어떻게 냉각에 필요한 풍량을 확보 하거나 같은 것이 논의되고있다. 아마 위에서 설명한 개념 PC는 이러한 Intel 스스로 연구 (Intel 식으로 말하면 enabling)를 반영한​​ 것이다.

　여기에 생각이 enabling이 냉각 방식의 연구 · 개발 한 것으로, Pentium 4 자체의 변경을 수반하지 않는다는 것이다. 즉, 마음만 먹으면 OEM / 타사에서도 가능 이었다는 것이다. 확실히 Pentium 4는 발열량이 높고, 일본에서 인기있는 평면 / 소형 PC에는 적합하지 않을지도 모른다. Pentium 4를 이렇게한 PC에서도 사용하기 쉽게, 저 발열하도록 Intel에 요구하는 것도 중요 할 것이다.

　그러나 이번 컨셉 모델을보고 있으면, 이것이라면 마음만 있으면 일본의 메이커가 독자적으로 Pentium 4를 채용한 슬림 PC를 디자인 할 수 있었던 것이 아닐까 생각된다. 물론, 그러기 위해서는 개발비는 위험을 져야하지만, Intel의 enabling을 기다리고는 타사와의 차별화해 자사 제품의 상대적 가치를 높이는 것 등이 불가능 하다. 저비용 화와 고 부가가치 노선은 양립하지 않는 테마 이지만, 저비용 화를 지향 하고도 땅값과 인건비 등 고정비가 높은 일본의 승산은 적다. 평면의 Pentium 4 PC를 위험을 감수하고 개발해서 과연 소비자에게 Pentium 4 CPU 파워가 필요로 하는 것인가라는 근본적인 물음이 있는 것은 사실이지만, 어딘가에서 승부수가 없으면 시세 하락은 불가피 하다 본다.


기조 강연에서 Pentium 4 3.5GHz 데모

　그런데, IDF 첫날 기조 연설을 행하는 것은 그때 IDF에 참석한 Intel 임원 중 최고 서열자가 하는 것이 관례이다. 이번에는 수석 부사장으로 Intel 아키텍처 그룹 총수인 Paul Otellini 씨이다.

　여기에 다른 사람, Microsoft 플랫폼 그룹의 그룹 부사장인 Jim Allchin 씨가 기조 강연을했다. 첫날 두 사람 이라는 것은, 외부 스피커로서는 최고의 위치이며, Microsoft를 중시하고 있음을 단적으로 나타나고 있다. 물론, 그 큰 이유가 Microsoft와 Intel이 공동으로 Windows XP의 마케팅을 할 것으로 부터오고 있는 것은 틀림 없다. 이번 IDF에서는 Windows XP 나. NET에 대한 Microsoft의 세션이 꽤 눈에 띄었다. Allchin 씨의 기조 강연은 기본적으로 Windows XP 프로모션으로 일관한 인상이 강하지만, IDF의 전주에 PC 제조업체 전용 Windows XP를 출하 한지 얼마 안된다는 것을 생각하면 무리가 없는 거이다.

　한편, Otellini 씨의 기조 강연은 매우 직선이면서 새로운 내용을 포함하는 것이었다. 과거 CPU 성능의 향상을 돌이켜, 갑자기 P​​entium 4 3.5GHz 데모. 그 위에, MP​​EG-2 실시간 인코딩, 802.11a 소프트웨어 모뎀화, 자연 언어 처리 등을 생각하면, 아직도 CPU 파워는 부족하고, 앞으로도 CPU 성능을 향상시키고 유지 필요성을 역설했다. 또한 CPU 파워의 향상이 앞으로도 필요로 계속하는 것을 밟은 다음, 그것만으로는 충분하지 않다라는 것이 언급 되었다.

　CPU 파워를 향상시킬 이외에 필요한 것 중 하나는 CPU의 전력 절감이다. 지금까지 Intel은 CPU 파워를 향상시키는 한편, CPU의 소비 전력도 증대시켜 왔다. CPU의 소비 전력은 최신 Pentium 4 2.0GHz는 결국 70W를 초과하고 있다. 이번 Intel이 공표한 Banias는 고성능을 유지하면서 전력 소비를 감소시킬 것이라고 한다 (Reducing Power while Maintaining High Performance). 필자가 가장 획기적 이라고 생각한 것은 여기에 성능을 향상 시킨다고 안했다는 것이다. 지금까지의 Intel 이라면 성능을 향상시키면서, 거기에 소비 전력도 억제라는 것에 가까운 말투를 였지만, 여기에서는 성능이 반드시 향상되는 것은 아니라 제안하고 있다. 이것은 획기적인 노선 변경 (지금까지 존재하지 않았던 노선의 출현)이며, 아무래도 진심으로 소비 전력의 저감에 임하는 것 같다.


IA-32의 장래를 담당하는 Hyper-Threading

　반대로, 단순한 오버 클럭 뿐만이 아니다. 성능 향상 기법으로 소개 된 것이 Hyper-Threading Technology 이라는 기술이다. 평평하게 말하면, NetBurst 아키텍처의 CPU에 AS (Architecture State. eax, ebx 컨트롤 레지스터 같은 레지스터 군과 로컬 APIC)를 추가하여 물리적으로는 하나의 CPU이면서 논리적으로 2 개의 CPU로 가장한 기술이다.

　일반적으로 CPU의 성능이 1 클럭 사이클 당 명령어 수와 동작 클럭의 곱으로 요구되는 것은 널리 알려진 같다. 동시에 실행할 수 있는 명령 수를 늘리는건 클럭을 올리는만큼 (혹은 그 이상으로) CPU의 성능 향상에 중요한 것이다. 물론 Pentium III 나 Pentium 4는 동시에 여러 개의 명령을 실행할 수 있는 슈퍼 스칼라 프로세서다.

　슈퍼 스칼라 프로세서에 공통되는 문제는 항상 동시에 실행할 수 있는 최대 명령 수를 처리 할 수​​ 있는 것은 아니라는 점에 있다. 캐시 미스, 분기 예측 실패 또는 명령 간의 의존성 등을 통해 CPU가 스톨하는 것은 슈퍼 스칼라 형의 CPU에 피할 수 없는 문제다. Hyper-Threading Technology는 물리적으로 하나의 CPU를 2 개의 CPU (가상 CPU)로 가장하여 CPU의 스톨을 줄이자 라는 것이다. 즉, 스레드가 어떤 이유로 스톨 한다면, 그 thread가 스톨하는 동안 다른 스레드의 처리를 행하는 것으로, 실행 유닛을 놀리지 않도록 하자는 생각이다.

　CPU는 1 개 밖에 없는 것이니까, 아무리 2개의 CPU로 보인다 해도 성능이 2 배가 되는 것은 아니다 (실제로는 CPU가 2개 되어도 성능은 2 배는 되지 않지만). 하지만 추가 리소스(AS)도 작기 때문에 다이 추가도 작다. Intel에 따르면, 약 5%의 페널티 (다이 면적이 5% 증가)으로 최대 30%의 성능 향상을 얻을 수 있다는 것이다.

　물론 이 성능 향상을 얻으려면 소프트웨어가 지원해야 한다. OS가 멀티 스레드를 지원하는 것 외에도 응용 프로그램도 대응하고 있을 필요가 있다. 이 Hyper-Thread Technology이 먼저 구현되는 것이 2002 년에 출시되는 Xeon 프로세서 MP (4 프로세서 구성 이상을 지원하는 Xeon. 온다이 L3 캐시를 갖추고 있다. 참고로 캐시 메모리를 가상 CPU간에 공유한다)가 되는 것도, 서버 응용 프로그램 및 워크 스테이션 애플리케이션이 다중 스레드가 진행되고 있기 때문 이라고 풀이된다.(= 또는 단일 쓰레드 프로그램이라도 2개 이상 실행하면 성능 향상. 특성상 듀얼코오와 같음. 단 동일한 펜티엄4를 2코어로 만든 것 보다는 총 성능은 낮지만.)

　하지만 이 Hyper-Thread Tecnology는 Xeon 프로세서 뿐만 아니라 미래에는 데스크톱 PC 용 프로세서 (미래 Pentium 4 또는 그 후속 프로세서) 모바일 PC 용 프로세서에도 채용될 전망 이다. 즉, Hyper-Thread Technology는 IA-32 프로세서 전반에 채용되는 동시 실행 명령 수를 늘리기 위한 기술이라는 것이 된다.

　Intel은 IA-64에서 Hyper-Thread와는 전혀 다른 접근 방식 (EPIC)를 채택했다. EPIC에서 높은 성능을 발휘 하려면 최적화된 컴파일러와 그로 인하여 생성된 새로운 바이너리가 필요하다. 완전히 새로운 아키텍쳐인 IA-64이라면 이 방식을 채택 할 수 있지만 반드시 기존 소프트웨어 자산의 계승성이 요구되는 IA-32에서는 EPIC의 접근 방식은 채택하기 어렵다. 이것이 Hyper-Thread를 낳은지도 모른다. 또한 지금 IA-32가 IA-64와 완전히 다른 접근 방식을 택했다는 것은 양자가 융합하는 것은 매우 멀다는 것의 증거라고도 생각된다.

 

 

Hyper-Thread Technology의 기본적인 아이디어. 2 개의 CPU로 보이기 위해 이중화하는 부분이 적기 때문에 다이의 페널티를 줄일 수 있다. 칩셋의 변경도, 클럭 정지 신호를 이중화 하는 등 매우 적다 (그러나 BIOS의 지원은 필수적)

 

 

Xeon 프로세서 MP의 블록 다이어그램. L3 캐시가 통합되어 있다. 이 그림을 보면, Xeon 프로세서 MP의 FSB는 현재 Pentium 4와 동일한 400MHz 같지만, 변경 될 가능성도 있을 것이다.

 

　필자에게 흥미로운 것은 Banias와 Hyper-Threading Technology는 Transmeta에 대한 Intel의 답변과 같다는 생각이 든다는 것이다. Crusoe에 대한 직접적인 답변은 Ultra Low Voltage 버전의 Pentium III 였던것 인데, 그것은 어느 쪽인가 하면 강제적인 답변이며, 스마트함이 빠진.(답변 시간이 부족했다는 것은 틀림없지만)

 

프로세서의 저소비 전력화라는 질문에 대한 답변이 Banias. VLIW와 Code Morphing의 호환성 유지와 동시에 실행할 수 있는 명령 수의 증대라는 질문에 대한 답변이 Hyper-Threading 인것 같아. Intel이 IA-64에서 VLIW에 가까운 접근을 취하고 있는 실적이 있는 것에도 불구하고, IA-32는 다른 접근 방식을 취한 것이 흥미 롭다.

 

 

2001년 8월 29일 기사.  지나간 고전 기사는 시간이 지나면 예전 날짜로 등록시간을 변경하여

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