[분석정보] 인텔 Eden 씨에게 듣는 Sandy Bridge의 모습

 

이스라엘 하이파에서 태어난 Sandy Bridge

　Intel은 차세대 CPU 마이크로 아키텍쳐 "Sandy Bridge (샌디 브릿지)"를 Intel Developer Forum (IDF)에서 살짝 보였다. 그 모습은 쿼드코어에 GPU 코어를 통합한 버전이었다. 2011년 Sandy Bridge 계 CPU가 급속히 침투하기 시작할 것으로 보고 되고 있다.

 

Sandy Bridge의 다이 레이아웃

　Intel의 PC & 서버 전용 CPU의 개발은 미국 오리건 주 힐스보로 디자인 센터, 이스라엘 하이파 디자인 센터, 인도의 방갈로르 디자인 센터 등에서 진행되고 있다. 완전히 새로운 아키텍처의 개발 담당은 오리건과 하이파 뿐이다. 이 밖에 Atom을 개발하고 있는 미국 텍사스 주 오스틴 디자인 센터가 있다.

　Intel의 메인 스트림 PC 용 CPU는 힐 스보로와 하이파가 교대로 개발하고 있다. Core Microarchitecture (Core MA)는 하이파에서, Nehalem 마이크로 아키텍처는 힐스보로, Sandy Bridge는 하이파가 된다.

　현재 Intel에서 PC 클라이언트 사업을 담당하는 Shmuel (Mooly) Eden (무리 에덴) 씨 (Vice President, General Manager, PC Client Group, Intel)는 하이파의 "Haifa Design Centre (하이파 디자인 센터)"에서 Pentium M (Banias : 베니어스)의 개발을 지휘한 경험이 있다.

　"Sandy Bridge의 개발은 하이파에서 행하지만 (파생 칩) 1 개의 디자인은 오리건 (힐 스보로)에서 행하고 있다. 현재의 Nehalem은 모두가 오리건에서 행했다. 그래서 다음 Sandy Bridge는 하이파에서 다음 다음 다시 오리건이 된다.

　한 팀에서 다음 팀으로 개발 담당이 넘어 가면서 기술 자체는 공유된다. 모처럼 개발 한 기술을 이용하지 않고 (처음부터 개발하도록) 돌아갈 수 없기 때문이다. 그런 의미에서 두 개발 센터가 협력해 개발하고 있다.

　풀 아키텍처를 개발하려면 풀 개발 팀이 필요하기 때문에 신규 아키텍처의 개발은 교대로 담당한다. 그러나 공정(틱) 미세화 버전은 개발 리소스가 빈 팀이 담당한다 "(Eden 씨). (신 아키텍처 샌디브릿지(톡), 공정미세화 버전 아이비브릿지(틱))

　Eden 씨의 설명으로 Intel의 현재의 CPU 개발 체제가 떠오른다. 교체 설계하는 두 팀에서 기​​술은 상속된다는 설명에서, Core Microarchitecture (Core MA)와 Nehalem 도중, 아키텍처 상성이 강한 이유를 알 수 있다. 같은 2 팀의 교체 개발에서도 팀마다 아키텍처가 확 바뀌는 IBM의 Power 계와는 크게 다른 (Power5 → Power6 → Power7). 또한이 설명에서 Sandy Bridge 마이크로 아키텍처는 Core MA와 Nehalem에서 상속되는 일도 예상된다. 덧붙여서, Nehalem 계에서는 서버에 대한 Eagleton (Westmere-EX)이 방갈로르에서 개발된 것으로 알려져 있다.

 

 

하이파에 있는 디자인 센터

모듈화가 진행되는 Intel CPU의 설계

　Sandy Bridge의 특징 중 하나는 GPU 코어가 CPU 다이에 통합되는 것이다. 현재 Nehalem 마이크로 아키텍처는 CPU에 GPU 코어를 통합하는 것은 듀얼 코어 제품 Clarkdale / Arrandale만으로 쿼드 코어 계열의 Lynnfield / Clarksfield는 GPU가 통합되어 있지 않다. 게다가 Clarkdale / Arrandale는 GPU 코어는 GMCH (Graphics Memory Controller Hub) 다이로 분리되어 있다. 그러나 Sandy Bridge 세대에서는 이것이 바뀐다.

 

 

Sandy Bridge와 ClarkdaleArrandale

　"Clarksfield는 그래픽이 비 통합이다. 그러나 앞으로의 세대에서는 모두 통합 그래픽으로 향한다. Arrandale에서는 여전히 2 다이 이다.하지만 차세대는 그래픽도 온다이 된다. Sandy Bridge는 메모리 컨트롤러도 포함 해 모두가 통합된다 "(Eden 씨).

　Sandy Bridge의 다이를 보면, GPU 코어가 한층 더 크고, 크기만으로 말한다면 CPU 코어보다 중요한 위치를 차지하고 있다. 또한 다이 전체는 길쭉해 CPU 코어와 GPU 코어가 나란히 배치되어 있다. 지금까지의 Intel CPU는 Atom을 제외하고 비교적 종횡비가 작은 것이 많았기 때문에,이 형태는 눈에 띈다.

　"다이의 형태는 매우 간단한 방법으로 결정된다. 먼저 CPU 코어를 설계하고 CPU 코어의 레이아웃 디자인에 손을 대지 않고 멀티 코어로 복제해 간다. CPU 코어 복제가 먼저 다이를 결정하는 하나의 요소이다. 또 하나의 요소는 캐시다. 먼저 캐시 SRAM을 1 블록 설계하여 그것을 원하는 만큼의 분량으로 복제해 간다.

　그 위에 I / O 나 그 자리에 위치할 블록을 배치한다. 그런 다음 폼 팩터로 패키지에 잘 맞도록 해야 한다. 다이가 좁고 갸름하면, 예를 들어 열 충격에 약해진다.

　라고 말하지만, 레이아웃 설계의 기본 규칙은 단 하나 뿐이다. 그것은 최소화하는 것이다. 최소화 되면 그 위에 패키지에 잘 맞도록 한다. 예를 들어, 데스크탑이 주요 대상이고, 실제로 모바일을 생각하지 않는다면 I / O 핀의 배치를. 4 층 마더 보드에 대응할 수 있도록 해야 한다. 모바일이라면 통상 6 층까지 허용되므로 그만큼 4층에 적응은 요구되지 않는다.

　또한 보드의 레이아웃도 고려할 필요가 있다. DRAM의 배선이 쉽도록 한다. 왜냐하면 메모리의 주파수가 오르고 있어 배선이 중요해지고 있기 때문이다. 이것으로 부터 설계상의 다이의 모양이 결정되는 요소이다. 특별히 직사각형 보다 정사각형이 바람직할 이유는 없다. "

　즉, 긴 다이 레이아웃이 되는 것은 설계상의 우연으로, 어떤 제약도 없다는 것이다. 무엇보다 제조 과정을 생각하면, 1 대 2의 종횡비에 200 제곱 mm 대의 다이 사이즈 에서는 노출 1샷으로 2개의 다이를 찍을 수 있으므로 생산성이 더 좋은 것이다.

 

쿼드코어 버전에서 듀얼코어 버전으로 쉽게 컷 아웃

　위의 설명에서 알 수 있듯이 Intel은 이 세대의 CPU 설계에서는 CPU 코어 수의 증감을 쉽게 할 수 있도록 설계를 하고있는 것 같다. Nehalem 세대에서 Intel은 모듈화가 높은 디자인을 했다.

　"CPU 설계는 처음부터 (CPU 코어 등을) 절감 할 수 있도록 하는 것이 매우 중요하다. 예를 들어, 4개의 CPU 코어와 그래픽을 통합한 경우를 생각해 보자. 거기에서 CPU 코어를 컷했을 때 다이에 큰 공극이 생기는 디자인은 좋지 않다. 다이의 공극은 돈을 낭비하게 된다. 감소 할 때 너무 많은 공극은 만들지 않고 작은 다이로 되는 것이 중요하다. "

　IDF 때의 라운드 테이블에서 Eden 씨의 설명에서, Sandy Bridge의 듀얼 코어 버전의 모습을 어느정도 예상 할 수 있다. 현재 4 CPU 코어의 Sandy Bridge에서 두 개의 CPU 코어와 2개의 L3 캐시 블록을 제거해, 메모리 패드 등의 위치를​​ 이동할 때 아래와 같은 모습이 된다.

　Eden 씨에 따르면, 32nm 세대에서도 모바일은 듀얼 코어가 주력이 된다. 그러면 이러한 형태의 Sandy Bridge가 등장하게 될 것이다. 계산으로는 2 CPU 코어에 GPU 코어 등을 더한 구성으로 150 제곱 mm 이상의 크기가 된다. 하지만 현 상황에서도 Clarkdale / Arrandale는 80 제곱 mm 이하로 보이는 CPU에 45n​​m의 100 제곱 mm 이상의 GMCH가 조합되어 있다. 그것이 하나의 칩으로 정리된다 생각하면 합리적인 다이 사이즈다.

 

 

듀얼코어 Sandy Bridge

 

 

die size 이행도

 

전략에 달린 데스크탑과 모바일의 제품화

　Sandy Bridge는 이스라엘 하이파에서 태어났다. 그러나 하이파 디자인 센터는 원래 모바일 CPU를 담당하고 있었다. 오리건이 데스크탑 & 서버 전용 CPU의 담당이었다. Intel 이전 조직 나누기로는 하이파는 Mobility Group에 속한 디자인 센터였기 때문이다. 이 센터는 Pentium M (Banias : 베니어스)와 Core Microarchitecture (Core MA)의 2 개의 마이크로 아키텍처를 다뤘다.

　Banias와 마찬가지로 Core MA도 아키텍처의 연구를 시작하는 시점에서는 노트북 PC 용을 목표로 하고 있었다. Core MA는 중간에서 데스크톱과 서버용으로 제공하도록 변경된바 있다. 그러나 Sandy Bridge는 그 점에서 큰 차이가 있다.

　"아키텍처 연구 단계에서 Sandy Bridge는 데스크탑 및 노트북 PC 모두에 제공 하도록 정해져 있었다. 어디라도 뛰어난 CPU가 되는 것이 요구되었다. 데스크톱 / 노트북 PC 용과는 별도로 서버용에는 특별한 것을 준비한다. 서버는 더 성능이 요구되기 때문이다 "

　지금까지 하이파 설계 CPU와는 달리, Sandy Bridge는 설계의 첫 단계 단계에서 시장을 폭넓게 커버하는 것을 전제로 설계되어 있다. 그것이 큰 차이다. 그러면 Intel은 Sandy Bridge 제품군을 어떤 순서로 투입해 갈 생각인 것인가? Eden 씨는 다음과 같이 설명한다.

　"일반적으로 모바일과 데스크톱 모두에 먼저 제공하거나 두 가지 사항에 달려있다. 전략적 및 디자인 요소다.

　우선, 제품 도입 1년쯤 전의 단계에서 나는 "데스크톱 및 모바일 중 어느 쪽을 먼저하면 좋을까?"라고 되짚어 본다. 보통이라면, 나는 모바일을 먼저하려고 할 것이다. 그것은 미래를 볼 때 모바일 시장의 주류가 될 것으로 생각되기 때문이다. 만약 모든 조건이 동일하다면 모바일에서 시작한다.

　하지만 여기에 다른 요소가 있다. 그것은 틱 톡 전략 (데스크탑과 모바일 양쪽에 제공되는 CPU를 2년 간격으로 투입)으로의 경쟁의 예측이다. (타사와의) ​​경쟁이 격렬할  것으로 예상되는 것이 모바일인지 데스크톱인지 고려할 필요가 있다.

　그래서 제품 출시 1년 전에 나는 설계 관리자를 불러 이렇게 말한다. "데스크탑 칩을 먼저할지 모바일 칩을 먼저할지 설계상의 것은 제외하고, 경쟁 환경에서만 판단해 달라"고. 이것이 한가지 사항이다.

　다른 하나는 설계상의 사정이다. CPU의 설계는 하이 엔드부터 시작하는 것이 일반적인 습관이다. 왜냐하면 그쪽이 디자인이 훨씬 수월해지기 때문이다. 예를 들어, 쿼드 코어를 설계하고, 그 전체에서 핵심적인 버스를 부수거나, 구조를 바꾸는 것으로 끝낸다. 그리고, (쿼드 코어)에서 기능을 줄이면 듀얼 코어를 쉽게 설계 할 수 있다.

　만약 그 반대로 듀얼 코어 CPU의 설계부터 시작하고, 다음에 쿼드 코어 설계로 옮기자면 문제가 생긴다. 쿼드코어화 단계에서 새로운 핵심 버스 등의 문제를 찾게되기 때문이다. 따라서 일반적으로 먼저 슈퍼 세트를 만들고 거기에서 서브 세트로 깎아 간다. 슈퍼 세트의 CPU가 먼저이다.

　디자인 요소는 이러한 부분이다. 그러나 이미 말했듯이 최종적으로 모바일과 데스크탑 어느쪽을 먼저 할지는 주로 전략적인 움직임을 보인다. 경쟁이 있는 곳에 우선 최초 투입하고 싶다. 거기에는 엔지니어링의 마술은 아무것도 없다. 만약 모바일에서 경쟁이 심해 (라이벌과의) 차이가 막혀 있다면, 모바일에 먼저 투입한다. 그 반대라면 데스크탑에 먼저 투입한다. 매우 전략적이다. "

 

 

Sandy Bridge와 Nehalem 계의 비교

동일한 웨이퍼에서 데스크톱과 모바일을 만들어 나눈다.

　Eden 씨의 설명에서 요약 · 보충하면 다음과 같이된다.

　우선, 설계 단계에서 더 큰 구성의 CPU를 먼저 개발하는 것이 설계가 용이하게 된다. 따라서 예를 들어, 듀얼 코어 CPU 보다 쿼드 코어 CPU를 먼저 설계하는 것이 좋다. 쿼드 코어 CPU에서 CPU 코어 등을 깎아 가고 듀얼 코어 CPU를 파생시킬 수 있기 때문이다.

　이번 Sandy Bridge에서 먼저 쿼드 코어가 공개된 이유는 여기에 있다고 추측된다. 메인 스트림,모바일에 적합한 듀얼 코어 CPU 쪽 중, 어느쪽 이냐고 말하면 데스크탑에 적합한 쿼드코어 CPU 쪽이 먼저 개발되는 것이다.

　그러나 결국 제품을 데스크탑과 모바일 모두에 먼저 투입은 제품 전략에 결정된다. 경쟁이 치열해 신제품이 더 빨리 필요한 시장에 먼저 소개된다. 현실 문제로서 Intel에있어서 경쟁이 더 치열한 곳은 데스크탑 시장이기 때문에, 그쪽에 먼저 제품이 투입 될 것으로 보인다.

　무엇보다, 데스크탑과 모바일에서 다른 디자인의 칩을 사용하고 있는 것은 아니다. 같은 웨이퍼로 에서 얻는 다이로 만들고 나누고 있다. 수율도 다르지 않다.

　"데스크톱 칩과 모바일 칩은 같은 다이지만, 누설 전류 (Leakage)가 다르다. 낮은 누설 전류의 다이는 노트북 PC로 가고 높은 누설 전류의 다이는 데스크탑으로 간다. 그래서 제품화 할 때에는 차이가 있지만, 수율은 거의 같다. 아주 대단한 익스트림 만은 조금 수율에 제약이 있다. 테스트를 행한 결과다 "(Eden 씨).

　동일한 다이에서 데스크톱과 모바일 파생시키는 전략 자체는 기존대로이다. 물론, 특히 누설 전류가 적은 다이는 또 ULV (초저전압) 판으로 파생시킨다.

　"Arrandale에서도 ULV 판을 제공하고, Sandy Bridge에서도 ULV 버전이 있다. 그러나 ULV는 듀얼 코어로 버전뿐, 쿼드 코어 ULV는 없다."

 

Sandy Bridge는 쿼드 코어도 모바일에 투입하나?

 

 

Eden 씨

 

　그러나 데스크톱은 이미 쿼드 코어 CPU가 상당히 아래 시장까지 투입되고 있다. Sandy Bridge 세대는 노트북 PC에 쿼드 코어가 더 투입되지 않는 것일까? 메인 스트림 노트북 PC가 모두 쿼드 코어로 바뀌는 날은 Sandy Bridge 세대는 오지 않는 것일까? Eden 씨는 2년 전 라운드 테이블에서 쿼드 코어 CPU는 모바일에 한정된 틈새의 것이라고 대답했다.

　"쿼드 코어는 어디까지 모바일 시장에 깊이 침투하는 것인가? 2년 전에 나는 다음과 같이 대답했다. 쿼드 코어는 큰 다이이며, 발열이 많기 때문에, 노트북 PC 디자인에 2 개의 영향이 있다. 하나는 폼 팩터로 오늘의 쿼드 코어는 섹시한 디자인이 되지 못한다. 다른 하나는 배터리 구동 시간으로 CPU가 더 많은 트랜지스터를 싣고 있는 만큼 구동 시간은 영향을 받는다. 그래서 쿼드 코어는 특정 시장에 머물 것이다. 게임이나 고해상도 워크스테이션 등이다.

　나는 지금도 그렇다고 생각하고 있다. 특히 물음표가 붙는 것은 이용 형태, 문제는 쿼드 코어가 듀얼 코어보다 배터리 수명이 짧아지는 것이다. 사용자에게 노트북 PC에서 무엇이 중요한가 물으면 물론 배터리 구동 시간이라고 대답하는 것이다.

　차후도 우리가 나름의 기술을 완성시키기까지 쿼드 코어는 그다지 배터리 구동 시간을 얻지 못할 것이다. 예를 들어, 듀얼 코어라면 8시간 구동 할 수 있는 것이 쿼드 코어라면 6 시간이 되어 버린다. 따라서 가까운 장래에도 쿼드 코어는 틈새시장에 머물 것으로 생각되지만, 경쟁이 치열하게 어떻게 되면 시장이 움직이게 될지도 모른다.

　고객의 관점에서는, 45nm에서는 확실히 (쿼드 코어는 틈새시장)이다. 32nm 이하에서는 어쩌면 약간 아래로 내려 오는지도 모른다. 하지만 메인 스트림은 여전히​​ 듀얼 코어에 머물 것이다. 22nm 내용은 모르겠다. 이것은 하드웨어만이 아닌 소프트웨어에 의존 되고 있다 "(Eden 씨).


모바일 때는 듀얼코어 전원 때는 쿼드코어는?

　그러나, Intel은 이미 아이들 상태의 코어 누설 전류 (Leakage)를 극한까지 억제 할 수있는 파워 게이팅 기술을 가지고 있다. 그렇다면 전원 연결시에는 쿼드코어 CPU로 구동하고, 배터리 구동시에는 듀얼코어 CPU로 구동 할 수는 없는 것일까? 배터리 구동시 모드를 전환하여 2개의 CPU 코어를 비활성화 하여 파워 게이트로 전력을 멈추면 듀얼 코어 CPU로 사용되는 것이다. 전력 소비도 듀얼 코어 CPU와 크게 다르지 않을 것이다. 그것에 대해 Eden 씨는 다음과 같이 대답한다.

　"그것은 바로 우리가 생각하고 있는 선택지의 하나다. 그러나 문제가 있다. 그러한 디자인을 가진 쿼드 코어가 되는 전원모드 때에 발생하는 더 많은 열을 방출해야 하는  것이다.

　열 문제를 해결하려면 두 가지 방법이 있다. 하나는 노트북 PC 자체를 두껍게 (열 방출이 쉽게)하는 것. 또 하나는 추가적인 냉각기구를 장착한 도킹 스테이션을 제공하는 것이다. 도킹 스테이션에 노트북 PC를 연결하면 공기를 뿜어내는 기구를 준비한다.

　우리는 이러한 기술을 모두 검토하고 있다. 정확히 말하면 가지고 다니는 상황과 별도로 도킹 스테이션에 연결하는 상황을 만드는 것을 검토하고 있다. 많은 엔지니어와 OEM이 실로 다양한 변화를 생각해 낸다. 그래서 모바일시 듀얼 코어에서 전원시 쿼드 코어도 가능성이있다. 다만 나는 아마 도킹 스테이션에서 냉각 시스템을 제공하지 않으면 의미가 없게 된다고 생각한다. 그렇지 않으면 두꺼운 노트 PC가 될수 밖에 없다. "

　이렇게 보면 Intel은 향후 Sandy Bridge 세대의 CPU에 다양한 계획과 기술을 제공하고 있는 것을 알 수 있다. 특히, Sandy Bridge는 하이파에서 태어났기 때문에, 모바일에서 여러가지 장치가 상상된다.

 

 

2009년 9월 30일 기사 입니다.

 

 

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