[고전 2000.08.28] 휴대전화에 1GHz 프로세서가 들어간다? Intel의 새로운 CPU XScale 아키텍처

 

Intel이 IDF에서 또 하나의 1GHz 프로세서를 데모

 

 

론 스미스 부사장 겸 제너럴 매니저

 

 휴대 전화에 1GHz의 프로세서가 들어간다! 그것도 소비 전력은 최소로 불과 0.01W! 모두 자리수를 틀린 것이 아니다. Intel은 하나의 CPU에서 1GHz 및 0.01W, 즉 최강 랭크의 성능과 최저 등급의 전력을 모두 달성 할 수 있고 휴대폰에 들어가는 CPU 아키텍처를 발표한 것이다.

 "Intel Developer Forum (IDF)" (8월 22 ~ 24일 미국 산호세)에서 Intel은 "또 하나의 1GHz "프로세서 아키텍처를 시현했다. "XScale 아키텍처"지금까지 StrongARM 2라고 했는데, Intel의 내장용(임베디드) 차세대 CPU의 데모다. 론 스미스 부사장 겸 제너럴 매니저 (Wireless Communications and Computing Group)의 키 노트 스피치에서 열린 데모는 실제로 XScale 실리콘을 0.05W에서 1GHz까지 확장 구동해 보였다. 아래의 표는 IDF에서 데모에서 보여준 클럭과 소비 전력이다.

 

클럭	구동 전압	소비 전력	성능
1GHz	1.75V	1.491W	1,220 MIPS
800MHz	1.4V	0.746W	1,016 MIPS
600MHz	1.2V	0.429W	762 MIPS
466MHz	1.0V	0.243W	593 MIPS
200MHz	0.7V	0.055W	254 MIPS

 1GHz시의 소비 전력조차 1.5W. 이것은 1GHz 판 Pentium III의 열 설계 전력 (Thermal Design Power)이 33W인 것과 비교하면 20분의 1이다. 게다가 800MHz라면 1W 이하, 200MHz라면 0.055W로 이건 전력을 소비하고 있다고는 말할 수 없이 적다. 무엇보다, 실제 제품 사양은 아래와 같이 데모 보다는 좀 더 얌전하지만, 800MHz에서 1W 이하인 것은 변하지 않는다.

 

클럭	구동 전압	소비 전력
800MHz	1.65V	0.9W
600MHz	1.3V	0.45W
50MHz	0.75V	0.01W

 

 게다가 이 XScale이 대단한 부분이 고클럭과 저전력 사이에서 스케러블로 전압과 클럭을 전환 할 수있는 것이다. 즉, 50MHz / 0.75V로, 800MHz / 1.65V까지 전압과 클럭을 CPU 코어 가동 상태대로 조금씩 바꿀 수 있다. 이것은 "Dynamic Voltage Management"라 Intel이 부르는 기능으로 CPU 부하에 따라 순간적으로 전압 / 클럭을 바꾼다. 즉, CPU는 항상 최소한의 전력밖에 소비하지 않는 것이다.

 Dynamic Voltage Management에서는 클럭을 우선 단번에 전환, 계속해서 전압은 단계적으로 전환한다. 이것은 동작의 안정을 유지하기로 Transmeta의 x86 호환 CPU "Crusoe (쿠루소) '가 탑재한 전압 / 클럭 제어 기술"LongRun (롱런)"과 마찬가지다. 그러나 LongRun에서는 1.1V가 하한인 반면, XScale은 0.75V까지 낮추고 있다. 전압은 전력에 제곱으로 되기 때문에 0.75V까지 낮출 수 있다는 것은 큰 의미가 있다. Intel에 따르면, 0.7V가 물리적 한계라니 0.75V는 정말 직전까지 낮춘 수치가 된다.

 

 

 

 

 

 스케러블로 성능과 소비 전력을 조절이 가능하니까 XScale. Intel은 항상 CPU에 정체 불명의 이름을 붙이지만 이번 "XScale"은 CPU의 특성을 그대로 나타내고 있다. Intel은 내장형 OS 공급 업체에 이 Dynamic Voltage Management에 대응하도록 호소하고 있다.

 또한 XScale은 기존의 StrongARM에 없었던 새로운 절전 모드도 추가되었다. Intel은 일반적인 아이들과 슬립 모드 외에, PLL도 정지시켜 0.1mW (0.0001W)라는 작은 소비 전력 대기 모드를 추가했다. XScale은 이 상태에서 인터럽트에 의해 20μ 초로 시작 된다고한다. 즉, 0.0001W 상태에서 사용자가 키와 터치 패널을 만지는 것으로 순식간에 깨어날 수 있는 것이다.

 

XScale이 노리는 시장은 휴대 전화

 

 

 그런데 XScale은 CPU 개별 명칭이 아니다. CPU 코어 아키텍처의 명칭으로, Intel이 CPU 코어를 사용해 다양한 시장을 위한 제품을 내놓아 간다. 휴대 전화, 휴대용 컴퓨팅 장치, RAID 등 저장 장치, 통신 장비, 통신 백본 장비로 전개한다. 지금 Intel이 StrongARM 코어를 전개하고 있는 바와 같이, 각 용도에 적합한 주변 회로를 집적한 형태로 제공된다.

 그리고 그 중에서도 관건은 3G (3세대) 휴대폰 이라고 한다. 광대역의 3G에 이르면 휴대 전화가 더 모바일 단말기의 색채를 강화해 간다. Intel은 거기를 노리고 있다. 즉, 기존의 임베디드 CPU를 크게 초과한 PC 급 성능과 휴대 전화의 엄격한 요구에 견딜 저전력의 양립이라는 XScale의 특징을 살려 시장을 개척하는 것이다. Intel이 시장에 진심이라면 3G 휴대폰베이스 밴드 부분의 처리를 XScale을 중심으로 모두 원칩으로 집적한 제품도 내놓아 갈지도 모른다.

 서두에서 휴대 전화에 1GHz라고 썼지만 실제로는 휴대 전화에 들어가는 XScale 파생 칩은 거기까지 CPU 파워를 필요로 하지 않기 때문에 더 낮은 주파수가 된다. 신호 처리 중 무거운 부분은 전용 DSP에 맡기는 것이기 때문이다. 그러나 휴대 전화가 Web 단말 화 되면, DSP로 돌리지 못하기 때문에 보다 높은 성능도 필요할지도 모른다. 그리고 제조 공정이 미세해짐에 따라 XScale도 더 높은 클럭시의 소비 전력을 낮춰가는 것이다. 참고로 첫 번째 XScale은 0.18μm (180nm) 제조 공정에서 만들어 지는데, Intel의 제조 공정에서 내년에 0.13μm (130nm), 그리고 3년 후에는 0.10μm의 도입이 시작된다. 그 중 "내 휴대 전화는 1GHz 다 "라고 자랑할 날이 올지도 모른다.

 

기본적으로 StrongARM의 기능 강화판

 놀라운 성능 / 전력 비율을 자랑하는 XScale 이지만, CPU 코어 아키텍처 자체는 그다지 놀라운 확장은 이루어지지 않는다. 파이프 라인을 지금까지의 5단에서 7단 (정수 연산의 경우)로 깊게해 더 높은 클럭을 쉽게했다. 또한 파이프 라인이 깊어짐에 적합하도록 동적 분기 예측 기능을 탑재, 캐시는 명령 32KB 데이터 32KB, 미니 데이터 캐시 2KB도 배로 늘리고, 라이트 백도 지원한다. 즉, 높은 클럭에 최적화를 중심으로 하는 성능 향상이 대부분이다. 따라서 StrongARM과 비교하면 클럭에 대한 성능은 그다지 향상하지 않았다. 기본적으로 StrongARM을 Intel 아키텍처로 고속화 한 흰색 물건이다.

 다만 XScale 명령어 세트는 최신으로 확장되고 있다. XScale은 지금의 StrongARM 같이 ARM 32 비트 RISC 명령어 아키텍처를 사용하고 있었지만, 이것이 "V5TE"가 되어, ARM의"E "DSP 확장, 즉 DSP 계열 확장 명령이 더해졌다. 이는 ARM의 CPU 코어 "ARM9E"에 구현된 것과 같은 확장 명령어다. SIMD 형태의 16 비트 DSP 명령을 갖춘다.

 Intel은 이 명령의 실행 유닛에도 힘을 주어, 800MHz 때 650M / 초로 적화 연산이 가능한 구조로 되어 있다고 한다. MP3 디코딩 이라면 600MHz시의 CPU 파워의 3%에서 실행, 비디오 컨퍼런스 (H.263)의 디코딩이면 20fps을 200MHz에서 처리 가능하다. 또한 ARM 아키텍처 RISC 특유의 코드 비대화를 억제하기 위한 명령 확장 "Thumb"에도 대응 메모리 절약을 실현할 수 있다. 또 Intel은 XScale에 맞춰 IA-32, IA-64, StrongARM, XScale, 그리고 DSP에 대응하는 로우 레벨 소프트웨어 레이어 "Intel Integrated Performance Primitives "도 발표했다.

 

 

 

 

 

 

 

 

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