서피스 3
Bay Trail에 비해 GPU 강화가 큰 포인트인 Cherry Trail
Surface 3에 채용된 "Atom x7-Z8700"는 개발 코드 네임 Cherry Trail (체리 트레일)로 알려진 Intel의 최신 모바일 SoC이다. Cherry Trail은 2013년 9월에 발표된 Atom Z3700 시리즈 (코드 명 : Bay Trail)의 후속 제품으로, 3월 스페인 바르셀로나에서 열린 MWC 2015에서 발표되었다. 두 제품을 비교하면 다음과 같다.
체리 트레일과 베이트레일 비교 | |||||
코드네임 | 체리 트레일 | 베이 트레일 | |||
제품명 | 아톰 x5 / x7 | 아톰 Z3700 | |||
제조공정 | 14nm | 22nm | |||
CPU | Airmont (에어몬트) | Silvermont (실버몬트) | |||
CPU 코어수 | 4코어 | 4코어 | |||
GPU | Intel Graphics Gen 8 | Intel Graphics Gen 7 | |||
그래픽 API | OpenGL 4.2 / Direct 3D 11.1 / OpenCL 1.2 / OpenGL ES 3.0 | OpenGL 3.2 / Direct 3D11 / OpenCL 1.1 | |||
최대 EU | 16 | 4 | |||
QSV (퀵싱크) | 지원 | 지원 | |||
메모리 | 2 x 64(bit) LPDDR3 1600-8GB (128bit) | 2x64 LPDDR3 1066 4GB(128bit) | |||
최대 대역폭 | 25.6GB/s | 17.1GB/s | |||
스토리지 I/O | eMMC 4.51 | eMMC 4.51 |
기존 제품인 Bay Trail과 가장 큰 차이점은 GPU가 대폭 강화된 것이다. Bay Trail의 GPU는 Intel의 자사 설계의 내장 GPU (Intel Graphics)의 7 세대 디자인으로 3세대 Core 프로세서 (개발 코드 명 : Ivy Bridge)와 같은 구조이다. EU라는 실행 엔진은 4개로 다소 적었다.
이에 비해 Cherry Trail의 내장 GPU는 8 세대로 강화되어 있다. 8세대의 Graphics는 5세대 Core 프로세서 (Broadwell)에 채용된 내장 GPU로 최신 디자인이다. 한편, EU는 단번에 4배인 16개로 증가됐다. 또한 소프트웨어 적으로는 OpenGL 4.2, Open CL 1.2, OpenGL ES 3.0 등 새롭게 대응한다.
16EU를 실현하기 위해 제조 공정은 5세대 Core 프로세서와 동일한 14nm 강화되었다. 이것에 맞추어 CPU도 14nm 공정 세대인 Airmont 코어로 변경되어 있지만, 이 Airmont 코어는 22nm 공정의 Silvermont 코어의 미세화 버전으로 CPU의 성능 자체에는 큰 변화는 없다. 따라서 CPU 성능에 관해서는 Bay Trail 세대와 거의 같다.
I / O 부분도 기본적으로 큰 변화는 없다. 스토리지 Bay Trail과 같은 eMMC 4.51로 되어있다. 다만, 메모리에 관해서는 Bay Trail이 LPDDR3-1066 듀얼 채널 구성였던 것에 비해 Cherry Trail에서는 LPDDR3-1600 듀얼 채널로 강화 되었다. 최대 구성의 메모리 대역폭은 Bay Trail이 17.1GB / sec인 반면 Cherry Trail은 25.6GB / sec로 증가했다.
Core 프로세서와 큰 차이는 CPU의 성능과 스토리지 인터페이스
이 Cherry Trail은 상위 버전인 Core 프로세서와는 어떤 차이가 있을까. 이미 언급했듯이 GPU 아키텍처에 관해서는 Cherry Trail도 Intel GMA의 8세대이기 때문에 차이는 EU 수 밖에 없다. 따라서, 가장 큰 차이점은 CPU가 된다. 다음은 Core 프로세서와 Atom의 최신 세대를 비교한 표이다.
코어 프로세서 (브로드웰)과 아톰 프로세서 (체리 트레일)의 차이 | ||||
5세대 코어 프로세서 (U 프로세서) | Atom x5/ x7 | |||
코드네임 | 브로드웰 | 체리 트레일 | ||
CPU 아키텍처 | 브로드웰 | 에어몬트 | ||
CPU 코어수 (쓰레드) | 2 (4) | 4 (4) | ||
L1 캐시 (명령어 / 데이터)/코어당 | 32KB / 32KB | 32KB /3 2KB | ||
L2 캐시 / 코어 | 512KB | 512KB | ||
LLC (라스트 레벨 캐시 = L3 캐시) | 4MB | - | ||
GPU 아키텍처 | 인텔 그래픽 8세대 | 인텔 그래픽 8세대 | ||
EU (실행 유닛) | 24 / 48개 | 16개 | ||
메모리 구성 | DDR3L-1600 / LPDDR3-1866 x 2 | LPDD3-1600 x 2 | ||
메모리 대역폭 | 25.6GB/s | 25.6GB/s | ||
스토리지 | PCI Express / SATA | eMMC 4.51 | ||
소비전력 | TDP 15W / 28W | SDP 2W |
현재 노트북 PC 용으로 제공되는 5세대 Core 프로세서는 듀얼 코어 (2 코어)로 Cherry Trail은 쿼드 코어 (4코어)되어 있기 때문에 Cherry Trail이 더 빠른 것 아닌가 착각하고 있는 사람도 없지는 않을 것이다 (본지 독자는 없다고 생각하지만 만약을 위해). 실제로 CPU의 처리 능력이라고 하는 것은,
(1) CPU의 코어 수
(2) IPC (Instruction Per Clock cycle)
(3) 클럭 주파수
라는 변수에 의해 결정된다. 이러한 곱셈으로 정해지기 때문에, 코어 수가 많아도 클럭 주파수와 IPC가 낮으면 성능은 높아지지 않는다. 현재 CPU 주파수는 1 ~ 3GHz 전후로 비교적 비슷한 클럭 주파수되어 있는 경우가 많다. 따라서 주로 성능은 IPC에서 결정된다고 할 수 있다.
IPC라는 것은 간단히 말해서 1클럭 당 실행 가능한 명령 수인 것으로, 있는대로 말하면 Core 프로세서는 이 IPC가 높고, Cherry Trail 쪽은 적당히 라는 것이 차이점이다. 예를 들어, 캐시는 각 코어당 32KB (명령어) + 32KB (데이터)의 L1 캐시, 512KB의 L2 캐시 (Atom은 실제로 두 개의 CPU 코어가 1MB의 L2 캐시를 공유하는 구조)라는 곳까지는 양 제품 모두 같지만, Broadwell에는 LLC라는 L3 캐시가 포함되어있어 보다 높은 IPC를 실현할 수있게 되어 있다. 이 밖에도 실행 엔진의 효율성 등 다양한 부분에서 Core 프로세서 쪽은 IPC를 높이는 구조가 들어있다. (본문에서는 캐시를 위주로 설명하는데, 캐시도 물론 성능에 영향이 있지만, 그 이전에 Core 프로세서는 CPU 코어 자체가 고성능으로 (고 IPC = 클럭당 더 많은 명령을 동시에 실행 할 수 있음) 설계되어 있습니다. 고성능 CPU 코어는 코어자체가 동시에 더 많은 명령을 실행할 수 있도록 더 많은 회로가 들어가기 때문에, 크기가 커지고, 전력이 상승. 코어의 성능을 높이는 것 이상으로 크기당 성능은 하락. 성능을 높이기 위해 2배 더 크게 만들면 2배 성능이 아닌 1.5배의 성능 향상. 역으로 말하면 작은 코어로 만들면 성능은 하락하지만, 크기당 성능은 향상 (크기당 효율이 높음). 8코어 불도저 시리즈가 이런 방향(소형 8코어. 그런데 실제 다이 크기는 큰 이유는 쓸데없이 캐시만 많고, 회로및 배선 배치를 타이트 하게 하지 못했기 때문에. 출시까지 시간이 없었거나, 능력이 안됐거나, 또는 저성능 코어의 성능을 올리기 위해서 고 클럭으로 해야하는데 고 클럭시 열 문제로 인해서 덜 타이트 (열밀도 문제) 하게 배치를 했거나.). 반대로 인텔은 대형 코어 4코어. AMD 재규어나, 인텔 아톰도 역시 소형 코어.
그러면 소형 코어로만 코어수를 늘리면 좋은가? 역시 스레드 병렬화의 문제로 온전히 모든 코어의 성능을 다 쓰기가 어려움. 스레드 병렬화가 좋은 쪽은 그래픽, 대형 연산 분야 (슈퍼컴퓨터 분야).즉 개인에게는 성능을 제대로 쓰기가 어려움. 무엇보다 기존의 CPU보다 소형코어로 다수를 넣으면, 기존의 소프트는 성능이 하락함 이게 가장 문제(무조건 기존 CPU보다는 코어당 성능이 낮아서는 안됨). 적절한 숫자의 (시대에 따라) 코어수에 적절한 고성능 코어가 개인용에는 최적. 초저전력 분야는 어쩔 수 없이 아톰같은게 쓰일 수 밖에 없겠구요. (가장 좋은건 대형 코어 + 수많은 코어가 좋은데, 이러면 다이 크기가 너무 커져서 가격이 상승합니다. 전력도 높아지구요. 결국 정해진 다이크기 안에 어느정도 코어를 몇개나 넣을 것인가? 결국 시대에 맞춰서 (소프트웨어 환경) 조율 할 수 밖에 없습니다.)
효율,전력등 때문에. 싱글 스레드 성능의 중요성. 대충 이런 내용을 알면 코어수가 전부가 아닌걸 알 수 있죠. 간혹 불도저에 대해서 환상 가지신 분들 특히.. 가장 아래에 블로그 글 중 몇가지 글을 추려서 링크했으니 내용을 대충이라도 이해하면 궁금증이 풀리게 됩니다. 완전 컴맹이 아니고 CPU에 관심이 있으면 꼭 보시길 추천 합니다. 아는 분들은 거슬리겠지만, 잘 모르는 분들을 위해 여러 글들은 추가 설명을 넣어뒀습니다.)
그러나 IPC가 높을수록 소비 전력이 증가해 간다. 따라서 Core 프로세서는 15W와 28W라는 TDP가 설정되어 있다. 이에 비해 Cherry Trail은 SDP가 2W로 압도적으로 낮게 설계되어있다. Core 프로세서이면 기본적으로 냉각 팬이 필요하게 되지만, Cherry Trail은 팬리스 설계가 가능하다.
또 다른 큰 차이점은 스토리지 인터페이스이다. Core 프로세서가 PCI Express 및 Serial ATA 등을 이용하여 SSD를 연결 가능한 반면, Cherry Trail는 eMMC라고 불리는 태블릿이나 스마트 폰 등에서 일반적으로 사용되는 인터페이스를 이용하고 있다. PCI Express가 몇 GB / sec, SATA가 600MB / sec 매우 높은 대역으로되어 있는데 비해 Cherry Trail에서 지원되는 eMMC 4.51에서 200MB / sec로 그다지 빠르지 않다. 원래 eMMC 용으로 판매되는 플래시 메모리는 원래 고속이 아니기 때문에 이것으로 충분하지만, PC 용으로 보면 다소 느리다. 다만, 그 대신에, eMMC는 압도적으로 소비 전력이 낮고, 모바일 기기에 적합하다고 할 수 있다.
테스트에 따라 Bay Trail의 1.5 ~ 3.6 배, 몇년 전 하이 엔드 PC 상당 성능?
그러면 사실 Cherry Trail의 성능은 어느정도 될까? 그것을 보기 위해서, 필자의 수중에 있던 3개의 제품과 벤치 마크를 이용해 비교하여 보았다.
비교한 것은 Bay Trail을 탑재한 "ThinkPad 8"(2014년 발매), 제 4세대 Core 프로세서 (Haswell 하스웰)을 탑재한 "VAIO Duo 13"(2013년 발매), 또 1세대 (라고 붙지는 않았지만)의 Core 프로세서 (Arrandale)을 (데스크탑의 클락데일에 해당) 탑재한 "ThinkPad T410s"(2010년 발매)의 3 가지를 준비했다.
참고로 이용한 Surface 3는 이전 글에서 소개한 미국판 Surface 3 (4GB / 128GB 모델, Wi-Fi)에 일본어 언어 팩을 넣어기 때문에 약간 일본의 제품과는 다를 가능성이 있다는 것을 예고해 둔다.
테스트 환경은 표 3과 같으며 결과는 표 4와 거기에서 몇 가지 결과를 뽑아 낸 그래프 1 ~ 그래프 8이된다.
테스트 환경 | ||||||||
기기 | ThinkPad T4110s | VAIO Duo 13 | ThinkPad 8 | Surface 3 | ||||
CPU | 코어 i5-M540 2.53Ghz | 코어 I5-4200U 1.6GHz | Atom Z3770 1.46GHz | Atom X7-8700 1.6GHz | ||||
메모리 | 4GB | 4GB | 2GB | 4GB | ||||
스토리지 | 삼성 MMDPE56G8DXP | 삼성 MZNTD128HAGM | 샌디스크 | 삼성 | ||||
OS | 윈도우즈7 SP1 | 윈도우즈 8.1 | 윈도우즈 8.1 | 윈도우즈 8.1 | ||||
발매시기 | 2010년 | 2013년 | 2014년 | 2015년 |
ThinkPad T410s (Core i5-M540) | VAIO Duo 13 (Core i5-4200U) | ThinkPad 8 (Atom Z3770) | Surface 3 (Atom X7-z8700) | |
3DMark ICE Storm Unlimited | ||||
Score | 16200 | 43289 | 15517 | 25143 |
Graphics Score | 14491 | 49290 | 14541 | 27417 |
Physics Score | 27600 | 30355 | 20289 | 19487 |
Graphics test 1 (fps 초당프레임) | 90.37 | 313.65 | 77.72 | 135.42 |
Graphics test 2 (fps 초당프레임) | 48.36 | 162.76 | 53.29 | 106.64 |
PCMark8 v2 | ||||
Physics test (fps) | 87.62 | 96.37 | 64.41 | 61.87 |
Home Conventionl 3.0 score | 87.62 | 96.37 | 64.41 | 61.87 |
Web Browsing-JunglePin (낮음 좋음) | 0.381 | 0.344 | 0.672 | 0.512 |
Web Browsing-Amazonia (낮음 좋음) | 0.138 | 0.14 | 0.212 | 0.171 |
Writing (낮) | 4.59 | 4.91 | 10.2 8 | 9.57 |
Photo Editing v2 | 0.975 | 0.93 | 3.098 | 1.759 |
Video Chat v2 / Video Chat playback 1 v2 (fps) | 30 | 30 | 30 | 30 |
Video Chat v2 / Video Chat encoding v2 (ms 낮) | 183.7 | 142 | 393.7 | 212 |
WinSAT | 5.3 | 23.8 | 4.1 | 14.2 |
Casual Gaming (fps) | 5.3 | 23.8 | 4.1 | 14.2 |
CrystalMark 4.0.3 | ||||
Benchmark Duration 낮 | 34분 31초 | 33분 49초 | 57분 32초 | 43분 4초 |
메모리(MB/s) | 5932.55 | 14427.91 | 10118.82 | 12534.86 |
SeqQ32T1 (리드,MB/s) | 171.8 | 525.5 | 72.96 | 151.5 |
SeqQ32T1 (라이트, MB/s) | 118 | 134.1 | 57.07 | 38.27 |
4KQ32T1 (리드,MB/s) | 19.07 | 236 | 18.05 | 34.98 |
4Kq32T1 (라이트,MB/s) | 7.432 | 132.8 | 5.002 | 10.91 |
Seq (리드,MB/s) | 89.55 | 463.5 | 91.65 | 121.4 |
Seq (라이트,MB/s | 119.3 | 134.2 | 33.34 | 36.91 |
4K (리드,MB/s) | 14.5 | 25.85 | 13.69 | 16.17 |
4K9(라이트,MB/s) | 4.669 | 50.81 | 4.435 | 10.44 |
[그래프 1] PCMark8 v2
[그래프 2] PCMark8 v2 Photo Editing v2
[그래프 3] PCMark8 v2 Web
[그래프 4] PCMark8 v2 Casual Gaming
[그래프 5] 3DMark Score
[그래프 6] WinSAT 메모리
[그래프 7] CrystalDiskMark 4.0.3 (리드)
[그래프 8] CrystalDiskMark 4.0.3 (라이트)
이것을 보고 알 수있는 것은 Bay Trail에서 Cherry Trail로 되며 성능 향상은 사실 상당히 크다는 것이다. 이번 비교 마련한 ThinkPad 8 Atom Z3770은 기본 클럭이 1.46GHz의 Bay Trail을 탑재하고 있으며, Surface 3에 탑재되는 Atom x7-Z8700의 기본 클럭 1.6GHz에 비해 CPU 클럭은 약간 낮다. 그래서 그 부분은 약간 생각하지 않으면 안되지만, 그래도 PCMark8 v2의 종합 점수 (그래프 1)이 1.5 배가되고 있는 것은 충분히 주목할만 하다.
이미 말한대로, 동 클럭이면 Bay Trail과 Cherry Trail의 CPU 성능 향상은 거의 없기 때문에 CPU 클럭과 GPU 더 말하면, Surface 3 메모리가 4GB로되어 있는 것이 이 결과에 나타나 있다 라고 말해도 좋을 것이다.
게다가 5년전의 하이엔드 PC인 ThinkPad T410s에 꽤 육박 종합 성능에 있어 필자의 체감은 Windows 8이 기동 속도 등이 크게 개선되고 있기 때문에 오히려 Surface 3이 쾌적하게 사용할 수 있다고 느꼈을 정도다.
그냥 순수하게 CPU의 처리 성능을 필요로하는 사진 편집 등에서는 역시 Core 프로세서가 빠르다는 것은 그래프 2 PCMark8 v2 Photo Editing v2의 결과에서도 알 것이다. 사진 편집과 같은 작업은 CPU 자체의 처리 능력과 클럭 주파수가 효과가 오기 때문에 Bay Trail이나 Cherry Trail은 다소 불리한 결과가 있다. 그래도 Cherry Trail을 탑재한 Surface 3는 Bay Trail의 ThinkPad 8의 절반의 시간으로 끝나 역시 여기에서도 큰 성능 향상을 확인할 수 있었다.
GPU의 성능에 관해서는 그래프 4와 그래프 5를 참조해 주었으면 하는데, Bay Trail이 초대 Core i5와 거의 유사한 성능였던 것에 비해, Cherry Trail을 탑재한 Surface 3는 크게 성능 향상 하고있는 것을 알 수있다. 특히 PCMark v2의 캐주얼 게임은 3.46 배가 되어 큰 성능 향상을 담당한다.
다만 왜 3DMark 쪽은 1.6 배? EU는 4배가 되었잖아? 라는 의문이 있다고 생각하지만, 아마도 그것은 메모리 대역폭이 증가하지 않았기 때문일 것이다. 그래프 6 WinSAT 메모리 대역에서 봐도 알 수 있듯이, 메모리 대역은 조금 밖에 오르지 않았다. 3DMark가 상정하는 것 같은 무거운 3D 게임에서는 메모리 대역폭에 부하가 있는데, 내장 GPU의 경우 메모리 대역폭을 CPU와 공유해야하며, 단독(외장) GPU 처럼 메모리 대역폭이 충분히 확보되어 있다 보기는 어려운 상황이다. 따라서 모처럼 EU가 4배가 되어도 성능은 선형으로 4배는 안된다. (메모리 대역도 그렇지만, 그래픽 분야가 다수의 CPU코어를 잘 쓸수 있는 분야 중 하나라고 했는데 (3D 렌더링 하는 분들), GPU로 처리하는 것 역시 그렇지만, 역시 EU가 늘어나는 만큼 그 수만큼의 정비례로 성능 향상은 안됩니다. 어떤 그래픽 카드도 그렇습니다.)
같은 문제는 Core 프로세서의 GT2와 GT3도 알려져 있으며, eDRAM이 장착되지 않은 GT3 GPU는 EU의 수가 두 배로 되어 있는데, 역시 3DMark 점수는 배가되지 않는 것은 잘 알려져 있다. 이 점은 향후 세대의 과제라고 할 수 있겠다.
마지막으로 그래프 9 스토리지에 대해 언급하고자 한다. VAIO Duo 13의 내장 스토리지는 PCI Express SSD가 아닌 SATA 6Gbps SSD 이지만, 그래도 꽤 빠른 부류의 SSD를 채용하고 있다. 그것과 비교하면 역시 eMMC 플래시 메모리는 그다지 빠르지 않다. 특히 라이트는 크게 떨어지는 결과임을 알 수있다. 그러나 eMMC는 PCI Express SSD와 SATA에 비해 소비 전력이 낮고, 이것만으로 절충 할수 밖에 없다 라고 말할 수 있다. 물론, 쾌적하게 사용할 수 있다고는 말하기 어렵지만, 읽기에 관해서는 T410s에 내장되어 있는 초기 SATA SSD보다 약간 느린 정도이고, 쓰기도 무작위는 T410s에 비해 빠르다. 즉, HDD보다 압도적으로 쾌적하게 이용 가능한 수년전의 SSD 수준의 성능을 가지고 있으니까 충분하다.
디지타이저 펜도 사용 가능해, 비즈니스 애플리케이션 중심의 사용자에게 더욱 추천
이상과 같이 보아 왔지만, 벤치 마크 결과에서도 알 수 있듯이, Cherry Trail은 Bay Trail 세대에 비해 크게 성능이 향상되어 있다. 이전의 기사에서도 언급했지만, 많은 Bay Trail 사용자는 동의한다 생각하지만, 대용량의 메모리를 사용하는 응용 프로그램을 많이 실행하지 않으면 Bay Trail의 Windows 태블릿은 충분히 보통으로 사용할 수 있었다. 즉 CPU와 GPU의 성능으로는 Windows 8 / 8.1가 필요로 하는 최소 조건은 클리어하고 있던 것이다. 다만, 대부분의 제품은 메모리가 2GB, 제품에 따라 1GB 밖에 메모리가 탑재되어 있지 않았기 때문에, 역시 대용량의 메모리를 필요로 하는 응용 프로그램과 많은 응용 프로그램을 동시에 실행 시키면 다소 힘들었던 것이 사실이다.
그러나 Surface 3에 탑재되는 Atom x7-Z8700과 4G 메모리의 조합은 꽤 강력하고, GPU의 성능이 상승하고 있기 때문에 Bay Trail보다 쾌적하게 이용할 수 있으며, ThinkPad T410s와의 비교를 보면 몇년전 하이 엔드 PC 수준 또는 그 이상으로 Windows를 사용할 수 할 수있면, 사람에 따라서는 충분하다 느끼지 않을까?
단, 사진 편집이나 동영상 편집 등 용도가 메인이라면 Surface 3는 그다지 적합하지 않을지도 모른다. 그것들은 CPU와 GPU의 성능을 더 필요로 하고 메모리도 8GB, 16GB 등있는 편이 쾌적하게 조작 할 수있다. 그런 의미에서 그러한 용도로 사용하고 싶은 것이라면, Surface Pro 3 등 Core 프로세서 + 8GB 메모리를 탑재한 제품을 선택하는 것이 행복해질 것이다.
그러면 Surface 3는 누구를 위하는가 말하면, 역시 메인은 Office 응용 프로그램 및 텍스트 편집기 가끔 사진 편집도 하는 등 비즈니스 사용자인 것이다. 특히 옵션으로 제공되는 디지타이저 펜을 이용하면 펜으로 메모를 하는것도 그렇지만, PDF 파일에 쓰고 보내거나 하는 사용법도 가능하며, 비즈니스 생산성 향상에 큰 도움이 될 것이다. 집에서 사용하고 있는 메인 PC에 더해, 휴대 태블릿 겸 노트북 PC로 사용하는 서브 노트북 PC 사용법이 예상되지 않을까?
이 글을 쓰고있는 시점에서는 Surface 3의 가격은 밝혀져 있지 않지만, 필자 개인적으로는 역시 4GB의 메모리가 더 편안하게 사용할 수 있다고 생각하고 있기 때문에, 조금 비싸도 4GB / 128GB 모델 구입하는 것을 추천하고 이 기사를 수습한다.
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