인텔 코어 X-시리즈 CPU 특집 벤치마크

안녕하세요. wjdqh6544 입니다.

오늘은 인텔 코어 X-시리즈 CPU를 벤치마크 하겠습니다.

출처는 퀘이사존 입니다.

1. 인텔 코어 X-시리즈 CPU 특집 벤치마크

Intel Core X-Series High End Desk Top Processor 

인텔의 5세대 브로드웰 아키텍처 기반의 브로드웰-E 하이엔드 데스크톱 프로세서가 출시된 지 1년이 다 되어 갑니다. 그사이 인텔의 P-A-O 전략에 따라 제조 공정과 아키텍처를 최적화한 카비레이크-S가 출시되었고, AMD에서는 라이젠이란 이름의 걸출한 프로세서가 출시되어 시장에 큰 영향을 주고 있습니다. 이에 대응하여 인텔은 스카이레이크 아키텍처와 카비레이크 아키텍처가 적용된 새로운 하이엔드 데스크톱 프로세서인 6세대 코어 X-시리즈를 컴퓨텍스 타이베이 2017을 통해 공식적으로 발표하여 세상에 그 존재를 드러내게 되었습니다.

인텔이 준비한 여섯 번째 HEDT 

인텔 6세대 코어 X-시리즈 프로세서는 이례적으로 코어 i5가 등장함과 동시에 새롭게 추가된 코어 i9을 포함한 4개의 세부 브랜드로 나뉩니다. 코어 X-시리즈는 인텔 P-A-O 전략 중에서 이미 공정 변화(Process)와 새로운 아키텍처의 적용(Architecture)에 이은 최적화(Optimization)에 해당하는 카비레이크-X 기반 코어 i5와 코어 i7, 새 아키텍처 적용(Architecture)에 해당하는 스카이레이크-X 기반 코어 i7과 코어 i9으로 구성됩니다. 프로세서별 특징과 차이 때문에 더욱 세밀한 분류가 불가피하게 된 것인데, 간단한 정리를 하자면 아래와 같습니다.

카비레이크-X 기반의 코어 i5-7640X, 코어 i7-7740X 

이미 현재 시장에 출시된 카비레이크-S 프로세서, 코어 i7-7700K나 코어 i5-7600K의 상위 모델로서 내장 그래픽을 제거하고 전력 모듈을 조금 더 개선해 오버클럭에 좀 더 유리하게 튜닝되었습니다. 다만 X299 칩셋과 이에 대응하는 메인보드가 제공하는 쿼드 채널 메모리와 풍부한 PCIe 3.0 레인 수를 모두 활용하지 못하고 듀얼 채널 메모리와 16레인 PCIe 3.0을 지원하는 등 카비레이크-S의 한계를 그대로 유지합니다. 

스카이레이크-X 기반의 코어 i7-7800X, 코어 i7-7820X 

카비레이크-X를 제외한다면 나머지는 모두 스카이레이크-X 기반입니다. 하지만 그 내부를 살펴보면 미세한 차이가 존재하는데 코어 i7 제품군의 경우 8코어 이하로 코어의 개수가 적은 편에 속하고, PCIe 3.0 레인 수 또한 28개로 제한이 있습니다. i7-7800X의 경우 더더욱 제한이 걸려있는데, 터보 부스트 맥스 기술 3.0의 부재 및 DDR4-2400MHz까지만 지원합니다. 

새롭게 등장한 코어 i9-7900X와 그 이상의 프로세서들 

코어 i9부터는 코어 개수가 10개 이상이고, PCIe 3.0 레인 수도 44개가 제공되어 진정한 하이엔드 데스크톱 프로세서의 묘미를 만끽할 수 있습니다. 최대 18코어 36스레드까지 구성되어 있으므로 많은 스레드를 활용할 수 있는 프로그램이라면 제대로 된 작업 환경을 구축할 수 있을 것입니다.

인텔 코어 X-시리즈의 세부 기술

인텔 코어-X 시리즈 프로세서는 최대 코어의 2개에 더 높은 작동 속도를 부여하는 인텔 터보 부스트 맥스 3.0 기술을 지원합니다. 터보 부스트 2.0이 모든 코어의 클럭을 일정하게 상승시켰다면 터보 부스트 3.0은 가장 우수한 코어 1~2개를 선별하여 작동 속도를 더더욱 끌어올린 것입니다. 또한 모든 프로세서가 배수 제한이 풀려있어 오버클럭이 가능하며, 메모리의 경우 스카이레이크-X에 한하여 최대 쿼드 채널 DDR4-2666MHz를 지원하고, 최대 44개의 PCIe 3.0 레인을 제공합니다. 가장 큰 변화로는 새로운 익스프레스 칩셋과 소켓 규격인 X299 및 LGA-2066을 사용한다는 것입니다. 무엇보다 코어의 개수가 대폭 늘어났는데 브로드웰-E의 플래그쉽 모델인 i7-6950X가 10코어 20스레드인 반면 스카이레이크-X의 최고 플래그쉽 모델인 i9-7980XE는 무려 18코어 36스레드로 구성됩니다. 인텔의 새로운 명령어인 AVX-512과 옵테인 메모리 기술 역시 빠짐없이 지원하고 있습니다.

캐시 구조의 변화

스카이레이크-X부터는 캐시 구조에 작지만 큰 변화가 이루어졌습니다. L1 캐시의 경우 구조에 변화는 없지만, L2 캐시는 그 용량이 256KB에서 1MB로 늘어났으며, 이로 인해 IPC의 향상을 기대해볼 수 있게 되었습니다. 캐시가 늘어난 만큼 적중률 또한 높아지게 되었지만, 그만큼 대기 시간도 늘어나게 되었습니다. L3 캐시의 경우 하스웰에서 브로드웰로 오면서 그 용량이 증가했지만, 스카이레이크에서는 그 용량이 다시 줄어들었습니다.

내부 구조의 변화 : 링버스에서 매시 구조로 

스카이레이크-X의 가장 큰 변화라고 할 수 있는 것은 내부 구조가 인텔이 지금까지 사용해왔던 링 버스에서 매시 아키텍처의 적용입니다. 기존의 링 버스 구조는 코어나 캐시 등을 순환 형태로 나열해 좋은 효율을 가지고 있었지만, 코어의 개수와 모듈화된 구조에 따른 언코어의 증가로 인해 코어의 개수가 많아질수록 설계가 복잡해지고 데이터의 전송에 지연이 발생해 결과적으로 효율이 떨어지게 되는 단점이 있었습니다. 쉽게 말해 노선을 순환하는 2호선 지하철이 처음엔 여유가 있어 타기 편했지만, 환승역이 많아지면서 지옥철이 되어버린 것과 비슷합니다. 인텔이 지금까지 출시했던 8코어 정도는 링 버스 구조를 사용해도 문제가 없었지만, 그 이상으로 코어를 늘릴수록 링 버스 구조의 한계가 분명히 드러났습니다. ​ ​

그래서 등장한 것이 매시 구조 아키텍처입니다. 매시 구조는 코어와 캐시, 각종 컨트롤러 등을 행과 열 구조로 나열해 서로 교차하고 직접적인 연결을 함으로써 병목 현상을 해결했습니다. 덕분에 클록이나 전압이 낮아도 높은 대역폭과 낮은 지연율을 제공합니다. 캐시 메모리 용량에 변화가 생긴 것도 매시 구조 적용에 따른 영향입니다. 하지만 매시 구조를 적용할 경우 다이 크기가 증가할 수밖에 없어 단가의 상승이 불가피할 수도 있습니다.

X299 칩셋의 등장 

새로운 소켓 규격과 함께 등장한 X299 익스프레스 칩셋. HDD의 캐싱 속도를 높여주는 인텔 옵테인 메모리를 지원하며, DMI 3.0을 이용해 8GT/s 버스 스피드를 제공합니다. 최고 24개의 PCIe 3.0 레인을 포함하며, 프로세서의 종류에 따라 결과적으로 활용할 수 있는 레인의 수가 결정됩니다. SATA 3.0 6Gb/s는 8개까지, USB 3.0은 10개까지 지원하지만, USB의 경우 USB 2.0과 합해 14개의 포트를 넘지 못하는 제한이 걸려있습니다.

벤치마크에 사용되는 CPU별 세부 스펙 

6월 19일부로 NDA가 해제되어 세상에 빛을 본 인텔 코어 X-시리즈는 총 다섯 가지입니다. 퀘이사존에서는 그중에 코어 i5-7640X를 제외한 4종을 입수하였습니다. 비교군으로 브로드웰-E 기반 CPU 2종, 카비레이크-S 기반 CPU 2종, AMD 라이젠 프로세서 7종을 투입하여 현존하는 최신 하이엔드 CPU의 성능을 알 수 있습니다. 그 종류가 워낙 많아 표가 길어질 수밖에 없었는데 클릭하시면 사진이 커집니다.

퀘이사존 벤치마크 시스템 셋업 #1
CPU	메인보드	메모리
인텔 코어 i9-7900X	ASUS Prime X299-Deluxe (UEFI Version: 0501)	GeIL DDR4 PC4-25600 EVO-X RGB 8GB x4 (테스트 설정: 16-18-18-18-36-2T/2,933MHz)
인텔 코어 i7-7820X
인텔 코어 i7-7800X
인텔 코어 i7-7740X
인텔 코어 i7-6950X	ASUS X99-Deluxe II (UEFI Version: 1701)
인텔 코어 i7-6900K
인텔 코어 i7-6800K
인텔 코어 i7-7700K	ASUS Maximus Ix Formula (UEFI Version: 0906)
인텔 코어 i5-7600K
AMD 라이젠 7 1800X	ASUS Crosshair VI Hero (UEFI Version: 1401)
AMD 라이젠 7 1700X
AMD 라이젠 7 1700
AMD 라이젠 5 1600X
AMD 라이젠 5 1600
AMD 라이젠 1500X
AMD 라이젠 1400

퀘이사존 벤치마크 시스템 셋업 #2
그래픽카드	AMD Radeon(라데온) RX 580 8GB NVIDIA GeForce(지포스) GTX 1080Ti 11GB Founders Edition (파운더스 에디션) NVIDIA GeForce(지포스)GTX 1060 6GB Founders Edition (파운더스 에디션)
CPU 쿨러	NZXT KRAKEN X62
SSD	ZOTAC Premium Edition SSD 480GB x2
케이스	TUREX TESTBER LIGHT
디스플레이 장치	Crossover(크로스오버) 27 개간지 AHIPS DP (2560x1440/QHD/16:9) 가상 해상도 : 3840x2160(UHD 4K) / 60Hz
OS(운영체제)	Microsoft Windows 10 Pro K x64 (v1703/OS빌드)
기타 설정	HPET : 비활성화, 전원 관리 옵션 : 고성능
드라이버 버전	AMD Chipset Driver 17.10 / Intel Chipset Sevice Software 10.1.1.42 WHQL AMD Radeon Software Crimson ReLive Edition 17.6.1 NVIDIA GeForce Game Ready Driver 382.53

퀘이사존 벤치마크 시스템 셋업

총 16개의 CPU, 3개의 그래픽카드, 5개의 벤치마크 프로그램, 3개의 랜더링 툴, 10개의 게임이 테스트 되었습니다. 그래픽카드의 경우 CPU 별 성능 차이를 파악하기 위해 플래그쉽 모델인 엔비디아 지포스 GTX 1080 Ti 파운더스 에디션과 퍼포먼스 모델인 지포스 GTX 1060 파운더스 에디션 및 AMD 라데온 RX 580를 사용하였습니다. ​ 메인보드 바이오스는 메모리 클럭을 제외한 어떠한 변경도 가하지 않은 디폴트 상태입니다.​

코어 X-시리즈 프로세서를 지원하는 X299 칩셋 메인보드 

인텔 코어 X-시리즈와 궁합을 맞출 메인보드입니다. 퀘이사존에 가장 먼저 입고된 X299 메인보드로서 에이수스 프라임 제품군 중 가장 상위에 속하는 디럭스 모델을 사용하였습니다. RGB LED와 OLED 모니터를 탑재하였으며 인텔 선더볼트 및 와이기그 802.11ad 지원 등 새로운 기능들을 갖추었습니다.

[관련글] ASUS Prime X299-Deluxe 메인보드

​인텔 코어 i7-7700K를 100으로 두었을 때의 게임 성능

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엔비디아 지포스 GTX 1080 Ti 11GB 장착 시 게임 성능 종합

▲ 3840x2160 UHD 4K 해상도​

▲ 1920x1080 FHD 해상도​

엔비디아 지포스 GTX 1060 6GB 장착 시 게임 성능 종합

AMD 라데온 RX 580 8GB 장착 시 게임 성능 종합

코어-X시리즈, 스카이레이크-X의 게임 성능 ​

테스트에 사용된 10종 게임과 스타크래프트2를 제외한 9종 게임에 대한 성능 종합 그래프를 만들어보았습니다. 스타크래프트2는 CPU 자원을 잘 사용하지 못하는 게임으로 멀티코어보다는 단일코어 성능과 클럭에 더 큰 영향을 받는 게임 중 하나입니다. ​ 스카이레이크-X 시리즈의 게임 성능을 살펴보면 그리 드라마틱할 정도의 성능 차이를 보여주지는 못하고 있습니다. 사실 과거 인텔 하이엔드 데스크톱 라인업을 비롯한 저클럭 멀티코어 CPU들은 대대로 퍼포먼스 등급의 4코어 8스레드 코어 i7 CPU에 비해 게임 성능이 좋지 못했습니다. 그 이유는 간단한데 코어 수는 많지만, 그 많은 코어수 때문에 발열량과 소비전력이 높고 자연스럽게 클럭이 낮기 때문입니다. 게임에서는 그렇게 많은 코어를 사용하지 않아서 일정 코어 수 이상에 서로 같은 아키텍처라면 싱글 코어 성능과 클럭이 코어 수보다 더 중요합니다. 물론 클럭이 다소 낮기는 해도 큰 폭으로 게임 성능이 떨어지는 것은 아니기 때문에 큰 문제는 없지만 절반 정도의 가격에 불과한 코어 i7-7700K와 비교하여 성능이 떨어지는 것이 약간 아쉽기는 합니다. 다만 좀 더 자세히 살펴보면 멀티코어를 잘 활용하는 애쉬스 오브 더 싱귤러리티에서는 확실히 코어 수가 많은 인텔 스카이레이크-X 시리즈가 강세인 모습을 보여주네요.

아니 라이젠 너 이녀석... 

테스트가 마무리되어가면서 약간 당황스러운 상황이 직면했는데요, AMD 라이젠 때문입니다. 분명 최초 컨셉은 새롭게 발매된 코어-X시리즈 CPU에 대한 것이었는데 오히려 AMD 라이젠이 더 주목받을 것 같은 불안한 느낌에 휩싸였는데요, 그래프를 제작해보니 그것이 현실이 되었습니다. 인텔 CPU와 비교해서 그리 꿀리지 않는 게임 성능을 보여주었는데, 발매 초기와 비교하면 정말 괄목할 정도로 준수해졌습니다. 하이엔드 그래픽카드인 GTX 1080 Ti에서는 코어 i7-7700K와 비교하여 80~90% 정도로, 퍼포먼스 급 그래픽카드인 GTX 1060과 RX 580에서는 90% 이내의 성능을 보여주었고 스타크래프트2를 제외하면 그 격차는 더 줄어듭니다. 라이젠 발매 후 멀티코어 작업에 대한 성능은 좋지만, 게임은 인텔에 크게 미치지 못해서 게임은 인텔, 작업은 AMD라는 공식 아닌 공식이 있었는데 다시 한번 생각해 봐야 할 것 같습니다. ​ ​ ​ ​

렌더링 & 인코딩 성능 ​

스카이레이크-X 시리즈는 코어 수가 많은 만큼 역시 랜더링과 인코딩에서 좋은 성능을 보여주었습니다. 이전 세대인 브로드웰-E와 비교해도 당연히 아키텍처가 개선되고 클럭도 높아진 만큼 같은 코어 수라고 해도 렌더링과 인코딩에 소요되는 시간이 더 줄어들었습니다. 사실 그렇게 큰 차이는 아닙니다. 그렇다고 해도 스카이레이크-X가 가지는 메리트는 그 가격입니다. 가격은 하늘로 날려버린 코어-X시리즈에서 왜 가격이 메리트인지 궁금해 하실 텐데요, 브로드웰-E와 비교해보겠습니다. 같은 10코어를 가진 i7-6950X의 가격은 무려 1,700달러지만 i9-7900X는 999달러에 불과(?)합니다. 8코어로 내려가 보면 i7-6900K는 1,089달러, i7-7820X는 그 절반정도인 599달러입니다. 즉, 가격 대 성능 비가 월등하게 좋아진 것이죠.

코어 i7-7740X, 넌 대체 뭐냐? 

테스트를 진행한 만큼 짚고 넘어가지 않을 수 없군요. 코어 i7-7740X인데요, 간단하게 말하자면 코어 i7-7700K를 Ctrl + C, V한 물건입니다. 성능도 그렇고 세부 스펙도 그렇고 사실 더 이상 붙일 미사여구가 없습니다. 쿼드채널 메모리라도 지원하면 모를까 듀얼채널만 지원해서 메인보드 왼쪽에 있는 메모리 슬롯은 사용조차 불가능합니다. 그렇다고 PCI Express 레인이 많은 것도 아니고 i7-7700K와 같은 16레인만 지원합니다. 가격이 조금 저렴해지기는 했지만, 메인보드 가격을 생각하면 오히려 비싼 놈이죠. 그래도 나름대로 장점은 있는데, 바로 X299칩셋 메인보드를 사용할 수 있다는 점입니다. Z270과 비교하면 X299는 하이엔드 칩셋이라 기본적으로 지원하는 SATA 포트 수도 많고 칩셋의 PCI Express 레인도 넉넉해서 M.2 슬롯도 더 많습니다. 하지만 이것은 X299칩셋이 Z270칩셋 보다 등급이 높은 제품이라 생기는 장점이지 CPU 자체를 놓고 보면 왜 나왔는지 알 도리가 없습니다. 심지어 잊혀진 CPU로 통하는 브로드웰 i7-5775C나 i5-5675C는 128MB의 거대한 L4캐시와 Iris Pro 내장 그래픽으로 나름대로 장점이 있지만 얘는 그런 것도 없습니다. ​ ​ ​ ​ 

​소비전력과 온도

시스템 전체 소비전력과 온도 그래프입니다. 해외 유튜브 영상에서 코어 i9-7900X의 소비전력과 온도가 재앙(disaster)이라고 언급하는 것을 보았는데요, 실제 테스트에서는 그 정도까지 막 나가는 결과를 보여주지는 않았습니다. 코어 수가 많고 클럭이 높은 만큼 소비전력은 비교군 CPU중에 가장 높은 300W대였지만 온도는 사용에 문제가 있을 정도로 올라가지는 않았습니다. CPU는 동일 모델이라 하더라도 제품별 온도/발열 편차가 비교적 크기 때문에 절대적인 수치로 해석하는 것은 무리고, 대략적인 수치를 가늠하는 수준에서 평가했습니다.

인텔 코어-X시리즈, 스카이레이크-X는 브로드웰-E보다 높아진 성능대비 저렴해진 가격과 바뀐 X299 플랫폼에서 오는 높은 스펙의 장점을 가진 하이엔드 CPU입니다. 다만, 그리 큰 성능 차이를 보여주지는 못했는데요, 아직 발매된 CPU는 10코어 20스레드의 i9-7900X까지입니다. 보다 많은 코어를 가진 4개의 코어 i9 시리즈 CPU가 준비 중이고 그중에서 최고등급의 i9-7980XE는 무려 18코어 36스레드라는 대단한 제품입니다. ​ 

인텔이 불과 한 세대 만에 이 정도로 많은 코어를 가진 데스크톱 CPU를 발매한 전례는 없습니다. 2010년 3월 발매된 인텔 최초의 데스크톱 6코어 CPU인 i7-980X 걸프타운 이후, 8코어 CPU인​ i7-5960X 하스웰-E가 발매될 때까지 무려 4년 반 정도가 걸렸습니다. 10코어 CPU인 i7-6950X 브로드웰-E는 또 2년여가 걸렸고요. 공교롭게도 AMD 라이젠이 발매되고 스레드리퍼가 발매를 앞두자 인텔은 갑자기 최대 18코어까지 데스크톱 CPU의 코어 수를 늘렸습니다. 물론 시대가 지나면서 소프트웨어들이 4코어 이상의 멀티코어를 보다 잘 활용하면서 데스크톱에서도 CPU 코어를 늘릴 필요가 생기기도 했지만요. 그렇다고는 해도 갑자기 전 세대 CPU 대비 거의 2배에 가깝게 코어 수를 늘린 것은 의아합니다. AMD CPU가 급작스럽게 성장한 것이 이 인텔의 급작스러운 코어 수 늘리기에 영향을 1도 주지 않았다고 단정할 수도 없습니다. ​ 

어쨋든 인텔 코어-X시리즈 CPU는 이전 세대의 같은 코어수를 가진 CPU보다 저렴하고 더 좋은 성능을 발휘합니다. 이 사실만으로도 많은 코어에 대한 로망을 가지고 있거나 전문적인 작업을 하는 소비자에게 매력적인 CPU임에는 틀림없습니다.

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----벤치마크 결과----

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