AMD CPU 그간의 역사...

2017년 2월 출시된 라이젠7, 2017년 4월 출시된 라이젠5, 2017년 7월 출시된 라이젠3, 그리고 출시 예정인 라이젠 스레드리퍼와 레이븐릿지. 모두 라이젠이죠. 이 라이젠이 CPU 시장에 판매되면서 CPU 시장에 변화가 일어났습니다. 인텔이 코어 마이크로아키텍처 발표 이후로 계속 떨어져만 갔던 AMD CPU의 점유율이 라이젠 출시 이후로 오랜만에 상승세를 보여주고 있었습니다. 그 여파로 인텔 i7-6xxx / i7-7xxx 의 중고 매물이 매우 크게 늘었으며, 특히 하이엔드급 프로세서를 구매한 지 얼마 되지 않는 이들이 여기저기서 단체로 멘붕하면서 중고 가격이 순식간에 폭락하였지요.

CPU시장을 뒤집어 놓은 라이젠은 바로 'ZEN' 아키텍처를 사용하고 있습니다. 이 Zen 아키텍처는 2011년 10월에 발매된 불도저 아키텍처 기반의 CPU에서 벗어나 5년 만에 아키텍처가 바뀐 AMD의 새로운 CPU입니다. 2011년 불도저, 더 멀게 보면 콘로 발매인 2006년부터 인텔에 성능으로 뒤져있던 AMD CPU를 단숨에 상승시킨 CPU로도 평가받고 있죠. ZEN 아키텍처를 사용한 CPU, AMD RYZEN 시리즈가 긴 침묵을 깨고 드디어 발매되었습니다. 라이젠의 성능을 확인하기 전에 눈물 없이 볼 수 없는 AMD의 역사를 간략하게 살펴보는 시간을 가지도록 하겠습니다.

Advanced Micro Device

솔직한 말로 기업 규모나 인지로 보나 AMD는 인텔과 비교하면 만년 2위 수준을 벗어날 수 없을 것처럼 보입니다. 사실상 2개뿐이라고 할 수 있는 데스크탑 CPU 시장에서 2인자라는 말은 그렇게 큰 의미가 아닐지도 모르죠. 하지만 AMD의 과거를 따라가 보면 그 2인자라는 이름을 얻기 위해 얼마나 큰 노력을 해왔는지 알 수 있습니다.

AMD가 처음에는 인텔 호환 CPU를 제조했다는 사실을 아는 사람들은 많이 않을 것입니다.(저도 몰랐으니까요) 현재는 글로벌 파운드리로 분리했지만 1980년대에 AMD는 반도체를 제조할 수 있는 파운드리를 보유하고 있었습니다. 당시 인텔은 자체 생산량만으로는 물량을 감당할 수 없어 다양한 회사와 라이센스를 체결했고, 그중에 AMD도 포함되어 있었던 것이죠. AMD는 인텔과 비슷한 시기에 좀 더 고클럭의 제품을 판매하는 전략을 사용했고 아무리 인텔에게 라이센스 비용이 들어온다고 해도 자사 제품의 판매량이 떨어지는 역효과가 나타나기 시작했습니다. 결국 1991년, 386과 486제품의 라이센스 소송전이 인텔과 AMD사이에서 발생하였고, 이 소송에서 AMD가 승소하면서 인텔 호환제품을 계속 판매할 수 있게 되었지만, AMD는 차후 이런 문제를 방지하기 위해 호환 CPU대신 자사만의 프로세서를 제작하기로 마음먹습니다. 그렇게 1995년에 등장한 것이 K5 입니다.(자동차 아닙니다.) 인텔을 이길 수 없는 슈퍼맨으로 상정하고 슈퍼맨의 유일한 약점인 크립토나이트(Kryptonite)의 첫 번째 알파벳 K를 써서 아키텍처 명을 지었다는 이야기는 유명하죠. 여담으로 인텔은 그 시기에 586 CPU 대신 펜티엄(Pentium)이라는 이름을 사용하는 CPU를 발매하기에 이릅니다.

애슬론(Athlon)의 등장과 1GHz 벽의 돌파

1996년에는 미국 NexGen을 인수, 그들이 개발 중이던 Nx686을 AMD K6로 발매합니다. K6의 성능은 인텔 펜티엄 Pro 수준이었으며, 그다음에는 K10 아키텍처까지 사용되는 멀티미디어 명령어 3DNow!를 탑재한 K6-2가 발매됩니다. 다음으로 K6-2에 온 다이 L2 캐시를 탑재한 K6-III를 공개하지만 다이 크기가 상당히 커져서 수율이 낮은 문제가 발생합니다. 마지막에 문제가 생겨버린 K6 이지만 그런 문제를 극복한 AMD는 1999년 6월 최초의 애슬론 시리즈인 AMD K7을 출시합니다.

▲ 2000년 3월 6일, 세계 최초로 1GHz 벽을 돌파한 AMD 애슬론 K75

인텔은 이틀 뒤인 3월 8일, 펜티엄3 코퍼마인(Coppermine)으로 1GHz CPU를 발표합니다.

이미지 출처 : cpudb.stoofoo.net

더 공정을 미세화하여 같은 해 11월 등장한 k75는 세계 최초로 1GHz 의 벽을 돌파한 기념비적인 제품입니다. 2000년 6월에는 K75에 온 다이 L2캐시를 탑재한 썬더버드(Thunderbird)코어를 투입하는데 인텔 펜티엄 III에 뒤지지 않는 성능과 가격을 무기로 AMD 점유율을 올리는 데 큰 역할을 하고 있습니다. 2002년에는 펜티엄 4와의 싸움을 위해 공정을 미세화시키고 클럭을 올리는 데 적합하게 설계된 서러브레드(Thoroughbred) 코어를 투입하기에 이릅니다. 이때 클럭은 이미 2GHz 를 넘어선 상태였고요.

AMD K8 아키텍처 애슬론 64와 최초의 듀얼코어 CPU

당시 인텔과 AMD CPU의 성능은 호각이라고 해도 될 정도였습니다. 인텔이 제품을 발매하면 AMD가 좀 더 높은 성능의 제품을 발매하고 그다음 인텔이 그보다 더 좋은 제품을 발매하는 식이었죠. AMD가 그 후속 아키텍처인 K8을 발표했을 때, 바로 이어서 인텔이 하이퍼스레딩이 추가된 노스우드(Northwood) 코어의 펜티엄 4와 새로운 메인보드 칩셋을 공개한 것을 보면 인텔이 얼마나 AMD를 의식하고 있었는지 알 수 있습니다.

2003년에는 K8 아키텍처, 애슬론 64를 선보였습니다. 큰 성공을 거두었다고 알려진 K8 아키텍처지만 처음부터 그랬던 것은 아니죠. 당시 AMD는 130nm공정을 사용하기로 마음먹고 있었는데 이 공정의 수율이 심각하게 낮았습니다. 3월, 워크스테이션용으로 K8 옵테론을 간신히 투입하지만 데스트탑용으로 투입하기에는 무리였고, 결국 9월에 옵테론용 K8을 애슬론 64 FX라는 이름으로 그대로 데스크탑에 투입닙니다.워크스테이션 용도인 만큼 성능은 낮았지만, 가격은 700달러에 달했습니다. 또한, 같은 시기 인텔도 제온 MP용으로 제조된 CPU를 펜티엄 4 익스트림 에디션이라는 이름으로 공개하여 CPU시장에 새로운 익스트림 하이엔드 라인업이 탄생하게 됩니다.

▲ 2003년 733달러에 판매되던 AMD 애슬론 64 FX-51 슬래지해머(SledgeHammer) ​

이미지 출처: CPU-world.com

AMD가 공정으로 시련을 겪고 있을 무렵, 인텔은 고 클럭만을 위한 프레스 캇(Prescott)으로 시원하게 자멸해버려 AMD에게 기사희생의 기회를 제공하게 됩니다. 공정 관련 문제는 시간이 지나며 조금씩 나아지기 시작했고 2005년 드디어 최초의 듀얼코어 CPU인 애슬론 64 X2가 등장하게 됩니다. 이에 조급해진 인텔은 프레스 캇 2개를 1개의 기판 위에 올려 듀얼코어를 지원하는 스미스필드의 펜티엄 D를 투입하지만 한 개만 있어도 문제가 많은 물건을 2개 묶어놓은 펜티엄 D는 모든 면에서 AMD 애슬론 64 X2의 상대가 될 수 없었습니다. 이 시기 AMD 는 모든 부분에서 인텔을 완벽히 압도하기에 이릅니다.

▲ AMD 애슬론 64 X2 4800+ 톨레도(Toledo). 성능은 좋았지만 출시가는 1,001 달러에 달했다. 

이미지 출처: CPU-world.com

불안감이 싹트는 AMD K10 아제나(Agena)와 코어 부활

▲ AMD 패넘 X4 9550 아제나 

이미지 출처: CPU-world.com​

2006년, 인텔은 절치부심하여 코어2 듀오(Core2 Duo)를 투입했고, AMD 애슬론 64 시리즈를 압박하고 있었습니다. 이듬해인 2007년에 AMD는 65nm 공정의 네이티브 쿼드코어를 내세운 K10, 아제나를 선보입니다. 1개의 다이에 4개의 코어를 올린 네이티브 쿼드코어와 L3 캐시를 도입하는 등의 노력으로 성능 향상을 이룩했지만 정작 인텔 코어2 쿼드(Core2 Quad)에는 미치지 않는 성능이었습니다. 단순히 성능만 낮았다면 모르겠지만, 문제는 다른 데 있었습니다. 바로 이상할 정도로 높았던 소비전력과 발열이었죠. 11월, 패넘 X4(Phenom X4) 2개 제품이 발매되었지만 클럭은 2.3GHz에 불과했습니다. 엎친 데 덮친 격으로 데이터가 손실될 수 있는 TLB 버그까지 발생하여 나락으로 떨어지고 맙니다.

아제나가 겪은 문제는 2009년 45nm 공정을 도입한 데네브 코어의 패넘 II X4(Phenom II X4)가 투입되면서 해결됩니다. 공정이 미세화 됨에 따라 아제나보다 더 고클럭을 달성하면서 L3 캐시 용량도 2~3배 추가하여 성능 또한 높였습니다. 그렇다고는 45nm 공정을 적용한 코어2 쿼드 요크필드(Yorkfield)에는 미치지 못하는 성능이었습니다. 대신 저렴한 가격과 오버클럭이 용이하도록 배수락을 헤제한 블랙 에디션(Black Edition)을 투입하여 인텔과 차별화를 꾀합니다. 인텔은 배수 잠금을 해제한 제품을 999달러의 익스트림 에디션 한 개 제품에만 적용하고 있었으나 AMD는 그것을 일반 제품까지 확장한 것이죠.

데네브에서 코어 1개를 비활성화하여 패넘 II X3 해카(Heka)와 2개를 비활성화하여 패넘 II X2 칼리스토(Callisto), 그리고 L3캐시를 제외한 새로운 코어인 프로푸스(Propus)를 애슬론 II X4로, 여기서 코어 1개를 비활성화하여 라나(Rana)를 애슬론 II X3으로 투입하여 하위 라인업까지 모두 완성시켰습니다. K10 아키텍처에서 가장 흥미로운 부분은 바로 여기죠. AMD 7시리즈 메인보드 칩셋에서는 고급 클럭 보정(Advanced Clock Calibration: ACC)라는 기능이 포함되어 있었는데 프로세서의 작동 클럭을 안정화하여 성능을 높이는 기술입니다. 그런데 이것을 활성화하자 2개의 코어를 가지고 있어야 할 패넘 II X2 칼리스토가 4코어, 쿼드코어기 되는 현상이 발생하고 말았습니다. 이것이 바로 그 유명한 코어부활이죠. 칼리스토뿐만 아니라 헤카, 심지어 애슬론 II의 라나에도 이런 현상이 발생하였습니다. 이렇게 변신한 CPU는 칼네브, 헤네브 등으로 불러며 심지어 라나가 데네브가 되는 라네브까지 등장합니다. 확률적이긴 하지만 이것은 K10 아키텍처의 공통적인 현상으로 가장 최하위인 싱글코어, 사르가스(Sargas)부터 나중에 등장한 조스마(Zosma)까지 모두 코어 부활이 가능했었습니다. 저렴한 가격의 듀얼, 트리플 코어가 쿼드코어로 변신하는 마술! 이런 현상으로 이 시기의 AMD CPU는 가격대 성능 비(가성비)가 높은 제품으로 각광받게 됩니다.

2010년에는 AMD 최초의 6코어 데스크탑 CPU인 패넘 II X6 투반(Thuban)을 공개합니다. 하지만 이 시기 인텔은 AMD CPU보다 높은 성능의 1세대 코어 시리즈인 네할렘(Nehalem) 아키텍처의 블룸필드(Bloomfield)와 린필드(Lynnfield)를 투입하고 있어 AMD는 힘든 싸움을 계속하고 있었습니다.

본격 암울 시대 - AMD FX 불도저(Bulldozer)

AMD는 한가지 도전을 하게 되는데요, AMD는 그동안 1GHz의 벽을 돌파했던 K7 아키텍처를 개량하는 형태로 K8, K10 아키텍처를 개발했고 인텔과 비등한 싸움을 할 수 있었습니다. 하지만 인텔에서 코어2 시리즈를 선보이면서 한계에 봉착했고, 이를 해결하기 위해 아키텍처를 뒤엎는다는 선택을 하게 된 것입니다. 그것이 바로 그동안 굳어져 있던 1개의 정수 연산 장치와 1개의 부동 소수점 연산 장치(FPU)를 가지는 코어라는 단위에서 2개의 정수 연산 장치가 1개의 부동 소수점 연산 장치를 공유하는 모듈(Module)구조 CPU의 개발이었던 것입니다. 부동 소수점 연산은 과학 연산 같은 고급 연산에 주로 사용되며 일반적으로 FPU의 부하는 크지 않습니다. 이점에 착안하여 2개의 정수 연산 장치가 1개의 FPU를 공유하여 실제적인 코어 수를 늘리고 자원을 효율적으로 활용할 수 있겠다는 발상에서 나온 것이 바로 모듈입니다. 결과적으로 말하면 이 발상은 실패한 것이죠. 실제 동작 시 FPU가 절반씩 따로 동작하고 실력 있는 엔지니어들의 퇴사를 메꾸기 위해 도입한 자동 설계의 비효율성을 비롯한 복합적인 문제로 인해 인텔 샌디브릿지(Sandybridge)는 물론 자사의 이전 세대 CPU보다도 못한 성능의 제품이 출시되어버렸기 때문입니다.

▲ AMD FX-8150 잠베지 

이미지 출처: expertreviews.co.uk

2011년 10월, 과거 애슬론 64 FX의 영광을 재현하겠다는 취지로 FX라는 이름을 사용한 FX-8150 잠베지(Zambezi)와 하위 제품들이 발매되었지만 데스크탑 최초의 8코어라는 상징성을 제외하면 철저하게 실패하게 됩니다. 얼마나 실패했냐 하면 K10 아키텍처의 패넘 II 시리즈가 쿼드코어만 20개가 넘는 제품을 발매한 반면 잠베지는 4, 6, 8코어 모든 제품을 더해도 10개 남짓한 제품밖에 발매하지 않았던 것이죠. 사실 못했다고 보는 것이 맞겠습니다. 보다 고 클럭으로 동작하는 FX-8170이라는 제품도 기획되어 있었지만 결국 발매되지 않고 맙니다.. 대신 인텔보다 뛰어난 그래픽 성능을 바탕으로 라데온 그래픽을 CPU에 통합한 라노(Llano)를 APU로 투입하여 그 실패를 어느 정도 만회하게 됩니다. APU는 성능을 내세우는 제품은 아니며 고사양 CPU 시장에서 AMD의 입지는 극도로 줄어들게 되죠.​

▲ 최대 5.0 GHz 클럭을 달성한 불덩어리 AMD FX-9590 비쉐라 

이미지 출처: vr-zone.com​

2012년 10월에는 불도저 아키텍처를 개선한 파일드라이버(Piledriver) 아키텍처의 비쉐라(Vishera)를 투입합니다. 잠베지와 비교하여 성능은 높아지고 보다 고 클럭을 달성하면서 소비전력을 줄이고 가격을 낮추는 방법으로 어느 정도 판매량을 올린 제품이죠. 하지만 경쟁사인 인텔은 아이비브릿지(Ivybridge)와 하스웰(Haswell)을 CPU를 투입하며 AMD와의 격차를 더욱 벌리게 되는데요. ​2013년 6월에는 무려 최대 5.0 GHz 클럭의 FX-9590을 투입합니다. TDP가 하이엔드 그래픽카드에 버금가는 220W에 달하는 등 일반적으로 사용될만한 제품은 아니며(제2의 프레스캇) 그야말로 5 GHz의 상징성이 가장 큰 제품이다. 

그렇다고 해도 AMD가 CPU시장를 완전히 포기한 것은 아니었습니다. 2014년에는 다양한 신기술을 지원하면서 오랜만에 공정을 28nm로 미세화한 APU인 카베리(Kaveri)를 투입합니다. AMD는 모듈 구조의 CPU를 총 4단계에 걸쳐 개선하여 공개한다는 전략을 이미 공개한 상태였습니다. 카베리는 잠베지-파일드라이버를 잇는 스팀롤러(Steamroller) CPU를 탑재하고 이미 성능이 검증된 GCN 아키텍처의 라데온 그래픽을 내장하는 형태로 어느 정도 성공을 거두게 됩니다.

짐 켈러의 귀환과 AMD ZEN​

그렇다고는 해도 불도저 패밀러로 인텔과의 경쟁이 가능할 것이라고 생각하는 사람은 없었고, 이는 AMD도 마찬가지였습니다. 애슬론 64로 AMD의 전성기를 이끌고 AMD를 떠났던 짐 켈러(Jim Keller)가 2012년 다시 돌아와서 새로운 아키텍처의 설계를 맡았기 때문입니다.

2016년 8월, AMD는 그동안 온갖 악평을 받아온 모듈구조를 과감히 버리고 다시 전통적인 방식의 설계를 적용한 새로운 아키텍처, 젠을 소개하기에 이릅니다. 그동안 AMD는 아키텍처뿐만 아니라 공정에서도 인텔에 뒤져있었는데요, 인텔은 이미 2015년 14nm공정의 브로드웰(Broadwell)을 시작으로 스카이레이크(Skylake)를 투입하고 있었지만, AMD는 여전히 2012년에 출시된 32nm CPU와 28nm APU를 판매하고 있었기 때문입니다. 하지만 ZEN 아키텍처가 14nm 공정을 사용하여 제조한다고 발표하면서 4년간 뒤쳐저있던 공정도 따라잡는데 성공하기에 이릅니다. 2016년의 젠 발표에서 AMD CEO 리사 수(Lisa Su) 박사는 젠이 불도저 계열의 마지막 CPU인 엑스카베이터(Excavator)대비 40%의 성능 향상을 목표로 두고 있다고 말했다. 또한, CPU용 제품의 코어는 최대 8개, 그리고 인텔의 하이퍼스레딩과 같은 멀티 스레드 기술을 적용, 코어의 2배에 해당하는 스레드를 갖습니다. 즉, 최상위 제품은 8코어 16스레드라는 인텔 코어 i7 익스트림 라인업과 맞먹는 스펙을 지니게 되었습니다.

2016년 12월, 이 젠 아키텍처의 첫 번째 CPU인 라이젠(RYZEN)시리즈의 서밋 릿지(Summit Ridge)를 공개하면서 과거 목표했던 엑스카베이터 대비 40%를 초과하는 52%의 성능향상을 이룩했음을 발표하게 됩니다. 그리고 3월 2일, 라이젠이 세상에 공개되어 인텔의 점유율을 갉아먹기 시작하고, 라이젠5와 라이젠3 프로세서를 연이어 출시하기에 이릅니다.

이렇게 AMD CPU의 역사에 대하여 간략하게 알아보았습니다. AMD가 어떻게 되든지 간에 라이젠 시리즈를 내놓아 주어서 참 다행입니다.

덕분에 인텔이 정신을 차렸으니까요. 라이젠7, 5, 3 까지 모두 출시가 되고, 남은건 스레드리퍼와 레이븐릿지가 남았습니다. 스레드리퍼 중 1950X 와 1920X는 8월 10일, 1900X는 8월 31일, 레이븐릿지는 내년에 출시가 된다고 합니다. 라이젠 시리즈 중 남은 두개의 시리즈(스레드리퍼, 레이븐릿지)는 아직 출시가 되지 않았지만 라이젠7, 5, 3의 성능을 받아서 좋은 성능을 가지고 출시되지 않을까 예측해봅니다. 

어설픈 글 마칩니다. 감사합니다. 오타 있으면 덧글로 지적해주시면 감사하겠습니다.

자료출처 : 퀘이사존