● Larrabee(라라비)로부터 이어진 Knights Corner(나이츠코너)

나이츠 코너의 발표를 진행한 George Chrysos (Senior Principal Engineer, Intel)

인텔은 하이 퍼포먼스 컴퓨팅(HPC) 타겟의 매니코어 아키텍쳐 MIC(Many Integrated Core)를 Intel Xeon Phi의 브랜드명으로 투입하고 있다. 그래픽 기능 겸용이였던 라라비로부터 방향을 변경한 매니코어 제품 패밀리로, 라라비로부터 다시 진행되어 코드네임은 「Knights(나이츠)」패밀리로 바뀌었다. 라라비때와 같이 Xeon계열 인텔 CPU와 PCI Express 경유로 접속한 헤테로지니어스 구성을 사용하는 것을 전제로 한 코프로세서. 

인텔은 Knights의 제 1단계로서 「Knights Ferry(나이츠 페리)」라고 불리는 32 코어의 매니코어 CPU의 일부를 연구 센터 등에 제공하고 있었다. 마침내 제품화된 「Knights Corner(나이츠 코너)」를 등장 시키려 하고 있다. Knights Ferry의「Aubrey Isle」은 45nm 프로세스였지만 Knights Corner는 22nm으로 이행하여 50 코어 이상으로 늘렸다.

인텔은 8월 27 - 29일에 걸쳐 미 쿠파치노(Cupertino)에서 개최된 Hot Chips에서 Knights Corner의 개요를 밝혔다. Knights Corner의 모습은 라라비와 매우 비슷하여 다시 태어난 라라비라고 불러도 좋을 듯한 모습이다. 간단한 x86 CPU 코어에 512-bit 폭의 벡터 유닛을 포함시킨 작은 코어를 링버스로 접속한 구조로, PCI Express로 지원되며 온보드 GDDR5 메모리가 탑재되고 있다.

 

Knights Corner의 개요

 

코어의 내부는 2 파이프 구성으로, 듀얼 스칼라 CPU에 벡터 유닛을 추가한 구성으로 나타나고 있다. 이 점도 라라비와 비슷하다. 512-bit 의 벡터 유닛은 16-way의 단정도 부동 소수점 SIMD(Single Instruction Stream, Multiple Data Stream) 유닛으로, 8-way 배정도 부동 소수점 SIMD 유닛으로도 동작한다. 

 

 

코어 내부

 

링버스는 64bytes(512bits)의 쌍방향 링구조로, 주소와 Coherency의 메세지 버스를 따로 갖는다. 다만, Knights Corner의 링버스가 위 그림과 같은 구성인지는 모르나 L2 캐쉬의 태그는 집중 방식이 아닌 태그 디렉토리가 각각의 CPU 코어와 L2 슬라이스의 페어에 포함되고 있다. L2캐쉬는 라라비의 256KB에서 512KB로 증가 되었다.

 

 

내부 인터커넥트

 

라라비에서 문제가 된 소비 전력도 전력 절약 제어를 포함시켜 개선되었다. 코어 단위의 파워게이팅(CC6) 스테이트로부터 칩 전체로의 파워게이팅(Package C6)까지 단계적으로 전력 제어가 가능하다. 인텔은 Knights Corner의 파워 퍼포먼스로 NVIDIA와 AMD의 GPU 베이스 헤테로지니어스(Heterogeneous:이종 혼합) 구성에 필적할 수 있다고 밝혔다.

 

 

소비 전력 개선

 

●스마트폰을 공략하는 아톰 베이스의 SoC, 메드필드

메드필드의 발표를 진행한 Intel의 Rumi Zahir

인텔은 Hot Chips에서 HPC 전용의 나이츠 코너와는 반대인 모바일 디바이스 전용의 아톰 SoC(System on a Chip)인 「Medfield(메드필드)」의 개요도 밝혔다. 메드필드는 Atom Z2460의 제품명으로 출시되고 있다. CPU는 싱글 코어 32나노판 Atom 코어 「Saltwell(솔트웰)」, GPU는「PowerVR SGX540」이 탑재, 2 채널(2x32)의 LPDDR2가 준비되고, 32나노 프로세스로 제조된다. 칩 자체의 코드네임은 「Penwell(펜 웰)」로, 메드필드는 플랫폼의 코드네임이다. 인텔은 메드필드 세대부터 스마트폰 시장을 본격적으로 공략한다.

Medfield의 개요

 

 

Hot Chips에서는 메드필드의 다이 레이아웃이 밝혀졌다. I/O를 제외한 다이의 반이 그래픽으로 차지하고 있는 것을 알 수 있다. 또, 패키지에서는 휴대 전화 시장에서 구할 수 있는 「Package-on-Package(POP)」옵션도 포함된다. 최대 2GB의 LPDDR2를 POP 패키지에 포함할 수 있다.

 

 

Medfield의 레이아웃	POP 옵션도 있는 메드필드

 

전력 제어는 부하에 따라 전압과 동작 주파수를 바꾸는 「DVFS(Dynamic Voltage and Frequency Scaling)」를 섬세한 스텝으로 시행한다. 100MHz에서 1.6GHz 까지의 레인지로 억제하는 것이 가능하다. 높은 주파수로 빠르게 작업을 끝내고, 빠르게 아이들 상태로 전환하여 전력 소비를 억제한다는 발상이다.

 

전력 제어나 클럭 주파수

 

또, 기존의 CPU에서 적용된 C6 파워게이팅 제어 외에, SoC 전체로 전력 제어를 하는 S 레벨 스테이트가 설정되었다. CPU 코어 이외의 유닛을 파워 게이트하여 LPDDR을 셀프 리프레쉬 하는 SOi1과 완전히 멈추게 하는 SOi3가 새롭게 추가되었다.

 

 

시스템 전체에서 CPU 코어를 제외한 다른 유닛 부분들이 대부분이며, 또 그래픽은 전력을 소비하기 때문에 SoC 전체의 전력 제어 효과는 크다. 

 

 

SoC 전체의 전력 제어

 

이러한 SoC 형태의 전력 절약 기능의 도입에 맞춰 OS에서 대응하는 전원 관리의 API도 확장된다. 이렇듯 메드필드가 스마트폰에 최적화된 SoC로 설계 되어 있는 것을 확인할 수 있다. 이미 시장에 선점된 ARM 베이스의 스마트폰보다는 뒤늦게 따라잡은 단계이지만, 인텔은 자사의 염원인 모바일 시장 공략에 메드필드부터 많은 것을 쏟아 부었다. Z2460의 뒤로는 2배의 퍼포먼스가 향상되는「Atom Z2580」과  저렴한「Atom Z2000」이 이어진다.

 

스마트폰 타겟의 SoC, 메드필드

● 아이비브릿지 패밀리의 전력 절약 기술

인텔은 이 외 Hot Chips 에서「Ivy Bridge(아이비 브릿지)」패밀리의 전력 절약 제어에 대해서도 발표했다. Ivy Bridge의 파워 프레인은 아래 그림과 같이 그린 색상의 CPU 코어 부분과 퍼플 색상의 LL(Last Level) 캐쉬 부분, 레드 색상의 노스 브릿지 부분과 블루 색상의 GPU 코어 부분, 그리고 그레이 색상 부분의과 이외의 부분으로 나누어져 있다. 기본은 지금까지의 Sandy Bridge(샌디 브릿지)와 같지만, Ivy Bridge에서는 전력 제어는 보다 확장되어 DDR 메모리 I/O도 파워게이팅이 가능하게 되어있다.

 

 

Ivy Bridge의 전력 제어

 

아이비 브릿지의 LL(Last Level) 캐쉬는 16 way로, Way 단위로 슬리브 시킬 수 있다. 이 때, LL캐쉬의 액티브한 way를 줄이는 것에 따라 캐쉬 부분의 전압도 내린다. 이러한 섬세한 전력 절약에 의해서 아이비 브릿지는 샌디 브릿지보다 평균 전력 소비가 감소되고 있다.

 

 

LL캐쉬의 구조

 

또, Hot Chips에서는 아이비 브릿지의 TDP(Thermal Design Power:열설계 소비 전력)에 대해서도 설명되었다. 이것은 이미 Intel Developer Forum(IDF)에서 설명되었지만 동적으로 TDP를 변화시키는 기술이다.

 

 

컨피규러블 TDP

● 인텔 비장의 기술 Near-Threshold Voltage

Hot Chips에서는 이 밖에 인텔의 제온 E5(Sandy Bridge-EP) 패밀리의 버스 아키텍쳐나 전력 제어등에 대해서도 강연이 이어졌다. 또, 인텔의 기술 중에서 가장 주목을 끌고 있는 초저전력 (Near-Threshold Voltage:NTV) 회로 기술에 대해서도 세션이 진행됐다.

인텔은 초저전압 동작을 가능하게 하는 이 Near-Threshold Voltage 기술을 미래의 전력 제어의 비장의 카드로 사용할 생각으로 적극적으로 개발을 진행하고 있다. 현재는 32 나노 프로세스로 NTV 기술을 사용한 CPU로 동작 테스트를 진행하고 있다. 

Near-Threshold Voltage 기술

인텔의 파워 퍼포먼스 전략

 

보도 - http://pc.watch.impress.co.jp/docs/column/kaigai/20120831_556528.html