Intel Architecture Day) 인텔의 차세대 아키텍처 기술 방향

미국 인텔(Intel)은 창업자 고 로버트 노이스의 사저에서 기자설명회 "인텔 아키텍처 데이(Intel Architecture Day)"를 12월 11일 개최했다.

본 기사에서는 현지에서 취재하면서 알 수 있었던 Intel의 큰 개발 전략 변경에 필자의 고찰을 섞어 전하고 싶다.

이번에 Intel은 차세대 CPU 아키텍처를 기존의 Skylake, Kaby Lake 같은 제품 코드네임이 아니라 CPU 마이크로 아키텍처 코드네임 "Sunny Cove"로 설명했다. 이것은 왜일까?

고 로버트 노이스의 옛 사저

Intel은 엄밀히 말하면 로버트 노이스(1927~1990년)와 '무어의 법칙'으로 알려진 고든 무어에 의해 창설되었지만 거의 창설기부터 이 2명과 함께 회사를 발전시킨 앤디 그로브(1936~1990년, 79세 사망)를 더해 3명이 Intel의 창업자라고 언급하는 경우가 많다.

로버트 노이스는 Intel이 거대 기업이 되기 전 세상을 떠났기 때문에 3명 중 가장 지명도가 낮지만 Intel 창업자 3명 중의 으뜸은 노이스다.

노이스는 마이크로 프로세서를 발명한 엔지니어 중 1명으로 무어, 글로브와 함께 지금의 Intel 기초를 만들었다고 해도 과언이 아니다.

이 근방의 역사에 흥미가 있으면 "Intel Trinity(인텔 세계에서 가장 중요한 회사의 산업사)" 등의 서적이 간행되고 있으므로 읽어보면 좋을 것이다.

유감스럽게도 필자가 Intel을 취재하게 된 90년대 중반에는 노이스가 사망했고 직접 만난 적은 없지만 각종 서적을 읽어보면 노이스는 언제나 긍정적인 모습이 역력하다.

이번에도 그의 유명한 대사인 Don't be encumbered by history. Go off and do something wonderful이 소개됐다. 멋진 영어라서 이 대사만 봐도 노이스라는 인물이 긍정적인 사람이었음을 알 수 있을 것이다.

Intel에 있어 강점이 사라지고 있는 지금 Intel도 크게 바뀔 시기에 와 있다

이번에 Intel이 그러한 노이스의 사저에서(현재는 노이스가의 소유가 아닌 다른 오너의 소유) 기자 회견을 진행한 것은 그 자체에 숨겨진 메세지가 있다. 그것은 지금 Intel은 여러 가지 의미로 바뀌지 않으면 안 되는 상황이 되고 있기 때문이다.

그 상황을 설명할 수 있는 안성 맞춤인 인재를 Intel은 올 3월에 영입하고 있다. 이번 기자 설명회에서 Intel의 새로운 방침을 설명한 Intel 상석 부사장 겸 Intel 아키텍처/그래픽스 솔루션 사업본부장 겸 에지 컴퓨팅 솔루션 주임 아키텍트인 라자 코두리다.

코두리는 올해(2018년) 3월에 Intel과 직접적인 경합관계에 있는 AMD에서 Intel로 이직하여 화제가 되고 있다. 지금 코두리는 그래픽스 뿐만 아니라 IA(Intel Architecture)도 포함한 전체 책임자가 되고 있다.

실은 Intel의 간부에 취임하고 있는 AMD 출신자는 코두리 뿐 아니라 클라이언트 프로세서의 개발 책임자라고 해도 좋은 Intel 상석 부사장 겸 실리콘 엔지니어링 사업본부 사업본부장인 짐 켈러도 Intel로 옮기기 전에는 AMD에서 Zen 아키텍처의 개발을 주도한 것으로 잘 알려져 있다.

짐 켈러는 AMD 이후 Apple에서 치프 아키텍트로 iPhone4에 채용된 A4 프로세서의 개발을 주도하여 iPhone 대성공의 초석을 만든 인물이다.

그런 Intel의 강점도 그리고 약점도 경합하는 타사라고 하는 제삼자의 눈으로 봐온 코두리는 지금까지의 Intel 강점은 2가지가 있었다고 설명한다.

x86 아키텍처라고 하는 CPU 아키텍처를 Intel과 그 라이센스를 받은 AMD만으로 독점해 온 것이 하나, 그리고 다른 하나는 Intel이 무어의 법칙이라고 하는 경제 원리 속에서 x86 아키텍처를 독점해 온 것에 의해 얻은 이익을 새로운 제조 프로세스 룰 개발비로 돌리는 것으로, 항상 타사보다 1세대 혹은 2세대 새로운 프로세스 룰을 사용할 수 있어 성능면이나 소비 전력 관점에서 메리트를 얻어 온 것이다.

하지만 이미 두 가지 강점도 약해졌다.

전자는 모바일 시장에서 점유율 획득에 완전히 실패한 적도 있으며 PC+모바일을 1개의 클라이언트 디바이스라고 하는 시장에서 봤을 경우 이미 10% 정도 밖에 되지 않는 것이 현 상황으로, 해에 따라서 격차가 있지만 스마트폰이 약 20억대의 시장인 것에 비해 PC는 약 2억대의 시장이기 때문이다.

데이터센터 시장은 아직 강점이 있어 Arm이 침투를 목표로 하고 있지만 계속 실패하고 있다. 그렇지만 모바일과 같은 일이 일어날 가능성은 얼마든지 있다.

제조 프로세스 룰도 마찬가지다. 그 동안 Intel은 다른 반도체 업체들이 이용하는 파운드리에 대해 1~2년 정도 앞서 나갔다. 그것이 Intel이 타사와 경쟁하는데 있어서 유리한 상황을 만들어 왔다.

그런데 Intel는 10nm 출하에서 실패했다. 10nm의 최초의 제품이 될 예정이었던 "Cannon Lake"는 1년 이상 늦게 출하되었고 GPU가 없는 버전을 출하하고 있을 뿐, 메인스트림 전용 제품이나 하이엔드 제품은 아직도 출하되지 못했다.

Intel은 자사의 14nm는 다른 파운드리 업체들의 10nm에 해당된다고 설명했었는데 마침 다른 파운드리(TSMC)가 7nm를 시작하면서 실제로 제품을 출하하고 있다.

Intel이 주장하는대로 다른 파운드리의 7nm가 Intel의 10nm 상당이라 해도 객관적으로 볼 때 Intel은 이미 타사에 뒤진 상황이다. 그렇기 때문에 Intel은 달라져야 한다. 확실히 노이스의 말대로 "주변 환경이 변하고 있다면 어딘가 다르게 가지 않으면 안 된다", Intel 자신도 그렇게 생각하고 있기 때문에 이번에 노이스 저택에서 기자 회견을 진행했을 것이다.

탈x86 의존, 탈 프로세스 룰 의존, 키포인트

Intel이 이번 기자설명회에서 말하고 싶었던 것을 한마디로 요약한다면 "탈 x86/프로세스 룰 의존" 일 것이다.

오해하지 않았으면 좋은 것이 그것은 x86 아키텍처를 버리고 Arm으로 간다거나 자사의 제조 시설에 대한 투자를 그만두고 다른 파운드리에 제조를 위탁한다는 것이 아니다.

코두리는 새로운 Intel 기둥은 6가지가 있다고 설명했다.

제조 프로세스 룰, 아키텍처, 메모리, 인터커넥트, 보안, 그리고 소프트웨어 등 6가지다.

각각에 강점을 냄으로써 전체적으로 다른 회사를 능가하는 그것이 새로운 Intel의 전략이라는 것이다.

즉, 2가지만 주력하던 이전의 전략에서 4개의 새로운 기둥을 추가하는 전략이 되므로 "탈 x86/프로세스 룰 의존"이라는 것이 바른 표현이 된다.

"탈 x86/프로세스 룰 의존"을 실현하는 것 가운데 이번에 Intel은 몇 개의 새로운 발표를 진행했다. 가장 중요한 것 중 하나는 로직회로의 3D 적층을 실현한 3D 패키징 기술일 것이다.

자세한 것은 별도 기사를 참조하면 좋은데 현재 Intel이 실현하고 있는 것은 10nm의 CPU+GPU라고 하는 고성능 로직과 22nm의 SoC를 상하로 탑재하고, 추가로 그 위에 메모리를 올리는 것이다.

Intel에 의하면 장기적으로는 이와 같이 3D 방향 뿐만이 아니라 2D 방향에도 복수의 로직 회로를 탑재해 그것을 3D로 탑재할 수도 있다고 한다.

그렇게 되면 예를 들어 CPU, GPU, FPGA, 또 인공지능 NPU 등을 각각 탑재하고, 메모리나, 그 다음 스토리지까지 탑재할 수 있게 될 가능성이 있다. Intel은 2015년에 Altera를 인수해 FPGA를, 2016년에 Nervana Systems를, 그리고 2017년에는 Mobileye를 인수해 인공지능과 컴퓨터 비전 관련 반도체 기술을 얻고 있다. 즉, Intel에는 그러한 로직 회로의 자산이 많이 있다.

Altera의 제품은 이미 Intel의 반도체 공장에서 생산되고 있지만 Nervana나 Mobileye 등은 파운드리를 사용해 생산하고 있어 그것을 서둘러 Intel의 반도체 공장으로 이행하는데는 방대한 시간이 걸린다.

그러나 이런 다이어트 기술을 쓰면 엄청난 투자도 필요 없이 한 제품으로 통합할 수 있다.

실제로 Intel은 2D 다이 적층으로 큰 성공을 거두고 있다.

최근의 예로 "Kaby Lake-G(Core i7-8809G, Core i7-8709G, Core i7-8706G, Core i7-8705G, Core i5-8305G)"는 CPU, dGPU, 나아가 HBM 메모리를 하나의 패키지상에 통합하고 있다.

또, 노트 PC 용으로 제공하고 있는 U/Y 시리즈의 Core프로세서는 CPU와 PCH를 1 패키지로 실장하고 전 세계 노트북에 채택되고 있는 점도 생각하면 이러한 다이적층 기술이 매우 유망할 것이 틀림없고, 향후 Intel의 강점이 되어 갈 가능성이 있다.

새로운 소프트웨어 프로그래밍 모델로서 One API를 제안

하지만 그러한 헤테로지니어스한 프로세서를 3D 패키지로 만들었더라도 소프트웨어를 만드는 측에서 보면 x86 프로세서의 소프트웨어를 만들고, 그와는 다른 코드로 GPU를 지원하며 또한 앞으로는 FPGA나 가속기도 지원해야 하기 때문에 소프트웨어가 너무 복잡해진다.

여기서 향후 Intel이 임하는 것이 "One API"라고 하는 새로운 소프트웨어 프로그래밍 모델이다. One API는 Intel이 API, 미들웨어와 프레임워크를 제공하고, 그 미들웨어가 처리에 적합한 CPU, GPU, FPGA, NPU, 가속기 등에 할당하면서 실행해 나간다.

코두리에 따르면 '새로운 ISA(명령세트 아키텍처)와 같은 것' 이라는 것으로, 프로그래머는 One API를 위한 어플리케이션을 만드는 것만으로 최적의 하드웨어를 실행할 수 있다.

이렇게 되면 CPU의 ISA는 무엇인가, GPU는 Intel의 GPU인가, NVIDIA의 GPU인가 하는 것 등은 상관없이 One API에 대응한 소프트웨어의 코드를 쓰면 나중에는 OS가 boot 하고 있는 CPU 아키텍쳐 전용으로 컴파일 하는 것만으로 해결할 수 있다.

이것이 정말로 실현되면 CPU 아키텍처 중요성은 단순한 OS 부트용이라는 것만 되므로 향후 그것이 Arm인지 x86인지 하는 것은 중요하지 않게 된다.

실제로 코두리는 One API에서 Intel의 ISA 뿐 아니라 타사의 ISA를 지원하는 것도 가능하다고 말하고 있어 실제로 그렇게 될 가능성은 높다고 할 수 있다. 물론, 그것을 실현하기 위해서는 OS 벤더와 협력하거나 S/W 개발자에게 One API를 제공해야 한다.

그야말로 "말하기는 쉽고, 행하기는 어렵다"의 전형례인 만큼 향후 Intel이 어느 정도 본격적으로 임할 생각이 있는지 향후의 동향을 지켜볼 필요성이 있다.

탈프로세스 룰 의존을 목표로 하여 프로세스 룰에 최적화하지 않는 IP 설계를 서두른다

그리고 탈 프로세스 룰에 관해서도 Intel은 진심으로 임해 간다.

이 기자 설명회의 마지막에 등장한 Intel 테크놀로지/시스템 아키텍처 사업 본부 프레지던트 겸 클라이언트 사업 본부 최고 엔지니어링 책임자인 마티·렌다틴탈라는 10nm 지연에 대해 질문받으면서 "10nm에서 우리가 학습한 것은 로드맵을 착실하게 실행해 나가려면 IP(지적 재산권, 여기서는 CPU의 마이크로 아키텍쳐 등 프로세서의 디자인을 말하는 것)가 SoC로부터 독립하고 있는 것이 중요한 것이다. 14nm와 10nm를 비교했을때 14nm가 아직 좋은 점이 많아 이행하지 못했다. 제품 로드맵, 약속한 기능과 성능 등을 착실히 제공해 나가는 게 가장 중요한 요령이다." 라고 설명하며 Intel이 향후 프로세스 룰의 진화와 제품의 실장을 떼어낸 로드맵으로 이행해 나간다고 하는 방향성을 분명히 했다.

이것은 Intel에 있어서는 전략의 대전환이라고 말할 수 있다.

Intel는 "TICK-TOCK" 이라고 불리는 제품 전략을 기본으로 해왔다. TICK-TOCK 이란 이전 프로세스 룰 세대의 마이크로 아키텍처를 미세화한 제품을 우선 새로운 프로세스 룰로 릴리스 해(이것을 TICK라고 부른다) 그 후 새로운 프로세스 룰에 맞추어 만들어진 신 마이크로 아키텍처 제품(이것을 TOCK이라고 부른다)을 발표하여 새로운 프로세스 룰 세대에서 그것을 미세화하는 것을 반복해 가는 것으로부터 붙여진 전략이었다.

이 장점은 새로운 마이크로 아키텍처를 보다 선진적인 프로세스 룰로 최적화함으로써 성능향상과 전력효율을 얻을 수 있다는 것이었다. 이 TICK-TOCK 자체는 Kaby Lake라고 하는 "Skylake Refresh"가 나오지 않는 단계에서 이미 정지되고 있었지만 그런데도 10nm세대에서는 우선 Skylake(및 그 리프레시 버전인 Kaby Lake)의 미세화 버전인 Cannon Lake를 발매하고 그 후 새로운 마이크로 아키텍처가 되는 Iceake 를 발매한다.

그러나 Cannon Lake는 취소되지는 않았지만 크게 늦어져 내장 GPU가 없는 제품을 한정된 OEM에 출하할 수 있었을 뿐이다. 즉, 실질적으로는 취소된 것과 같은 상황에 있다. 그 내력에 따라 10nm의 신 아키텍처인 Ice Lake는 본래라면 2017년 말에 발매되었겠지만 1년 이상 지나도 아직 발매되지 않은 상황이다.

그런데 Ice Lake는 10nm를 전제로 설계하고 있어 10nm가 보다 안정될 때까지 출하를 기다려야 하는 상황에 빠지게 되었다.

그래서 앞으로 Intel은 프로세스 룰과 디자인을 분리해 어떤 프로세스 룰이라도 만들 수 있도록 CPU나 GPU를 설계한다는 것이다.

극단적인 이야기로 그것은 Intel의 프로세스 룰 뿐만이 아니라, 타사 파운드리라도 만들 수 있도록 할지도 모른다.(라고 생각하며 말했지만 Intel은 거기에 대해 아무것도 언급하고 있지 않다)

그렇게 하면 이번처럼 10nm와 같은 상황이 오더라도, 곧바로 14nm용으로 설계를 수정해 14nm로 제조하면 이번처럼 Ice Lake의 출하가 늦어지는 것을 피할 수 있다.(물론 프로세스 룰에 최적화하는 메리트가 없어지는 것과 트레이드오프)

이 때문에 이번 Intel이 설명한 차세대 아키텍처는 Ice Lake라고 하는 제품의 코드 네임이 아니고, 어디까지나 CPU 마이크로 아키텍처 코드 네임인 Sunny Cove로서 설명되었던 것이다.

AMD가 CPU의 마이크로 아키텍처 코드네임을 'Zen' 이나 'Bulldozer' 라고 부르고 있으며 CPU의 제품을 'Raven Ridge'(APU), 'Summit Ridge'(데스크탑) 코드네임으로 나누었듯, 앞으로는 Intel도 CPU의 마이크로 아키텍처를 'Sunny Cove', CPU를 탑재한 제품을 'Ice Lake'로 따로 구별했다.