브로드웰-EP 기반 제온 E5 2600 v4 공식 출시

인 텔은 어제 자사의 새로운 서버용 CPU 제온 E5 2600 v4 제품군을 발표했다. 이들이 뿌리를 두고 있는 브로드웰-EP 다이는 브로드웰 마이크로아키텍처 기반의 코어 24개를 탑재하고 있으며, 이는 전작 하스웰-EP의 18개보다도 33%가 더 증가한 것이다. 그러면서도 제조공정이 22nm에서 14nm로 미세화된 덕분에 다이 면적은 오히려 3분의 2 수준으로 줄어들었다. 최상위 모델인 제온 E5-2699 v4는 22개의 코어를 탑재해 풀 칩에서 2개의 코어를 비활성화한 채로 출시되었는데 추후 발표될 제온 E7 v4 제품군과의 차등화를 위한 것으로 읽힌다. 전세대 최상위 모델이었던 E5-2699 v3은 18개의 코어와 45MB의 L3 캐시, 2.3GHz의 기본 작동속도를 지녔던 바 있다. 금번 세대교체를 통해 정확히 이와 같은 사양을 갖는 모델은 두 단계 아래의 E5-2697 v4로 내려오게 되었고, 이에 따라 가격 역시 4115달러에서 2702달러로 대폭 내려 일거에 34% 이상의 가성비 패치를 받게 되었다. 이것이 기술 진보의 묘미이리라.

기 본적으로 라인업 구성은 전세대와 동일해, 모델넘버 끝자리가 0으로 끝나는 표준형(standard, advanced) 및 그렇지 않은 특정 용도 특화형(segment optimized), L 접미사가 붙는 저전력 모델 등으로 진용을 갖췄으며 제온 E5 1세대로부터의 전통을 이어받아 2687이란 모델넘버는 이번에도 역시 워크스테이션 특화 SKU를 위해 헌사되었다. E5-2687W v4는 최소 3.0GHz로 작동하는 12개의 코어를 탑재하고 있는데, L3 캐시는 14코어분을 할당받아 35MB로 구성된 것이 특징이다. 넉넉한 코어 갯수, 풍부한 캐시 용량과 제온으로써는 비교적 높은 작동속도까지 갖춘 이 모델의 TDP는 그에 걸맞게 160W에 달한다. 금번 발표로 공개된 다른 어느 모델보다도 높은 것이다.

이 들의 상세한 사양과 가격은 아래와 같다. 앞서 짚어 본 E5-2699 v3 -> E5-2697 v4의 관계와 마찬가지로 유사한 코어갯수 및 작동속도 구성을 갖는 전/현세대간 비교를 수행해 보면 대체로 최상위권 SKU의 가격이 일제히 20~30% 가량 내렸다고 볼 수 있다. 가령 14개의 코어와 35MB의 L3 캐시, 2.6GHz의 기본 작동속도를 갖는 E5-2697 v3과 E5-2690 v4를 비교해 보더라도 이들의 가격은 각각 2702달러, 2090달러로 후자가 23% 가량 저렴하다. 프로세서 홀로 저렴해지더라도 플랫폼을 모두 갈아엎어야 한다면 무슨 소용이겠으랴만 제온 E5 v3과 v4는 핀 호환성이 있다. 현존하는 LGA2011-V3 메인보드 대부분이 바이오스 업데이트만으로 브로드웰-EP 기반 제온을 지원하게 될 것이라고 하니 실로 오래간만에 마일드한 업그레이드의 기회가 찾아온 셈이다.

그러나 덕담은 여기까지. 코어 갯수가 전세대 최상위 모델보다도 4개씩이나 (다이 풀 스펙 기준으로는 6개) 늘었고, 그러면서도 가격은 동등한 수준을 유지했으며 플랫폼 하위호환이 된다는 점으로 매력을 어필하는 제온 E5 v4이지만 실은 금번 업그레이드는 대단히 미적지근한 것임을 부정할 수 없다. 네할렘에서 하스웰에 이르기까지의 세대교체에서 제온 E5 최상위 모델의 코어 갯수 증가율이 50%가 안 되었던 것은 단 한번, 웨스트미어(6코어)에서 샌디브릿지(8코어)로 이행할 때뿐이었다. 심지어 그 때조차, 인텔의 교체주기상 '톡'에 해당하여 IPC가 대폭 증가했기에 실질적인 성능향상폭은 50%를 메우고도 남는 상황이었음을 생각하면 '틱'의 주기에 코어 갯수가 '고작' 22% 증가한 것은 역대 최저폭의 개량이라고 봐도 틀리지 않다. 고속성장의 시대가 공식적으로 마감된 것이다.

이러한 시선을 의식해서였을까. 인텔은 발표자료의 상당부분을 '브로드웰-EP가 하스웰-EP에 비해 어떻게 다른가'를 설명하는 데 할애했다. 이 점을 찬찬히 살펴보도록 하자.

우 선 파이프라인 자체의 개량이 있었다. 하스웰 마이크로아키텍처 하에서 부동소수점 곱셈 연산에 5 클럭 사이클이 소요되던 것을 브로드웰은 3사이클로 줄였으며 나눗셈 역시 마찬가지의 개량을 가해 IPC 자체가 소폭 향상되었다. 인텔의 내부 테스트 자료에 따르면 브로드웰의 IPC 향상폭은 하스웰 대비 5% 가량, 네할렘부터의 누적 향상폭은 35%에 달한다고 한다. 물론 이러한 코어 내부에서의 개선만이 전부인 것은 아니다. 외려 코어 외적인 개선이 훨씬 많다. 아래를 보자.

앞 서 인텔은 스칼라 워크로드와 AVX 워크로드 하에서의 터보부스트 속도를 달리한 바 있다. 하스웰부터 적용된 이 규칙에는 한가지 맹점이 있어, 스칼라와 AVX 워크로드가 함께 몰려들 경우 둘 중 작동속도가 낮은 'AVX 터보' 속도에 일률적으로 맞춰진다는 한계가 있었는데 브로드웰부터는 이 제약이 없어졌다. 결과적으로 스칼라와 AVX 워크로드가 혼용되는 어플리케이션을 좀더 빠르게 처리할 수 있게 된 것이다.

뿐만 아니라 물리적인 다이 구성에 있어서도 하스웰-EP보다 개선된 점이 뚜렷하다. 아래 그림을 보자.

하 스웰-EP와 브로드웰-EP의 다이 구조에 있어 가장 큰 차이점은 '대칭성'의 유무이다. 비단 심미적으로 더 조화롭고 안정되어 보인다는 차원의 문제가 아니라 각각의 '링'에 할당된 코어 및 L3 캐시 슬라이스의 비대칭이 유발하는 성능상 패널티가 분명히 존재하기 때문이다. 18코어 하스웰-EP 다이는 4개의 코어가 일렬로 늘어선 칼럼(column) 3개와 6코어 칼럼 1개, 도합 4개의 칼럼으로 구성되며 이들이 다시 2칼럼씩 하나의 링으로 묶여 8코어 링 + 10코어 링이 결합한 구조를 형성한다. 직관적으로 보더라도 양측 링이 관할하는 코어 / L3 캐시 슬라이스가 비대칭적이기 때문에 메모리 접근이나 레이턴시 관리에 어려움이 생긴다. 이에 비해 브로드웰-EP는 6코어 칼럼 4개만으로 구성되어 완벽한 대칭을 이룬다. 최상위 모델인 E5-2699 v4는 여기서 2개의 코어가 비활성화된 것인데, 인텔에 따르면 (당연히 대칭성을 유지하기 위해) 양측 링이 관할하는 코어 중 하나씩을 비활성화했다고 한다.

이 러한 구조적 차이는 필연적으로 메모리 접근 방식에도 다소간의 차이를 낳았고, 특히 메모리 관리 정책 중 가장 중요시되는 '캐시 일관성 관리'에도 영향을 미쳤다. 하스웰-EP는 그 전세대와 비교해 두 개의 링을 탑재했다는 결정적인 차이가 있었으며, 이에 따라 (러프하게) 각각의 링을 기준으로 완전히 별개의 프로세서(소켓)인 것처럼 동작하는 클러스터 온 다이(Cluster on Die, CoD) 모드를 제공하게 되었었다. 서로 다른 두 링에 걸쳐 분산되어 있는 방대한 캐시를 일관되게 관리하는 데 힘을 쏟느니, 차라리 별개의 소켓인 양 NUMA를 구성하는 편이 성능에 더 이득이라는 판단에 따른 것이었다.

그러나 여기엔 치명적인 단점이 있었으니 하스웰-EP 다이의 두 링이 서로 비대칭적으로 구성되어 있다는 것이었다. 18코어 모델을 기준으로, CoD 모드를 설정하면 왼쪽 링이 관할하는 8개의 코어에 오른쪽 링 관할의 코어 하나를 '꿔 주는' 희한한 일이 생긴다. 러프하게 각 링이 독립적으로 작동하게끔 의도하는 CoD의 취지를 정면으로 반하는 것이다. 실제로 두 링의 분절을 어지럽히는 하나의 코어로 인해 생기는 '오염'이 성능에 미치는 영향은 무시할 수 없는 수준이었다. 브로드웰-EP는 이러한 논란으로부터 자유롭다.

여기에 더해, 브로드웰-EP는 기존의 '홈 스눕' 모드에 디렉토리 캐시(DIR)와 투기형 스누핑(opportunistic snoop broadcast, OSB)을 가미해 성능을 더욱 높일 수 있는 옵션을 제공하고 있다. 구체적으로 이들의 작동원리를 다루는 것은 이 글의 범위를 넘어서는 것이니 생략하겠다. '성능향상을 위한 또 하나의 모드'가 추가된 것 정도로 이해하고 넘어가자.

이 러한 개선을 통해 인텔은 브로드웰-EP 기반 제온 E5 v4가 전세대보다 (SKU 대 SKU, 즉 동일 모델넘버간 비교 기준) 27% 가량 성능향상을 이뤘다고 자평하고 있다. 앞서 동일한 성능 수준 기준으로 전성비가 일거에 30% 늘어난 효과를 얻었다고 분석한 바 있으니 엇비슷한 결론이었던 셈이다.

최 초의 쿼드코어 데스크탑 CPU였던 켄츠필드가 등장한 지 올해로 꼭 십년이 된다. 강산이 바뀌고도 남을 시간 동안 데스크탑 CPU의 대세는 여전히 쿼드코어에 머물러 있는 반면 서버용 CPU는 하루가 다르게 변모하고 있는 것은 서버 시장에 '그 대단한' 인텔마저도 긴장하게 하는 강력한 라이벌이 있기 때문일 것이다. 서버 시장의 파워(POWER)처럼 데스크탑 시장에 인텔을 긴장케 할 라이벌이 다시 등장할 수 있을까. 쿼드코어 아닌 i7, i5를 보고 싶거든 우리가 해야 할 일은 단 하나, 인텔의 경쟁사를 온 힘을 다해 응원하는 것이다. 제발 힘 좀 내시길.