AMD(NASDAQ:AMD)는 샌프란시스코에서 개최된 국제고체회로학회(ISSCC: International Solid-State Circuits Conference)에서 노트북 및 저전력 데스크탑용으로 출시 예정인 A시리즈 APU인 ‘카리조(Carrizo)’를 공개했다.

카리조 APU는 새로운 ‘엑스카베이터(Excavator)’ x86 CPU 코어와 차세대 AMD 라데온(Radeon) GPU를 기반으로, 강력한 성능과 발전된 전력 관리 기술을 동시에 제공한다.

AMD는 카리조의 진정한 의미의 시스템온칩(SoC: System-on-Chip) 설계를 바탕으로 x86 코어 자체의 전력 소비만 최대 40%까지 절감할 수 있을 것으로 내다보고 있다. 이와 동시에 전세대 대비 강력한 CPU, 그래픽, 멀티미디어 성능도 제공할 것으로 기대하고 있다.

AMD의 선임 연구원이자 ISSCC에서 발표하는 내용의 공동 저자인 샘 네프지거(Sam Naffziger)는, “새롭게 출시될 ‘카리조 APU’는, 그동안 우수한 제품을 개발을 위해 노력해 온 AMD의  결실이며, 와트당 성능 향상 면에서 역대 세대별 메인스트림급 APU중 가장 큰 발전을 보여줄것이다”고 밝혔다.

또한, “현대적인 개념의 마이크로프로세서가 탄생한 이래, 컴퓨팅 성능 및 전력 효율성은 놀랄만한 발전을 거듭해왔다. 그러나 새로운 생산 공정 도입을 통한 전력 소비 개선 흐름은 그 속도가 점차 느려지고 있으며, 프로세서의 성능 및 효율성을 개선하기 위한 새로운 대안이 도입되어야 하는 시기에 이르렀다”고 설명하며, “AMD는 이러한 대안으로서 HSA(Heterogeneous System Architecture)  기술과 독자적인 전력 관리 기술을 개발 및 적용하고 있다. 이번 ‘카리조’ APU 출시는, AMD가 25x20 전력 효율성 개선 목표를 향해 한 걸음 전진하고, 향후 우리의 전 제품 라인업에 탑재될 새로운 기술을 최초로 도입한다는데 그 의미가 있다”고 덧붙였다.

AMD의 ISSCC 발표를 통해 오늘 공개된 카리조 APU의 상세 정보는 다음과 같다.

- 전 세대 카베리 APU 대비 29% 많은 트랜지스터 탑재
- 새로운 ‘엑스카베이터’ x86코어를 통해 이전 세대 제품 대비 40% 적은 전력소모로 더 높은 클럭 당 명령어 처리 능력 발휘
- 전용 파워 서플라이를 갖춘 새로운 라데온 GPU
- 독자적인 온칩 H.265 비디오 디코더 탑재
- 성능과 배터리 사용 시간 모두 기존 세대 제품 대비 두 자리수대 비율로 개선
- AMD 고성능 APU 최초로 사우스브릿지 통합

AMD의 선임 연구원이자 설계 엔지니어인 캐시 윌콕스(Kathy Wilcox)는, “28nm 의 x86 APU를 통해 전력 및 면적 효율성을 최적화 했다”고 설명했다. 이번 발표는 카리조 APU에 적용된 기술 및 전력관리 기능, 개발 현황 등을 포함하여 진행되었다.

■ 아키텍처의 개선

AMD는 이번 카리조APU에 새로운 고집적도 설계를 적용했으며, 이를 통해 이전 세대인 카베리APU와 비슷한 크기의 칩에 29% 더 많은 총 31억개의 트랜지스터를 탑재했다.

따라서 그래픽과 멀티미디어 오프로드, 사우스브릿지 시스템 콘트롤러를 단일 칩에 통합할 수 있는 공간을 확보하였으며, 새로운 고성능 H.265 비디오 압축 표준 기술, 전 세대 대비 2배로 증가한 비디오 압축 엔진을 추가로 탑재하게 되었다.

특히 H.265 비디오 압축 표준 기술을 통합함으로써 4K 해상도 지원은 물론, 배터리 사용시간 연장, 호환 비디오 재생시 대역폭 감소 등의 추가적인 개선 효과를 얻을 수 있게 되었다.

한편, 이번 집적도 개선을 통해 카리조는 업계 최초로 HSA 재단 (HSA Foundation)이 개발한 HSA 1.0 사양을 준수하는 프로세서가 되었다. HSA 기술은 GPU와 같은 프로그래밍 가속기를 더욱 손쉽게 사용 하고, 낮은 소비전력에서 더욱 탁월한 애플리케이션 성능을 발휘할 수 있도록 한다.

HSA 기술이 가진 여러 가지 강점 중 hUMA(heterogeneous Unified Memory Access )는 단연 가장 중요한 요소로 꼽을 수 있다. hUMA 기술을 통해 CPU와 GPU가 동일한 메모리 주소 공간을 공유하게 되며, 이로써 2개의 프로세서가 모든 플랫폼의 메모리에 접근하고 시스템 메모리 공간 어느 곳에든 데이터를 할당하는 것이 가능하다. 이러한 논리적인 메모리 아키텍처는 작업을 완료하기 위해 필요한 멍령어의 수를 대폭 줄여주며, 이를 통해 성능과 전력효율성을 동시에 개선할 수 있다.

■ 새로운 전력 효율성 개선 기능

이번 카리조 APU에는 몇가지 새로운 기능들이 최초로 탑재될 예정이다. 전통적인 마이크로프로세서 설계에서는 순간적인 전압 하강 현상을 해결하고 항상 충분한 전압을 프로세서에 공급하기 위해 10~15% 정도의 초과 전압을 설정한다. 그러나 초과 전압은 증가한 전압의 제곱에 비례하는 전력 낭비를 초래한다. (* 예를 들어 10%의 초과 전압은  20%의 전력 낭비를 초래한다)

AMD는 전압 최적화를 위해 다양한 기술을 개발하여 이번 새로운 APU에 적용했다. 최신 카리조 APU는 평균 전압과 하강시의 전압을 나노초, 혹은 수십억분의 1초 단위로 비교하여 조정하는 기능을 CPU와 GPU 양쪽에 탑재하고 있다. 프로세서의 주파수를 나노초 단위로 조정할 수 있는 기술이 등장한 이래, 현재까지 CPU와 GPU의 전력 소비를 각각 최대 19%, 10% 까지 감소시켜줄 수 있는 새로운 기술은 발표된 바 없었다.

이 밖에도 AMD는 카리조를 통해 AVFS(Adaptive Voltage and Frequency Scaling), 즉 적응형 전압 및 주파수 조정 기술도 새롭게 선보인다. 본 기술은 온도 및 전력 센서 이외에도 독자적인 특허를 보유한 반도체 속도 및 전압 센서를 추가함으로써, 개별 APU가 각각의 반도체 특성, 플랫폼의 동작 특성, 운영 환경 등에 따라 적절히 조정될 수 있도록 한다. 또한, AVFS 기술은 이러한 수치에 따른 실시간 조정을 통해 전력 소비를 최대 30%까지 줄일 수 있다.

코어 면적 감소를 통해 CPU의 전력 소비를 줄이는 것 이외에도, AMD는 28nm 공정 기술을 전력 효율성 개선에 맞추어 최적화했으며, GPU 역시 제한적인 전력소비 상황에서 적절히 작동할 수 있도록 조정했다. 이를 통해 동일 주파수에서 기존 카베리 대비 그래픽 부문의 전력 소비를 최대 20%까지 낮출 수 있게 되었다. AMD의 이러한 전력 효율성 부문의 혁신은 제조 기술의 답보 상황에서 28nm 공정을 최대한 활용하고 비용 최적화를 달성하는 것을 목표로 한다.

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