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안녕하세요.
깜냥좌입니다.
왜 Intel은 big.LITTLE 구조를 선택했으며, 그로인해 무슨일들이 벌어지고있는지 이야기해보려해요.
과거의 내용들까지 언급되다보니 부득이 장문이 될 예쩡입니다. 최대한 지루하지 않게 작성하려 노력해보겠습니다.
1) Intel은 왜 big.LITTLE 구조를 선택해야만 했을까?
라이젠이 처음 출시될 시기만 하더라도 AMD의 MCM(멀티 칩 모듈) 설계는 저렴한 가격에 많은 코어를 제공하는 것 외에는 볼 게 없는 수준이였습니다.
쉽게 말하자면 그림에 떡 같은 느낌이였죠. 표면 스팩(코어/쓰레드)을 보면 혹했으니까요.
AMD 라이젠은 Intel의 역사나 다름없는 CPU 설계인 링버스에서 벗어났습니다.
모듈형식이다보니 CCX에 불량 코어가 있더라도 해당 코어만 죽이고 제품을 만들 수 있는 장점이 있었습니다.
- 1CCX에 4코어가 들어가서 기본 단가가 비싸지만 이러한 부분들로 상쇄 -
Intel의 경우는 상기 언급한 링버스 구조상 제작 시 불량이 발생하면 통째로 버려야 할 수 밖에 없다보니
생산과정에서는 도저히 가격이 저렴질 방도가 전무했습니다.
이러한 내용들로 AMD의 라이젠이 시장의 점유율을 높여나갑니다.
어떻게 높였냐구요?
당시 메인스트림 시장군에서 볼 수 없던 6코어 12쓰레드 제품을 4코어 8쓰레드 제품과 비슷한 가격으로 팔아버렸으니까요.
- Intel Core 씨리즈 i5는 머나먼 과거부터 4코어 8쓰레드였습니다, 농담으로 AMD가 아니면 여전히 4코어 8쓰레드였을꺼라는 농담도 있... -
라이젠 3000씨리즈부터는 절대 불가능 할 것 같았던 Intel의 IPC 성능을 잡아버립니다.
아찔했던 Intel은 10세대를 출시하며 잠깐 숨 좀 쉬어보려했는데
라이젠 5000씨리즈가 나오면서 현재의 Intel 12세대 출시 직전까지 정말 힘겨운 시간을 보냅니다.
심지어 11세대는 모래낭비라는 별칭이 붙을 정도로 최악의 세대였으니 말 다했죠.
여기서 끝이면 Intel의 위기라 할 수 없겠죠...?
굳건했던 서버시장은 AMD의 EPYC에 밀렸고, 모바일(노트북) 시장마저 AMD의 내장그래픽을 앞세운 제품들에 점유율을 내주기 시작합니다.
이러한 상황속에서 Intel은 위기를 벗어날 선택을 해야 했습니다.
완전히 새로운 형태의 CPU를 설계하고 만들기에는 비용은 상관없지만 시간이 부족했고,
그렇게 시간을 보내면 AMD에 더 많은 것을 뺏겨야 하기에 비교적 단순하면서도 제품 성능을 확 끌어올릴 방법을 찾아냅니다.
우리가 손에 들려 있는 스마트폰의 APU의 big.LITTLE 구조를 차용하는거였죠.
그대신 현재의 APU와 같은 2+4+4 같은 구조가 아닌 링버스(최대 8코어) + 저전력 코어를 넣는 단순한 형태로 시작합니다.
이 방식을 사용하면 Intel의 링버스의 한계인 8코어를 쉽게 벗어날 수 있기에
그간 물리적 한계(코어/쓰레드 숫자)로 이기지 못했던 멀티테스킹 영역에서 AMD와 경쟁할 수 있고,
모바일(노트북) 제품군에서는 저전력 코어가 들어간 만큼 배터리 효율을 높여 경쟁력 또한 생기기 때문이죠.
현재의 설계를 포기하지 않으면서도 경쟁할 방법을 찾은겁니다.
물론 데스크탑과 모바일(노트북) 시장에 한해서지만 한가닥의 희망이 아니였을까 합니다.
2) Windows 10이 마지막이라던 Microsoft는 왜 Windows 11을 내놔야 했을까?
다들 Microsoft가 Windows 10을 출시할 때 '마지막 Windows'라고 했던 것을 기억하시나요?
데스크탑/모바일에서 모두 쓸 수 있는 64bit 운영체제였기에 출시 당시에는 새로운 버전은 필요 없을 것이라 생각했습니다.
하지만 세상은 그렇게 호락호락하게 계획대로 흘러가질 않죠.
Microsoft에게도, AMD에게도, Intel에게도 모두 동일했습니다.
선례인 AMD 라이젠 제품의 이야기를 먼저 해보겠습니다.
CCX간의 연산은 IF(인피니티 패브릭)이라는 통로를 거쳐서 이루어지는데, Windows의 작업 스케쥴러는 그러한 구조를 이해하지 못했습니다.
윈도우 스케쥴러는 프로그램의 작업우선순위와 CPU 사용 상태 등을 고려하여 일을 시킬 코어(쓰레드)를 선택합니다.
다중 CCX간의 연산 시 IF를 거쳐가며 발생하는 딜레이(레이턴시)가 염두되지 않았던거죠.
그러한 문제를 해결해 줄 Windows 10 1903 패치(라이젠 작업 스케쥴러 개선 패치)가 이루어졌고,
해당 패치 전후로 게임 프레임에서 15% 이상 향상됐다는 유저가 있을 정도였습니다.
AMD의 라이젠은 모든 코어가 동일한 성능이기에 고려되야 할 내용이 그다지 없었기에 패치만으로 해결이 가능했습니다.
- 그럼에도 근 2년이라는 시간이 필요했....... -
하.지만.
Intel의 12세대 big.LITTLE 구조는 그렇게 단순하지 않았습니다.
P코어와 E코어의 성능 자체가 다르기에 기존 Windows 10에 해당 내용을 Fix하는 것 보다 새로운 운영체제를 만드는게 쉬웠던겁니다.
- 쉬웠던 빨랐던 아무튼 ! -
Intel과 긴 협력관계였기에 운영체제 출시에 담당자들이 엄청 매달려서 푸쉬했겠죠.
왠지 직접 보지못했고 듣지 못했지만 드라마 보듯 뻔한 장면들이 머리속에 그려집니다.
새로 출시된 Windows 11의 완성도가 떨어지는건 Microsoft의 계획하에 나온 운영체제가 아니여서 그렇지 않을까합니다.
그렇게 유추 할 수 밖에 없는 것은 Intel 12세대에 절실히 필요한 쓰레드 디렉터(Thread Director) 기능이 포함됐고,
해당 기능이 포함됐음에도 문제가 발생 됐을 시 수동으로라도 해당 부분을 해결 할 수 있는 여지를 만들어둔 운영체제기 때문입니다.
한마디로 Windows 11의 탄생비화는 Intel 12세대의 big.LITTLE로 부터 시작됐다고 볼 수 밖에 없어보입니다.
3) 그래서 깜냥좌 니가 하고 싶은 말이 뭔데?
현재 사용하는 스마트폰의 APU들이 처음부터 높은 효율의 성능과 전력관리를 갖고 시작하진 않았습니다.
ARM 코어텍스도 3단계를 거쳐서 big.LITTLE를 완성했습니다.
(Cluster Migration -> CPU Migration -> Multi-Processing)
단계를 순차적으로 밟은 ARM과 달리 Intel은 첫시도임에도 3단계인 Multi-Processing(이하 'MP')로 big.LITTLE을 도입했습니다.
MP에 있어서 필수요소는 OS의 테스크 단계에서 스케쥴링을 최적화 해줘야합니다.
그러기 위한 Windows 11은 현재 운영체제 그 자체로도 문제가 많은 상태이며,
Intel 12세대를 온전하게 사용하게 해줄 운영체제로써의 역할 또한 못하고 있습니다.
폐쇄성으로 인한 OS 최적화의 끝of끝이라 불리는 애플의 M1씨리즈 조차도 Docker Desktop 애플리케이션에서
8코어 이상 리소스 할당 시 문제가 발생해서 공장초기화를 해야만 다시 부팅이 가능한 문제 사례가 있습니다.
자, 볼까요..
big.LITTLE에 ARM 3년 이상 소요.
AMD 근 2년 소요.
Apple E코어로 인한 예상치 못한 문제 발생 사례.
Intel 12세대 이제 1년쯤됐나요?
현재도 문제가 많은 상황입니다...
난 잘쓰고있는데 대체 어떤 문제들이 있냐구요?
부등호를 사용해서 아주 간단히 표기해보겠습니다.
2>3
당연히 3이 더큰데 깜냥좌 초등학교 안나왔냐구요?
어떠한 내용이냐면 P코어 2개보다 P코어 2개 + E코어 1개가 일을 잘해야 맞는건데,
LinpackWtrem에서 테스트를 해보니 P코어 2개가 일을 더 잘하는 데이터가 나온겁니다..
솔직히 이해가 되시나요?
2 Vs. 2+1 = 2 Win
이러한 실제 유저들의 사례 외에도 기고된 내용은 많습니다.
해외에 시험 관리 소프트웨어인 Exmplify를 만드는 ExamSoft는 12세대가 탑제된 PC로 프로그램을 사용 할 수 없다고 하는 케이스입니다.
내 컴퓨터로 시험을 못친다니 이게 무슨소리인가했더니 소프트웨어에서도 E코어를 별개의 PC로 인식해서 생긴 문제였습니다.
심지어 해당 내용은 2022년 7월 22일에 기고된 내용입니다.
운영체제도 문제지만 하이브리드 구조에 대한 소프트웨어의 최적화도 시간이 필요하다는 이야기죠.
마지막으로 하나 더 볼까요?
노트북 제조회사인 XMG에는 아예 렌더링 관련 E코어 문제를 박제해놨습니다.
P코어와 E코어가 모두 풀로드 될 때 외에는 P코어와 E코어 구분을 못해서 P코어가 놀고 E코어만 일하는 상황이 발생된다는건데요.
그럼 어떻게되냐구요? 예를들면 정상적으로 P코어가 일한다면 5분에 작업이 끝날껄 구지 E코어로만 할당되면 15분은 걸려야 끝낼 수 있다는 이야기에요.
12900k,kf,ks 같은 최상위 제품군을 사용하시는 대부분은 생산성 때문에 선택하는 경우가 많은데 매우 치명적입니다.
(Pushing rendering jobs to E-Cores obviously has a big performance impact, as it is leaving all the powerful P-Cores idle, making the render jobs take much more time than necessary. In order to reap the full performance potential of your CPU, you want to saturate all cores, ideally.)
벤치마크의 점수를 보고 구매했는데 실제로는 손해를 보고 있는 경우들이 상당수 존재한다는 이야기에요.
상당시간이 소요되는 작업을 걸어두고 우리가 가만히 기다리진 않습니다.
해당 작업이 되는 동안 인터넷이나 다른 작업을 병행 할 수 있는데 현재의 Intel big.LITTLE은 그것을 온전히 소화하지 못하는 상태라는거에요.
4) 해결 방법은 없는거야?
조금 어려운 방법과 매우 쉬운 해결 방법이 있습니다.
첫번째로는 Window 11에 포함된 쓰레드 디렉터를 사용해서 내가 사용하는 프로그램을 전담할 쓰레드를 하나하나 직접 지정해주는 겁니다.
애초에 이러한 작업을 왜 해야하는지도 모르겠지만 제대로 쓰려면 해야합니다.
현존 데스크탑 CPU 제품군중 원탑이라는 제품인데 이렇게 내가 직접 모든걸 수정하며 쓰는게 맞는지라는 의문은 들겠네요.
두번째로는 가장 쉽고 확실한 방법입니다.
바로 바이오스에서 E코어를 Disable 상태로 변경하는 것 입니다.
하지만 E코어 죽여버리면 Intel이 자랑하던 big.LITTLE은 사라집니다.
E코어 빠지면 P코어만 사용하는건데 그건 그냥 우리가 그간 써오던 이전 세대의 Intel CPU와 다르지 않습니다.
아, 다른게 있습니다. 이전 세대는 지불한 댓가를 온전히 사용했다면 이제는 전부 지불은 했지만 P코어만 쓰는 웃픈 상황이 발생하겠네요.
물론 P코어만 사용하더라도 성능이야 이전 세대보다 좋기야하죠.
아키텍쳐도 바뀌고 공정도 성숙해가니까요.
하지만 경쟁상대가 있다는걸 깜빡했습니다....
E코어가 제대로 작동하는 12900K는 현재 생산성 1등의 CPU가 맞습니다.
5950X 보다도 5%나 높은 성능을 보여주니까요.
하지만 트러블때문에 E코어를 꺼버리면... 5900X 밑으로 추락합니다.
그것도 5950X랑 10%가 아닌 5900X보다 10%가 떨어지는 성능이 되어버립니다.
근데 E코어를 안꺼서 작업이 E코어로만 할당되고 P코어가 놀면?....
라이젠이랑 비교할 필요도 없습니다. P코어만 작동하는 12900k의 절반 성능이 되버리며,
온전한 12900K의 1/3이 되어버립니다.
제가 그렇게 포럼에서 Windows 11이 강제되고,
Windows 11을 쓰더라도 문제가 발생되면 해결 방법이 복잡하다고 이야기 하는 이유가 위에 다 나와있습니다.
5) 마무리
최근 AMD가 Intel의 시가총액을 넘어섰다는 뉴스를 다들 접하셨을겁니다.
세계에 수 많은 투자자와 애널리스트들은 더 디테일한 부분까지도 캐치를 한단말이죠.
단순히 CPU하나 구매하는 우리같은 소비자와 다르게 그들은 회사의 미래를 사는것이고,
제대로 본질을 보지 못한채 투자한다면 막대한 손실로 이어지니까요.
IT의 경우 기술력이 곧 회사의 힘이자 자산입니다.
그 값어치는 주가로 반영되구요.
현재의 주가가 시장의 현실과 당분간의 CPU 시장 판도를 미리 보여주는 것이 아닐까 생각됩니다.
참고
１ Intel Architecture Day 2021: Alder Lake, Golden Cove, and Gracemont Detailed(Dr. Ian Cutress & Andrei Frumusanu)
https://www.anandtech.com/show/16881/a-deep-dive-into-intels-alder-lake-microarchitectures
２ ARM big.LITTLE Processing(감마의 하드웨어 정보)
https://gamma0burst.tistory.com/526
３It breaks when I allocate more than 8 cpu cores (Apple M1 Max) #6063(kakserpom)
https://github.com/docker/for-mac/issues/6063
４ i7 12700k Problems when running 3 thread apps and parking e-cores not working(CrissTi)
https://community.intel.com/t5/Processors/i7-12700k-Problems-when-running-3-thread-apps-and-parking-e/m-p/1385923#M57830
５ Why can’t Intel’s 12th-gen CPUs pass the bar exam? Blame the E-cores(ANDREW CUNNINGHAM)
https://arstechnica.com/gadgets/2022/07/why-cant-intels-12th-gen-cpus-pass-the-bar-exam-blame-the-e-cores/
６Test: Disabling small (E) and big (P) cores of the Core i9-12900K(Ľubomír Samák)
https://www.hwcooling.net/en/test-disabling-small-e-and-big-p-cores-of-the-core-i9-12900k/
７ ALDER LAKE: THE SOLUTION WHEN RENDERING ONLY RUNS ON E-CORES
https://www.xmg.gg/en/news-tips-and-tricks-rendering-e-cores/
８ Intel's new Chimera: Alder Lake
https://www.agner.org/forum/viewtopic.php?f=1&t=79
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