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키텍처는 하드웨어와 소프트웨어의 연금술이다. 특정 엔진에 가장 적합한 트랜지스터를 혼합하고, 첨단 패키징으로 연결하며 고대역폭과 저전력 캐시를 통합한 후 하나의 패키지 안에 하이브리드 컴퓨팅 클러스터를 위한 고용량, 고대역폭의 메모리와의 낮은 레이턴시의 확장 가능한 인터커넥트를 통해 모든 소프트웨어가 원활하게 가속되도록 보장한다.  

매년 인텔 아키텍처 데이(Intel Architecture Day)에서는 출시를 앞둔 제품을 위해 그동안 작업해온 아키텍처 혁신을 공개하고 있다. 올해로 3회 째를 맞이한 이번 행사는 역대 가장 흥미진진한 행사였다. 

인텔은 2021 아키텍처 데이(Intel Architecture Day 2021)에서 한 세대만에 가장 큰 아키텍처 변화를 발표했다. 2종의 X86 CPU 코어, 2종의 데이터센터 SoC, 2종의 외장 GPU, 클라이언트 PC용 혁신적인 멀티코어 퍼포먼스 하이브리드 아키텍처가 공개됐다.

이번 발표에서 두 개의 새로운 세대의 x86 코어와 인텔리전트 인텔 스레드 디렉터(Intel Thread Director) 워크로드 스케줄러를 탑재한 인텔의 첫 하이브리드 퍼포먼스 아키텍처인 앨더레이크(Alder Lake)를 처음으로 상세하게 살펴보는 시간을 가졌다.

또한, 새로운 퍼포먼스 코어(Performance-core) 및 다양한 가속 엔진을 탑재해 인텔의 새로운 표준이 될 데이터센터 아키텍처인 사파이어 래피즈(Sapphire Rapids)를 비롯해, 새로운 외장 게이밍 GPU 아키텍처 및 IPU, 그리고 인텔 최고의 컴퓨팅 집적도를 갖춘 인텔의 데이터센터 GPU 아키텍처 야심작 폰테베키오(Ponte Vecchio)에 대한 발표도 진행했다.

앨더레이크로 시작하는 이 아키텍처 혁신은 인텔의 차세대 리더십 제품을 위한 발판을 마련했다. 더욱 중요한 사실은, 아키텍처 데이에서 인텔이 공개한 혁신들은 데스크톱에서 데이터센터에 이르기까지 점차 커지고 복잡해지며 다양해지는 워크로드에 따라, 아키텍처가 더 높은 컴퓨팅 성능에 대한 엄청난 수요를 어떻게 충족시키는 가를 보여줬다는 점이다.

인텔의 아키텍트들은 인텔의 고유하고 풍부한 스칼라(scalar), 벡터(vector), 매트릭스(matrix) 및 스페이셜(spatial) 컴퓨팅 엔진을 결합해 고객의 가장 까다로운 워크로드에 비선형적(non-linear) 성능 향상을 제공하는 하이브리드 컴퓨팅 아키텍처를 구축하기 위해 노력하고 있다.

에피션트 코어(Efficient-core): 저전력 모바일 애플리케이션에서 다중 코어 마이크로서비스까지 고객의 요구 전반에 걸친 컴퓨팅 요구사항을 해결할수 있는 확장성이 뛰어난 x86 마이크로아키텍처로, 인텔에서 가장 많은 CPU 마이크로아키텍처인 스카이레이크(Skylake)에 비해 에피션트 코어는 동일한 전력으로 40% 더 높은 단일 스레드 성능을 제공한다. 또는 40% 미만의 전력을 소비하면서 동일한 성능을 제공한다. 스루풋(throughput) 성능에서 4개의 에피션트 코어는 4개의 스레드를 실행하는 2개의 스카이레이크 코어에 비해 더 적은 전력으로 80% 더 높은 성능을 제공하거나, 80% 낮은 전력 소모로 동일한 스루풋 성능을 제공한다.

퍼포먼스 코어(Performance-core): 퍼포먼스 코어는 인텔이 구축한 CPU 코어 중 최고 성능일 뿐만 아니라 컴퓨팅의 향후 10년을 이끌 CPU 아키텍처 성능에서 새로운 단계를 제공한다. 퍼포먼스 코어는 병렬화를 높이고, 레이턴시를 줄이고 범용 성능을 높이기 위해 더 넓고, 깊으며 스마트한 아키텍처로 설계됐다.

또한 대용량 데이터 및 많은 코드가 필요한 애플리케이션도 지원한다. 퍼포먼스 코어는 동일한 클럭스피드로 11세대 코어 아키텍처(사이프레스 코브(Cypress Cove) 코어) 대비 광범위한 워크로드에서 기하평균(Geomean)으로 약 19% 더 높은 성능을 보인다.

데이터센터 프로세서와 머신 러닝의 진화하는 트렌드를 목표로 하는 퍼포먼스 코어는 전용 하드웨어와 행렬 곱셈 연산을 위한 인텔의 새로운 AMX(Advanced Matrix Extensions)을 통해 8배 이상 AI를 가속하였다. 이는 x86 프로그래밍 모델을 활용하여 소프트웨어를 쉽게 사용할 수 있도록 설계됐다.

인텔 스레드 디렉터(Intel Thread Director): 인텔의 스케줄링 방식은 에피션트 코어와 퍼포먼스 코어가 원활하게 연동되도록 하기 위해 개발되었으며, 처음부터 동적, 지능적으로 워크로드를 할당하고 시스템을 최적화해 실제 성능과 효율성을 극대화했다. 인텔 스레드 디렉터는 코어에 직접 내장된 인텔리전스를 통해 운영 체제(OS)와 원활하게 작동해 적시에 적합한 스레드를 배치한다.

앨더레이크(Alder Lake): 멀티코어 아키텍처를 재창조하는 앨더레이크는 새로운 인텔 스레드 디렉터를 탑재한 인텔 최초의 하이브리드 퍼포먼스 아키텍처가 될 것이다. 앨더레이크는 에피션트 코어와 퍼포먼스 코어의 조합을 특징으로 하는 인텔의 가장 지능적인 클라이언트 PC용 시스템-온-칩(SoC) 아키텍처로, 울트라 모바일 노트북부터 데스크톱까지 확장 가능하다. 아울러, 업계 최고의 입출력(I/O) 및 메모리로 업계 혁신을 주도한다. 앨더레이크는 올해 출하를 시작할 예정이다.

Xe 고성능그래픽(HPG) 및 알케미스트(Alchemist) SoC: 새로운 외장 그래픽 마이크로아키텍처는 게임 및 컨텐츠 제작 워크로드를 위한 성능에 맞춰 확장되도록 설계되었다. 

Xe HPG 마이크로아키텍처는 새로운 Xe -코어, 연산 중심의 프로그래밍 및 확장 기능 요소, 다이렉트X 12 얼티밋(DirectX 12 Ultimate)을 완벽하게 지원한다. Xe 코어에 내장된 뉴 매트릭스 엔진(New Matrix Engine) 혹은 XMX(Xe 매트릭스 익스텐션)은 고성능 및 고화질 게임을 가능하게 하는 새로운 업스케일링 기술인 Xe SS와 같은 인공지능 워크로드를 가속화한다. 과거 DG2라는 코드명으로 알려졌던 Xe HPG 기반의 알케미스트 SoC는 2022년 1분기 새로운 인텔 아크(Intel Arc)라는 브랜드로 출시될 예정이다.

사파이어 래피즈(Sapphire Rapids): 인텔의 퍼포먼스 코어와 새로운 가속 엔진을 결합한 사파이어 래피즈는 차세대 데이터센터 프로세서의 표준을 정립했다. 사파이어 래피즈 중심에는 인텔의 EMIB 패키징 기술과 고급 메시 아키텍처 덕분에 단일 CPU 인터페이스의 이점을 유지하면서 상당한 확장성을 제공하는 타일 방식의 모듈식 SoC 아키텍처가 포함되어 있다.

IPU(Infra Processing Unit, 인프라 처리 장치): 인텔은 인텔 최초 FPGA 기반 IPU 레퍼런스 플랫폼인 오크 스프링스 캐년(Oak Springs Canyon)과 코드명 마운트 에반스(Mount Evans)라는 인텔의 최초 전용 ASIC 기반 IPU를 공개했다. 클라우드 서비스 제공 기업(CSP)은 인텔 IPU 기반 아키텍처를 통해 인프라 작업을 CPU에서 IPU로 오프로드하여 데이터센터 수익을 극대화할 수 있다. 인프라 작업을 IPU로 오프로드 할 경우 클라우드 서비스 제공 기업은 서버 CPU의 100%를 고객에 임대할 수 있다.

Xe 고성능컴퓨팅(HPC), 폰테베키오(Ponte Vecchio): 인텔의 SoC 중 가장 복잡하면서 가장 성공적인 IDM 2.0 전략 사례인 폰테베키오는 여러 첨단 반도체 공정, 혁신적인 EMIB 멀티 다이 인터커넥트 기술 및 포베로스 3D 패키징을 활용했다. 인텔은 폰테베키오로 업계 최고의 FLOP와 컴퓨팅 밀도를 제공해 인공지능, 고성능컴퓨팅(HPC) 및 고급 분석 워크로드를 가속화하는 1,000억개의 트랜지스터가 탑재된 장치를 개발했다. 

인텔은 아키텍처 데이에서 폰테베키오가 이미 인기 있는 AI 벤치마크에서 추론 및 학습 처리량 부문에서 업계 최고 기록을 세우며 리더십을 보여주고 있다는 것을 공개했다. 인텔은 A0 실리콘이 이미 45 TFLOPS FP32 이상의 처리량, 초당 5TB 상당의 메모리 패브릭 대역폭 및 초당 2TB 이상의 연결 대역폭을 제공하는 것을 공개한 바 있다. 폰테베키오는 Xe 아키텍처와 마찬가지로 개방형 표준 기반 크로스 아키텍처 및 크로스 벤더 통합 소프트웨어 스택인 oneAPI를 통해 제공된다.

지난 한 해를 돌아보면, 기술은 우리 모두가 팬데믹 상황 속에서 소통하고, 일하고, 즐기며, 대처하는 방법의 핵심이었다. 엄청난 컴퓨팅 성능이 매우 중요한 요소로 떠올랐다. 2025년에는 잠재적으로 1,000배 이상의 컴퓨팅 수요가 예상되는 등, 앞으로 컴퓨팅에 대한 수요가 크게 증가할 것으로 예상된다.

아키텍트이기도 한 팻 겔싱어(Pat Gelsinger) 인텔 CEO는 아키텍처 데이에서 “우리는 혁신적인 아키텍처와 플랫폼을 통해서만 해결할 수 있는 컴퓨팅 과제에 직면하고 있다. 인텔의 재능 있는 아키텍트들과 엔지니어들이 이 모든 기술의 마법을 가능하게 했다”고 말했다.

전 세계는 아키텍트와 엔지니어들이 가장 어려운 컴퓨팅 문제를 해결하고 사람들의 삶을 풍요롭게 해줄 것으로 기대하고 있다. 이에 부응해, 인텔은 매우 빠른 속도로 전략과 계획을 실행해 나가고 있다.