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인텔 12세대 코어 프로세서로 보는, 고성능 하이브리드 아키텍처

2021.11.25. 16:15:33
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인텔은 10년 만에 가장 큰 아키텍처의 변화를 통해 새롭게 설계한 고성능 하이브리드 아키텍처 기반 12세대 코어 프로세서를 발표했다. 


12세대 코어 프로세서는 인텔 7 공정(인텔 10nm 제조 공정, intel 10 nm Enhanced Super Fin)의 고성능 퍼포먼스 코어(P-Core)와 고효율 에피션트 코어(E-Core)를 기반으로 하는 하이브리드 아키텍처다. 


하이브리드 아키텍처는 스몰 코어와 빅 코어를 조합해 컴퓨팅 성능을 향상한 빅리틀 구조로 최신 공정과 물리 코어 확장의 한계를 보완하고 최신 멀티 스레드 작업에서 더 높은 성능을 제공하는 것이 특징이다.



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새롭게 창조한 멀티코어 아키텍처, 인텔 12세대 코어 프로세서


인텔의 이러한 전환은 인공지능(AI)과 같은 최신 기술이 도입으로 컴퓨팅 성능이 요구되는 환경에 보다 민첩하게 대응 가능해졌으나 세대를 거듭하면서 안정화된 모바일 환경과 달리 x86 프로세서는 처음 시도된 만큼 최적화에 어려움이 있을 것으로 예상된다.


따라서 12세대 코어 프로세서는 하드웨어의 정밀한 설계도 필요하지만 이와 함께 이를 지원하는 운영체제(OS)나 소프트웨어, 메인보드 바이오스(BIOS), 게임 등 전반의 최적화가 성능에 큰 영향 받을 것은 자명하다.



12세대 코어 프로세서, P 코어와 E 코어의 하이브리드 아키텍처



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10년 만에 가장 큰 변화, 고성능 하이브리드 아키텍처


인텔 12세대 코어 프로세서는 고성능 빅 코어를 이어받는 퍼포먼스 코어(Performance Core, P 코어, P-Core)와 고효율 스몰 코어를 이어받는 에피션트 코어(Efficient Core, E 코어E-Core) 조합의 하이브리드 아키텍처를 데스크탑에 처음으로 도입한 프로세서로 10년 만의 가장 큰 아키텍처의 변화가 이루어졌다. 


P 코어와 E 코어, 여기에 OS 스케쥴러에만 의존하지 않고 별도의 인텔 스레드 디렉터(Intel Thread Dirctor)로 불리는 인텔리전스(AI) 기능을 도입했다. 이들의 조합을 통해 가벼운 작업 또는 무거운 작업 등 사용하는 작업을 효율적으로 배치하고 처리해 작업의 효율을 높일 수 있도록 해준다.


기본적으로 E 코어에는 병목 현상이 적고 상대적으로 성능을 덜 필요로 하는 컴퓨팅 연산 위주로 배치되고 AVX/ AVX2 연산 등 보다 무거운 연산은 P 코어에 우선 배치하고 이 외의 작업도 P 코어에 우선 할당한다. 모든 작업을 P 코어와 E 코어에 할당할 수도 있으며 높은 연산이 필요한 멀티 스레드 처리 등에는 모두 할당되어 작업을 처리한다.



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인텔 12세대 코어 프로세서에 최적화, MS 윈도우 11(Windows 11)


12세대 코어 프로세서의 하이브리드 아키텍처는 P 코어와 E 코어를 작업에 얼마나 효율적으로 배치하고 처리할 수 있는지가 핵심이다. 다만 인텔은 12세대 코어 프로세서를 MS 윈도우 11(Windows 11) OS 출시에 맞춰 최적화하고 작업을 처리할 수 있도록 협력하고 있다. 이에 반해 윈도우 10은 스레드 디렉터 등 새로운 하이브리드 아키텍처가 등장하기 전의 운영체제로 12세대 코어 프로세서의 최대 성능을 기대하기 어려울 수도 있다.


이에 P 코어와 E 코어, 인텔 스레드 디렉터를 운영체제(OS)에서 얼마나 최적화가 이루어졌는지가 성능에 영향을 줄 수 있다. 그만큼 인텔 12세대 코어 프로세서와 윈도우 11(Windows 11) 및 윈도우 10(Windows 10) 운영체제 사이의 최적화는 중요하다.



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Advanced > CPU Configuration > Active Performance Cores > 0 선택


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코어 i9 12900K P코어와 E 코어 On(좌)/ P 코어 On과 E 코어 Off 


이러한 아키텍처 변화를 살펴보기 위해 P 코어는 고정되어 끌 수 없지만 E 코어 비활성화를 통해 교체된 하이브리드 아키텍처의 변화를 살펴볼 수 있다. 메인보드 제조사마다 약간의 차이는 있겠지만 ASUS ROG MAXIMUS Z690 APEX 기준으로 Advanced > CPU Configuration > Active Performance Cores > 0을 선택하면 E 코어를 비활성화하고 P 코어만 사용할 수 있게 된다.


각 코어의 순수한 성능 역할을 알기 위해서는 두 코어를 각각 끌 수 있어야 하지만 하이브리드 아키텍처 구조상 P 코어는 유지가 되고 E 코어만을 끌 수 있다. 따라서 E 코어만을 끄고 모든 코어가 활성화 되었을 때와의 비교를 통해 E 코어가 성능에 기여하는 부분을 살펴볼 수 있다.



인텔 하이브리드 아키텍처, 각 코어의 영향력은? 


인텔 12세대 코어 프로세서 코드명 앨더 레이크(Alder Lake)는 고성능의 코브 시리즈로 2019년 등장해 11세대 코어 프로세서에 사용된 서니 코브(Sunny Cove)와 윌로우 코브(Willow Cov)를 이어 2021년 골든 코브(Golden Cov)로 이어진다. 저전력의 몬트 시리즈는 2019년 등장한 트레 몬트(Tre Mont)에서 2021년 그레이스 몬트(Grace Mont)로 이어지며 앨더레이크는 코브 시리즈와 몬트 시리즈를 조합해 최적의 퍼포먼스 하이브리드 아키텍처를 구성한다.


인텔은 E 코어인 그레이스몬트의 IPC가 스카이레이크(Skylake)급으로 소개하고 있지만 주로 가벼운 노트북 등에 사용해온 아톰 프로세서에 사용해온 아키텍처가 데스크탑용 프로세서의 성능을 따라잡았다고 보기는 쉽지 않아 보인다. 하이브리드 아키텍처 구조상 P 코어는 유지가 되는 만큼 E 코어를 끄고 E 코어가 성능에 어느 정도 기여하고 있는지를 통해 최적화를 통해 앞으로의 최적화 가능성을 가늠해볼 수 있다.


이번 테스트는 이러한 P 코어와 E 코어의 사이의 관계와 영향력을 살펴보기 위해 E 코어 비활성화를 통해 E 코어가 MS 윈도우 10과 윈도우 11 환경에서의 성능을 살펴봤다.



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인텔 12세대 코어 i9 12900K/ ASUS ROG MAXIMUS Z690 APEX 인텍앤컴퍼니


인텔 데스크탑용 12세대 코어 프로세서 테스트에는 코어 i9 12900K(3.2GHz) CPU와 ASUS ROG MAXIMUS Z690 APEX(Z690) 메인보드 SK하이닉스 DDR5-4800 16GB x 2, 메모리 클럭은 DDR5-4800MHz(CL40-39-39-76-115-2T, 1.25v), 그래픽카드는 엔비디아(NVIDIA) 지포스 RTX 3090 FE(Founders Edition) 24GB, ASUS Thor 850W Platinum, 쿨러는 NZXT Kraken Z73 일체형 수냉 쿨러, Intel 칩셋 드라이버 v10.1.18838.8284, 지포스 게임 레디(GeForce Game Ready) 496.61 Hotfix 드라이버, MS 윈도우 11 Pro K 64bit 21H2(빌드 22000.282)를 이용했다.



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앞서 P 코어와 E 코어, 인텔 스레드 디렉터로 구성된 하이브리드 아키텍처의 최적화는 인텔 12세대 코어 프로세서의 성능 향상 가능성을 좌우하는 만큼 중요하다. 현재 구조상 P 코어 단독 테스트는 어려운 만큼 E 코어를 켜고 껐을 때의 성능을 통해 하이브리드 아키텍처에서 E 코어의 기여도를 살펴볼 수 있는 결과다.


인텔 12세대 코어 프로세서의 최상위 CPU인 코어 i9 12900K를 이용해 윈도우 11과 윈도우 10 64bit의 각각 환경에서 P 코어와 E 코어를 모두 켰을 때와 E 코어만 비활성화하고 비교한 결과 윈도우 11은 윈도우 10 환경 대비 E 코어의 활용도가 높은 것을 알 수 있어 MS와의 협력으로 최적화가 더 잘 이루어진 것으로 보인다. 반면 윈도우 10 환경은 상대적으로 최적화에 차이가 있으며 렌더링과 미디어(트랜스코딩), 파일 압축 등의 일반적인 작업에서 게임 대비 E 코어의 기여도가 높아 효과가 큰 편이다. 


게임에서는 평균적으로 E 코어 기여도는 윈도우 11 환경이 조금 더 유리한 것으로 나타났지만 일부 게임은 윈도우 10에서 더 유리한 것으로 나타나기도 했다. 전반적인 게임 최적화는 윈도우 11의 손을 들어줄 수 있지만 게임에 따라서는 그 차이가 적어 차후 윈도우 10과 게임, 소프트웨어 등의 최적화가 이루어진다면 윈도우 10 환경에서도 사용에 큰 무리는 없을 것으로 예상된다.



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이번에는 게임 9종을 윈도우 11과 윈도우 10 환경에서 비교했는데 대부분의 패키지 게임에서는 프레임 차이가 적어 성능 격차가 크지 않은 것으로 나타났다. 반면 온라인 기반의 게임과 싱글 코어를 위주로 사용하는 스타크래프트 2(StarCraft 2)와 같은 게임에서는 프레임 차이가 제법 나타나 최적화가 더 필요한 것으로 보인다. 유비소프트(Ubisoft) 게임인 어쌔신 크리드 발할라와 와치 독스 리전은 공통적으로 윈도우 10 환경에서는 모든 코어 사용시 게임 크래시로 실행이 어려웠지만 E 코어를 끄자 정상적으로 플레이가 가능해져 윈도우 10과 게임 호환성 개선이 필요해 보였다. 


결과적으로 PC 기반 패키지 게임에서는 E 코어 활용도가 크게 높지 않았으나 온라인에서는 전반적으로 그 비중이 높아지는 것으로 보여 앞으로 윈도우 운영체제와 게임 호환성, P 코어와 E 코어, 인텔 스레드 디렉터 최적화가 더해진다면 게임 성능 향상도 기대할 수 있을 것으로 예상된다.



12세대 코어 프로세서, 하이브리드 아키텍처 최적화가 관건


10년 만의 가장 큰 아키텍처적인 변화가 이루어진 인텔 12세대 코어 프로세서는 고성능과 고효율의 하이브리드 아키텍처를 적용해 그동안 정체되었던 성능 향상을 이루어냈다.

퍼포먼스 코어(P Core)와 에피션트 코어(E Core), 인텔 스레드 디렉터, IPC 개선과 내부 재배치와 효율화는 성능과 전력 효율, MS와 협업을 통해 윈도우 11과 보다 최적화된 성능을 구현했으며 기존 x86 프로세서와 다른 방향성을 통해 12세대 코어 프로세서는 새로운 시대를 여는 CPU가 됐다.


이러한 변화에도 불구하고 데스크탑에 처음 도입한 고성능 하이브리드 아키텍처는 운영체제(OS)부터 소프트웨어, 게임에 이르기까지 다양한 과제들도 남아있다. 이제 출시한 윈도우 11보다 더 많은 사용자를 보유한 윈도우 10 최적화, 개발자들과의 협업을 통해 소프트웨어와 게임 최적화 역시 성능과 호환성을 위해 중요한 부분이다.



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인텔 12세대 코어 프로세서, 운영체제와 게임 및 소프트웨어 최적화가 중요


이와 함께 차세대 PCIe 5.0와 DDR5 메모리 지원, 그에 따라 새로 도입한 LGA 1700 소켓 적용으로 600 시리즈 메인보드가 필요하다. 가장 먼저 등장한 Z690 메인보드를 비롯하여 앞으로 등장할 새로운 600 시리즈 메인보드를 통한 대중화도 인텔 12세대 코어 프로세서가 풀어 가야할 숙제다.


운영체제(OS)와 소프트웨어, 게임 최적화 외에도 PCIe 5.0 활용이나 초기 진입으로 높은 가격을 형성하고 있는 DDR5 메모리와 Z690 메인보드는 대중화를 어렵게 만들고 있다. 출시 초기인 만큼 당분간은 변화가 쉽지 않겠지만 내년 초 더 많은 12세대 코어 프로세서가 등장할 것으로 알려졌고 메인스트림 B660과 같은 600 시리즈 칩셋이 등장하면 시장의 상황은 점차 개선될 것으로 예상된다.

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