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로켓 레이크 IPC 19% 향상, 인텔 코어 i7 11700K은 약속을 지켰을까?

2021.04.02. 14:09:29
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인텔의 11세대 데스크탑 코어 프로세서, 코드명 로켓 레이크가 출시됐다. 이 기사가 오픈 되는 시점에 맞춰 로켓 레이크와 관련된 모든 것이 일반에 공개되고 정식 판매도 시작된다.

예약 주문을 접수한 소비자들은 빠르면 내일부터 11세대 데스크탑 코어 프로세서를 받아보게 될 것인데 지금부터 로켓 레이크와 관련된 궁금증 들을 하나씩 풀어볼까 한다.

로켓 레이크에 적용된 사이프레스 코브 아키텍처의 자세한 정보 부터 실질적인 성능 향상과 소비전력, 발열까지 많은 이들이 궁금해하는 모든 것들을 최대한 자세히 다뤄볼 생각이다.

 

로켓 레이크, 무엇이 달라졌나

11세대 데스크탑 코어 프로세서에는 사이프레스 코브라는 새로운 마이크로아키텍처로 만들어졌다. 스카이레이크 이후 큰 변화 없이 이어 오던 데스크탑 코어 프로세서의 마이크로아키텍처를 상당 부분 개선한 것이 사이프레스 코브다.

다만, 이미 모바일 시장에 투입했던 10세대 코어 프로세서의 서니 코브를 가져다가 변경한 것이 사이프레스 코브라서 새롭게 개발된 마이크로아키텍처라고 보긴 어렵다.

자세한 자료는 없지만 서니 코브를 그대로 가져와서 이름만 바꿨다고 보는 것이 맞을 듯한데 대신 PCIe를 4.0으로 업그레이드 하고 Gen12에 해당 되는 Xe GPU로 업그레이드 한 것이 로켓 레이크의 실체라 할 수 있다.

어째거나 데스크탑 프로세서로는 많은 부분에 변화가 있는 것은 사실인 만큼 그 변화를 차례대로 설명해볼까 한다.

가장 먼저 살펴볼 부분은 CPU 코어, 사이프레스 코브다.

앞서 말했듯이 사이프레스 코브는 서니 코브나 마찬가지라서 코멧 레이크에 적용된 CPU 코어와 서니 코브의 차이로 설명할까 하는데 그 변화에서 가장 많은 부분을 차지하는 것이 양적 증가다.

CPU 코어에서 양적 증가는 모든 부분에 해당 된다. 계산을 하는 유닛이 증가하고 데이터를 전달하고 임시로 저장하는 공간 등 모든 부분이 확장됐다.

L1 데이터 캐쉬만 하더라도 32 KiB였던 것이 48 KiB로 1.5배 향상 됐고 그 보다 큰 용량을 제공하던 L2 캐쉬도 256 KiB에서 512 KiB로 2배 확장 됐다. 여기에 더해 프론트 앤드 단의 uOP 캐쉬가 기존 1536에서 2250으로 1.5배 증가 됐고 ITLB도 8개 엔트리에서 16개로 2배 확장됐다.

이렇게 확장된 캐쉬와 프론트 앤드 단에 맞춰 작업을 전달하는 백 앤드 단도 4 웨이 구조에서 5 웨이로 확장 됐으며 스케줄러의 디스패치 구조를 8웨이에서 10웨이로 확장해 동시에 처리할 수 있는 작업량을 크게 확장한 것이 서니 코브, 아니 사이프레스 코브의 변화이다.

지금까지 정리한 변화를 간단히 말한 것이 양적 증가이고 이를 통해 인텔이 얻어낸 변화가 IPC 19% 증가라고 할 수 있다.

이외에도 AVX-512가 추가되어 이를 지원하는 작업에서 보다 빠른 처리가 가능해 졌지만 AVX2에서도 이미 경험 했듯이 AVX-512를 지원하는 작업 환경이 매우 제한적이라서 일반 사용자에게는 그렇게 큰 의미는 없다.

오히려 10nm 공정에 사용할 목적으로 개발된 서니 코브를 14nm 공정으로 백포트 했기에 소비 전력이나 발열에 대한 우려가 많은 상황이다. 성능은 좋아졌을지 몰라도 14nm의 한계를 극복할 수 있겠냐는 지적인데 그에 대한 결과도 글을 이어가며 정리할 생각이다. 

 

8코어 16스레드 주력 모델, 인텔 코어 i7 11700K

사이프레스 코브로 만들어 낸 11세대 데스크탑 코어 프로세서는 8 코어가 최상이다. 10코어까지 확장했던 코멧 레이크와 비교하면 도무지 이해가 가지 않는 구성이다.

IPC가 크게 증가 했으니 8 코어면 충분하다고 말할 수도 있겠지만 이미 10코어를 경험해 본 소비자들 입장에선 이런 선택을 납득하기 어려운 게 사실이다. 특히, i7과 i9을 똑같이 8코어로 만들어 놓고 둘 다 K 시리즈를 투입 했으니 더더욱 i9에 대한 메리트가 떨어질 수 밖에 없다.

그런 이유로 11세대 데스크탑 코어 프로세서의 8코어 주력 모델은 코어 i7 11700K가 KF가 될 수 밖에 없을 전망이다. 올 코어 부스트 클럭도 0.1GHz 차이 뿐인데다 베이스 클럭은 오히려 코어 i7 11700K가 0.1GHz 높아 140달러나 더 비싼 코어 i9 11900K에 더 투자할 가치는 없을 듯 하다.

단, 오버클럭에선 그 만한 비용을 투자해야 할 듯 한데 그 이유는 글을 이어가며 설명하겠다.

 

로켓 레이크 vs 코멧 레이크, 아키텍처 성능을 검증하자

실질적으로는 스카이레이크와 서니 코브의 비교가 될 10세대 데스크탑 코어 프로세서와 11세대 코어 프로세서의 성능 차이는 아키텍처 검증을 먼저 했다. CPU 성능을 결정짓는 두 가지 요소 중 어느 한 부분을 동일하게 맞춰 순수 아키텍처 변화만을 확인해 보는 것이다.

이를 위해 10세대 데스크탑 코어 프로세서의 대표 제품으로 코어 i7 10700KF를 선택했고 11세대 코어 프로세서로는 세대 교체 모델인 코어 i7 11700K를 선택했다.

테스트 조건을 맞추기 위해 두 프로세서의 동작 클럭은 모든 조건에서 4.7GHz로 돌아가게 만들었으며 PL1과 PL2로 인한 쓰로틀 제어를 해제하여 순수 성능 검증에 영향이 없게 만들었다.

테스트 시스템에는 ASUS 막시무스 XIII 히어로와 CL17-18-18-38로 동작하는 DDR4 3200 8GB 메모리를 듀얼 채널로 조합했으며 그래픽카드로는 엔비디아의 지포스 RTX 3080 FE를 사용했다.

그렇게 테스트 후 확인된 것이 위 테이블 이다.

결과를 보면 알겠지만 로켓 레이크는 스카이레이크의 마지막이었던 코멧 레이크 보다 거의 모든 부분에서 앞선 것으로 나타났는데 종합 계산 능력을 평가하는 긱벤치 5.4에선 싱글 코어 차이가 무려 26.7%나 개선 됐다.

마찬가지로 싱글 코어 성능을 평가한 시네벤치 R23 역시 17.2%라는 상당한 결과가 나타났는데 CPU 자원을 모두 사용하지 않는 게임 환경 역시 상당히 의미 있는 결과들을 확인할 수 있어 성능 하나 만큼은 인텔의 주장이 헛된 것은 아닌 것으로 판단됐다.

사이버펑크2077 처럼 오차 범위 내에서 프레임이 하락한 경우도 있었지만 이는 극히 일부에서만 발생할 뿐 전반적인 성능 향상은 사실로 인정하는 것이 맞을 듯 싶다. 

 

메모리 이슈, 현실은?

앞서 소개하지 않았지만 로켓 레이크가 출시되기 전 메모리 서브 시스템에 문제가 있다는 주장이 제기된 적 있다. 아난드테크라는 신뢰할 수 있는 매체 기사라서 이에 대한 우려가 많았던 게 사실이다.

그래서 이 문제의 원인과 해법을 찾아보기로 했는데 결과부터 이야기하면 NB 클럭 때문이다.

11세대 데스크탑 코어 프로세서인 로켓 레이크는 NB 클럭이 낮아졌다. 10세대까지 적용된 4.3GHz가 아닌 4.1GHz가 최고다. 클럭도 유동적이라 4.3GHz로 고정된 코멧 레이크 보다 나은 조건이 아닌 게 분명하다.

여기에 더해 L1과 L2 캐시 자체 타이밍까지 변경되면서 전반적인 메모리 서브 시스템의 지연 시간 증가로 이어진 것으로 판단된다.

하지만, 일부 증가된 지연 시간과 달리 실질적인 대역폭은 모든 부분에서 크게 증가해 지연 시간 증가로 인한 성능 저하는 걱정하지 않아도 된다.

지연 시간이 걱정된다면 코멧 레이크 처럼 NB 클럭을 4.3GHz로 조정하면 떨어졌던 L3 캐시 대역폭을 복구하고 지연 시간도 개선할 수 있다. 성능도 그 만큼 올라간다.

로켓 레이크에는 메모리 컨트롤러 클럭을 절반으로 낮추는 기능도 추가됐다. Gear1과 Gear2로 알려진 이 옵션은 메모리 속도와 컨트롤러 속도를 동기화 했던 Gear1에 컨트롤러 속도를 절반으로 낮춘 Gear2를 추가함으로써 앞으로 등장할 더 빠른 메모리 모듈을 정상적으로 지원하기 위해 추가 된 기능이다.

하지만, 이 기능을 사용하면 Gear1 대비 지연 시간이 증가하고 실질적인 메모리 대역폭도 하락하기 때문에 극한의 오버클럭에 도전하지 않는 이상 실사용은 하지 않는 것이 좋다.

 

소비 전력과 온도, 14nm 한계는 어쩔 수 없다

결론부터 말하겠다.

로켓 레이크는 14nm 공정의 한계를 뛰어 넘지 못했다. 사이프레스 코브로 성능을 향상시켰지만 그 만큼 더 많은 전력을 소모하고 발열도 더 심하다.

양적 증가가 핵심인 사이프레스 코브는 코어 당 투입되는 트랜지스터가 증가할 수 밖에 없고 그로 인한 소비전력과 발열 증가는 당연한 것이니 놀랄 일은 아니지만 그래도 기대했던 이들에겐 실망적인 소식일 수 밖에 없다.

좀 더 구체적으로 비교하면 Idle 상태에선 2.4배, 풀 로드 상태에선 1.5배 가까이 소비전력이 증가한다. 발열도 10~15%는 더 올라가게 되는데 소비 전력 보다는 증가폭이 상대적으로 적긴 하지만 그래도 무시할 수 있는 수준을 벗어난 건 사실이다.

이러한 변화에는 트랜지스터 카운트 외에 전압 증가가 한 몫 한 것으로 판단되는데 실제 인가되는 전압이 0.1v 이상 증가했다. 1.2~1.3v 사이를 오가며 비교적 낮은 전압을 유지했던 코멧 레이크와 달리 1.3v는 기본이고 1.4v도 쉽게 넘나드는 것이 로켓 레이크다.

지금까지 1.4v는 오버클럭이 아닌 이상 잘 쓰지 않는 전압이었는데 로켓 레이크 부터는 이게 기본인 시대가 됐다. 10nm 기반으로 설계한 서니 코브를 백포팅 했으니 지금으로썬 어쩔 수 없는 결과라고 이해할 수 밖에 없다.

그나마 다행이라면 일체형 수냉이 일반화 된 시기라 실 사용에 지장은 없을 전망이다.  

 

PL1과 PL2 설정 변경한 인텔

인텔은 이미 여러 단계의 쓰로틀 시스템을 사용하고 있다. 인텔이 정한 한계 기준을 넘어서면 CPU 속도를 강제로 낮추는 것이 이 쓰로틀 시스템의 핵심이다. 그 중에서도 PL1과 PL2는 가장 발생 빈도가 높은 소비 전력 기준에 해당 되는데 인텔이 로켓 레이크 부터 이 기준을 변경했다.

앞서 공개된 Power Delivery 데이터에는 PL1와 PL2 차이가 거의 없고 지속 시간도 동일한 것으로 나왔지만 실제 지속 시간은 로켓 레이크가 더 길었다.

이러한 결과는 XTU에서 스트레스 테스트만 돌려봐도 알 수 있는데 AVX2와 AXV-512 항목 모두 시작한지 72초가 지나서야 Power Limit이 작동했다. 코멧 레이크였던 코어 i7 10700K는 정확하게 56초 이후 Power Limit이 작동해 모델에 따라 공식 자료와는 다른 셋팅이 적용된 것으로 판단된다.

이런 셋팅 덕분에 로켓 레이크인 코어 i7 11700K는 Power Limit 없이 시네벤치 R23 테스트를 통과할 수 있었고 코어 i7 10700K에서만 쓰로틀이 발생했다.

 

로켓 레이크 오버클럭, 기대를 접자

로켓 레이크로 오버클럭은 기대하지 않는 것이 좋다. 적어도 우리가 알고 있는 오버클럭 기준으로는 말이다. 프라임95나 링스, OCCT 같은 스트레스 테스트를 통과하는 기준으로 오버클럭을 도전한다면 로켓 레이크는 답이 아니다.

물론, 그 만큼의 발열을 감당할 수 있는 준비가 됐다면 로켓 레이크는 이전 세대 보다 더 높은 클럭을 달성할 수도 있을 것이다.

이미 6.5GHz를 넘어 7GHz를 달성했다는 소식도 있었으니 LN2를 사용하는 하드코어 오버클러커들에겐 오히려 환영 받을 만한 제품일 수 있다. 실리콘 특성이 고전압에 더 유리한 것 같기도 하고 TjMax도 95도가 아닌 105도로 상승 했으니 말이다.

하지만, 일체형 수냉을 사용하는 일반적인 오버클럭 환경이라면 4.7GHz 만으로도 감당하지 못할 수준이기에 스트레스 테스트를 통과하는 오버클럭은 포기하는 것이 좋다.

필자가 사용한 코어 i7 11700K만 하더라도 4.7GHz에 기본 전압으로 링스에서 100도를 찍었다. 다행히 오류는 없었지만 100도 라는 온도를 감당할 일체형 수냉 쿨러가 있을지 의문이다.

 

현재 할 수 있는 최선이 로켓 레이크

이번 세대 교체는 인텔 입장에서 할 수 있는 모든 수단을 동원한 것이다. 14nm 공정 문제는 당장 해결 방법이 있는 것도 아니니 성능이라도 경쟁력을 확보하자는 목표에 충실한 것이 로켓 레이크라는 결과로 이어진 것이다.

받아 들이는 입장에 따라 100% 만족할 만한 결과가 아닐 수도 있지만 그 동안의 세대 교체와 비교하면 확실히 개선폭이 커진 건 사실이다. 모바일에서 성능 검증이 끝난 서니 코브를 데스크탑으로 가져 왔으니 당연한 결과겠지만 말이다.

어째거나 성능에 목마른 인텔 입장에선 로켓 레이크 덕분에 한숨은 놓을 수 있게 된 것 같은데 여전히 발목을 잡고 있는 14nm 한계를 어떻게 풀어갈 지가 11세대 코어 프로세서의 승패를 결정짓게 되지 않을까 생각된다.

실사용 환경에서라면 로켓 레이크의 소비 전력과 발열이 감당하지 못할 수준도 아니고 성능 향상은 확실하니 충분히 메리트 있는 것도 사실이지만 소비 전력과 발열 증가를 이해시키기가 쉽지 않을 듯 하다.

특히, 오버클럭에 기대해 왔던 이들에겐 기능 추가 만으로는 그들의 실망감을 상쇄시키기 어렵지 않을까 한다.

위 테스트 결과는 코어 i7 11700K를 오버클럭하지 않은 순정 상태에서 이전 세대와의 차이를 비교한 것이다. 보면 알겠지만 코어 i7 11700K는 거의 모든 부분에서 코어 i7 10700K 보다 나은 결과를 제공 했으며 게임에서도 최대 10.2%까지 증가한 Fps를 경험할 수 있게 만들어 줬다.



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