인텔 CPU 이슈 분석: 전압 보정과 LLC

CPU/메인보드/램 게시판 - 젠4 라이젠 7000 vs. 14세대 랩터레이크 리프레시

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26 인텔 CPU 이슈 분석: 전압 보정과 LLC 그런말하지말아요 25 6415 2024.05.01 22:19

중국쪽 포럼에서 한 유저가 되게 디테일하게 이번 이슈에 대한 원인 분석을 진행했습니다. 그런데 중국어라 번역기 돌려가면서 씨름하면서 읽어본 탓에, 제가 이해한게 잘못되었을 수도 있습니다. 관련 엔지니어나 다른 지식인분이 더 나은 번역/인사이트를 제공해줄 수도 있습니다!  <a href="https://nga.178.com/read.php?tid=38739235&rand=280" target="_blank">https://nga.178.com/read.php?tid=38739235&rand=280</a><a href="https://nga.178.com/read.php?tid=38739235&rand=280" target="_blank"></a> 해당 내용(적어도 제가 이해한 바에 따르면) 이번 이슈의 원인은 CPU 전압 컨트롤와 LLC(Load Line Calibration)부터 시작합니다. 무부하(idle) 상태에서 부하(Load) 상태로 넘어갈때 이상적인 상황은 idle → load로 바뀌자마자 CPU 전압/전류 컨트롤이 그에 맞춰 바뀌는 것입니다. 하지만 부하 시작과 동시에 그럴일은 현실에 없고, 전원부(VRM)의 레이턴시는 항상 존재하기 때문에 순간적인 전압 강하(undershot)가 존재할 수밖에 없습니다. 마찬가지로 부하가 끝나고 무부하로 되는 Load → idle 전환시에도 레이턴시가 존재할 수 밖에 없어 부하가 없음에도 CPU에 높은 전압/전류가 공급되는 overshoot 현상이 존재합니다. <img src="https://img2.quasarzone.com/editor/2024/05/01/85c788d3cb1c47fdcfd2e9c7c7e95cb8.png" alt="퀘이사존"> 9900K 오실로스코프 예시 이를 해결하기 위해 CPU는 "아 이런 부하가 들어오겠구나"를 예측하기도 하여 VID를 미리 높게 요청합니다. VID는 CPU가 시스템에 이 정도 전압이 필요하다고 요청하는 전압입니다. 또는 전원부의 성능 자체를 높여 이 전압 강하/상승에 대응합니다. 또한 VID를 높여 애초에 전압이 떨어져도 문제가 없게끔 전압을 높이는 것도 도움은 되나 결국 실제 인가되는 전압을 높기에 되어 불필요하게 발열/소비전력을 높이는 원인이 됩니다 보통 높은 전압보다는 낮은 전압(언더슈트)가 시스템 안정성을 해치기 때문에 전압 상승보다는 전압 강하를 막는데 좀 더 포커스를 둡니다. 전반적으로 CPU 안정성을 확보하면서 발열을 낮추기 위해 Vdroop이란 매커니즘이 도입되었습니다. mOhm 단위의 이 값은 VRM의 로드라인 저항 값을 사용해 실제 전류를 기반으로 전압 목표 값을 줄이는 방식입니다.  <img src="https://img2.quasarzone.com/editor/2024/05/01/e5820e976a93c2a1507b5c60685ab282.png" alt="퀘이사존">VID = 1.1V 이고 ACLL 및 VRMLL은 0일때 (이론상 그래프) <img src="https://img2.quasarzone.com/editor/2024/05/01/505c841f2755f4383b5e6af4ed27c38f.png" alt="퀘이사존">VID = 1.1V 이고 ACLL = 0, VRMLL = 0.5일때 (이론상 그래프) VRMLL 개념을 도입함으로써 없을 때보다 부하시 전압을 50mV 낮추고, 오버슈트/언더슈트 모두 없을때보다 완화하는 상황이 나옵니다. 그럼 이 LL 값을 계속해서 높이면 되겠네요? <img src="https://img2.quasarzone.com/editor/2024/05/01/9fb3084d4a9f3945dd836abe38ba5792.png" alt="퀘이사존"> <img src="https://img2.quasarzone.com/editor/2024/05/01/5da62b396b61556468d66d167821bfc4.png" alt="퀘이사존"> VRMLL 값을 높이면 오버슈트/언더슈트 문제를 완전히 해결할 수 있을 것으로 보이지만, 무부하(idle)시에는 불필요하게 VID 전압이 높아지게 됩니다. 이를 해결하기 위해 ACLL이란 개념이 도입되었습니다. 앞서 잠깐 설명했듯이 CPU가 "앞으로 부하가 생기겠구나" 예측하고 미리 VID를 높여 언더슈트를 방지하고, 오버슈트는 가능한 낮게 하는 것입니다. <img src="https://img2.quasarzone.com/editor/2024/05/01/19563a1c27a26b1405e5ac3b94dc968e.png" alt="퀘이사존"> <img src="https://img2.quasarzone.com/editor/2024/05/01/f45c7824f259225c34f3516264140b0b.png" alt="퀘이사존"> 오케이 그래서 뭐가 문제라는거냐? 하면 이 방식에는 한계가 있기 때문입니다. 원 글에서 제시한 한계는1. 이론 모델과 다르게 현실에서는 CPU가 완벽하게 예측할 수 없으며, 예측과 실제 값은 항상 다르다.2. 하이브리드 구조에서 서로 다른 전류를 요구하는 상황에서 인텔은 예측 값을 다르게 설정해두지 않았다.3. E코어의 전류 값이 예상보다 훨씬 더 높다. (여기는 퀘존에 글 적고 있는 저의 의견) 이런 상황에서 보드사가 기본적으로 전류 제한을 다 풀어버리면서 예측보다 더 큰 전류 변화, VID 변화가 생기고 허용 범위(threshold) 보다 과한 전압 강하/상승이 발생한게 원인이지 않을까 싶습니다. 원 글에서는 보드에서 LLC(Load Line Calibration)을 조정함으로서 어느정도 완화 할 수 있을 것으로 예상했습니다. 그렇지만 원 글에서는 2번이 가장 큰 책임이라고 지적했습니다. 저도 그렇게 보는것이, 하이브리드 구조고 아키텍쳐(uArch)도 다른데 전압/전류 관련 최적화를 별도로 안하고 그냥 한 값으로 퉁쳤다는거잖아요? 사실상 인텔이 설계를 제대로 안하고 방관한 책임이 있다고 보여집니다. 다만 보드쪽에서 IccMax까지 풀어버리는 등 인텔 공식 가이드라인을 벗어난 값을 default로 적용하는 듯, 보드사의 책임이 완전히 없다고 생각은 안들게 되었습니다. 적어도 무고한 피해자는 아니라는거로 생각이 바뀌었네요. (그렇지만 인텔이 PL값을 걸고 넘어진건 진짜 아닌 것 같습니다;;) 굳이 과실 비율을 따진다면 인텔:보드사 해서 9:1이나 8:2 정도가 아닐까 싶습니다. 인텔이 공개 성명문을 이번달에 발표한다고 했으니 좀 더 지켜봐야겠네요. 이슈가 불거지면서 여러 가설, 분석, 추측 글을 보고 저도 여러 생각이 듭니다. 퀘존을 비롯해 여러 유저들의 글을 보면서 오늘도 여러 배워가는 것 같네요.

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