메모리 컨트롤러가 뭔지 간략하게 설명을 해볼까 합니다

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11 메모리 컨트롤러가 뭔지 간략하게 설명을 해볼까 합니다 괴물 19 23198 2019.09.24 02:56

이걸 대체 어디서부터 설명을 해야 할지 막막하기도 하고... 일단 전기 분야의 전문 용어를 사용하면(저는 전기공학 전공자라 전기/전자/컴퓨터 분야의 용어가 생소하지는 않아서요) 읽는 분께 무슨 전기 상식 경연 대회를 여는 것 같기도 해서 어떻게 공학도가 아닌 분들이 읽어도 이해하게 만들 수 있을지 고민이 상당히 많았습니다. 하필 또 경쟁 구도를 가지고 있는(물론 인텔은 그렇게 생각하지는 않겠지만) 인텔과 어마디의 컨트롤러가 어떻게 다른지 대충 설명을 해달라 하시는데... 난감하기 이루 말할 수 없네요. 일단 두 회사의 제어 방식에 차이가 있으니, 언급은 뒤에서 하고, 아주 간략하게 이게 대체 뭘 하는 것인지에 대해서만 설명하도록 하겠습니다. 저장 장치는 매체 그 자체로는 자료를 읽고 쓸 수가 없습니다. 어떤 물리적인 특정 공간에 특정 자료가 들어있을 뿐이거든요(램, 캐시, 자기디스크, 플래시디스크 등등). 쉬운 예를 하나 들자면, 하드 디스크의 경우엔 플래터Platter라고 하는 자기 원판(圓板 : 원형 금속판)의 특정 위치에 특정 자기 배열로 데이터가 저장되어 있죠. 아무튼 이런 자료를 읽고 쓰려면, 이런 방식을 전부 알고 있으면서도 CPU의 요구에 맞게 필요한 위치에 자료를 쓰거나 읽을 수 있는 무언가가 필요하겠죠? 그 무언가를 컨트롤러라고 정의합니다.만약 CPU가 원하는 것이 [20x7821라는 주소에 711이라는 값을 기록하라Write.] 라는 건데... 근데 이걸 뭐? 어쩌라고? 난감하죠? 이런 일을 메모리 컨트롤러가 대신 처리해줍니다. 먼저 메모리 칩의 내부에서 저 주소에 어떻게 접근할 것인지를 '제어Control'하고, 그 다음에 원하는 값을 '쓰거나 읽게 하는 역할'을 합니다. 이게 전부냐고요? 사실 이게 전부예요. ㅎㅎ 조금 더 자세하게 설명하면, 우리가 사용하는 메모리라는 건 흔히 휘발성 메모리라고 하는데요, 아무 일도 안 하면(가만히 놔두면) 그냥 메모리 속의 자료가 증발합니다. 물론 범인은 제가 아닙니다. 원래 램의 특성이 이래요.이거 뭐... 아무튼 생각해보면 좀 황당하죠? 그래서 이러한 황당한 일이 발생하는 것을 방지하기 위해서 주기적으로 계속 메모리에 기록된 내용을 '갱신refresh'해주는데요, 그런 일 또한 메모리 컨트롤러의 임무입니다. 그리고 메모리가 동작하기에 '적당한 전압'을 공급해주는 것도 메모리 컨트롤러의 일 중 하나죠. 즉, 메모리와 관련된 각종 복잡한 것을 전부 담당하여 처리하고, CPU에서 주소랑 자료만 넘겨받으면 그와 관련된 일을 모조리 처리할 수 있는 그런 역할을 맡고 있다고 보시면 됩니다. 더 쉽게 예를 들자면... 도서관의 책꽂이에 책이 꽂혀 있는 상태를 그냥 메모리라고 한다면, 우리 사용자가 도서관에 가서 이런 책 찾아주세요! 혹은, 책을 반납했을 때 그 책이 있어야 할 위치에 꽂아주는 작업을 하는 '사서(司書)'를 일종의 컨트롤러라 생각할 수 있습니다. 물론 사서마다 능률이 다르겠죠. 책을 찾는 속도, 반납된 책을 다시 제자리에 꽂는 속도 등등... 뭐, 하드디스크 후면의 기판도 하드디스크 컨트롤러라 볼 수 있겠네요. SSD와 같이 복잡한 장치에서는 이런 컨트롤러 성능이 SSD의 성능을 좌우하기도 합니다(어디는 샌드포스 컨트롤러를 쓴다, 어디는 marvel 컨트롤러를 쓴다 등등). 심지어 달랑 단일 칩으로 구성되어있는 USB 메모리 조차도 내부는 플래시 저장 영역과 컨트롤러 부분으로 구분되어 있어요. 아... 그리고 노스브릿지;;이미 메인보드에서 찾을 수 없게 된 곳이라 길게 부연 설명을 하지 않겠습니다. CPU 회로 설계 효율이 점점 증가하면서 다이에 남는 공간이 생기게 되고, 그 공간에 노스브릿지North Bridge라고 불리던 컨트롤러(CPU, RAM, VGA, BIOS 등등을 제어하던)를 넣어 버립니다. 사실 가장 큰 이유는 각 버스와 CPU의 레이턴시를 줄이고 싶었기 때문인데... 쉽게 말하자면 성능 향상 때문이죠. 특히나 메모리와 CPU간의 데이터 교환과 같이 초고속 데이터 교환이 필요할 때는 CPU와 NB사이의 십수밀리미터mm 단위의 거리도 상당히 먼 거리입니다(ECC/REG 메모리가 그 단적인 예죠 - 슬롯 간의 간격을 교정합니다). 그래서 아예 같은 실리콘 위에 넣어서 수mm 정도의 거리로 만들어 성능을 대폭 향상시킵니다. 물론 예전에는 기술력의 한계로 구현이 아주 힘들었습니다. 이런 집적 기술을(펜티엄4 시절 기술 기준으로) 구현하자니 다이가 너무 커지고, 덩달아 불량률도 늘어나고(CPU의 불량률˚은 일반적으로 다이의 면적에 비례하죠), 쿨러의 열처리량도 늘어나게 됐죠.근데 이 어려운 걸 어마디 939소켓의 애슬론 아키텍처가 해냅니다. 754소켓에서는 꿈도 꾸지 못했던˚˚ 건데, 아무튼 당시에는 어마어마한 혁신이었죠. 프런트사이드버스FSB를 대신해서 하이퍼 어쩌구를 사용했던 걸로 기억하는데, 정확히 어떤 명칭이었는지 잊어버렸네요.아무튼 멀티코어 CPU에서 다이의 크기나 열처리용량에 여유가 생기자 이 컨트롤러라고 하는 것을 CPU의 다이 안에 함께 넣을 수 있게 되어 오늘날의 메모리 컨트롤러 내장형 CPU가 보편적으로 생산되게 됐다고 생각하시면 되겠습니다. 간단하게 쓴다고 썼는데도 상당히 길군요. 그다지 유퀘상퀘통퀘한 마무리는 아니지만 대충 여기까지 쓰고 끝내도록 하겠습니다.머릿속에 있던 것들을 갑자기 풀어내어 상당한 오류가 존재할 수 있습니다. 지적하실 내용이 있다면 댓글로 부탁드립니다. 그... 제조사끼리의 컨트롤러 비교는, 정말 죄송하지만 퀘이사존 내에서는 절대 취급하지 않겠습니다. 현재 DDR4가 JEDEC 표준인 시장 상황에서 한쪽에게 상당히 불리할 수밖에 없는 내용을 다루게 되는데, 그런 종류의 글을 불특정 다수가 열람하는 이런 공개적인 사이트에서 언급하는 것은 개인적으로 옳지 않다고 생각합니다. ※ 사실 메모리 컨트롤러의 다이 내장이나 L3 캐시의 신설 등 각종 대단한 기술은 대체로 어마디가 한참 먼저 시작했는데... 이 좋은 기술들을 잘 활용하지 못하고는 인텔에게 항상 뒤쳐지게 됐죠. 안타깝습니다. ˚ CPU의 불량률 : 대부분 수율을 오버클럭 마진으로 말씀하셔서, 정확한 말은 아니지만 불량률이라는 단어로 수정합니다. 원래 수율이라는 것은, '안정된 수율에서 제조하기에 성능 향상 폭 또한 높다.'와 같은 문장에서 정확한 의의가 있습니다. 이의 구도는 CPU에서도 마찬가지입니다. CPU도 수율에 예민한 부품입니다. 안정된 수율에서 제조한 CPU가 그만큼 오버클럭에 유리함이 수십년간 지속된 테스트에서 증명되었죠.˚˚ 소켓 : 메모리 컨트롤러가 CPU 내부로 진입한 게 마냥 좋은 것만은 아닙니다. 프로세서가 특정한 종류의 메모리만 인식할 수 있게 제한받을뿐만 아니라 새로운 메모리 기술을 지원하려면 칩 자체를 재설계해야 하는 부담을 안겨 줄 수 있습니다. 지금 어마디의 AM4의 소켓이 그렇죠. 메모리 컨트롤러를 바꾸려면 아키텍처의 설계를 처음부터 다시 해야 하고 소켓 또한 변경해야 해서 Gear-down 등을 이용해 상황을 개선하려 많은 노력을 하고 있죠. 모듈 인식률 재고와 IF 동기화에 필요한 클럭 등의 확보를 위해 메모리 타이밍을 희생하고 그로 인해 획득한 클럭으로 CPU와 소통하게 됩니다. 물론... 이것으로도 역부족인 게 현실입니다.

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