12 AMD Zen 3 관련 각종 Q&A

포시포시
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2020.10.17 14:44

최근 AMD는 Zen 3 아키텍쳐 기반의 Ryzen 5000 시리즈 CPU를 발표하였습니다.


이에 관해 AnandTech는 AMD의 최고기술책임자 겸 기술 및 엔지니어링 부사장인 Mark Papermaster와의 인터뷰를 가졌습니다. 주요 질의응답은 다음과 같습니다. 일부 질문은 생략하였습니다. 오역이 있을 수 있으며, 일부는 내용이 요약되었습니다. 구체적인 내용은 원문을 참고해주세요.



Q. Zen 3 아키텍쳐의 주요 변경점 중 하나는 Zen 2 대비해 IPC가 19%나 상승했다. 또한 CCX 디자인 또한 8코어 + 32MB L3로 변경되었다. 이러한 CCX 설계 변경이 깡성능(raw performance)에는 얼마나 도움이 되나? 다른 이점에는 어떠한 것이 있나?


A. CCX의 기본 구조 변경을 통해 특히 게임에서 상당한 영향을 미치는 메모리 레이턴시를 엄청나게 줄일 수 있었다. 일반적으로 게임은 특정 1개의 쓰레드를 주-쓰레드로 사용하고 이는 이용가능한 L3 캐시에 매우 의존적이다. 캐시 적중률과 관련있기 때문이다. 캐시 적중률 상승이 분명히 게임 성능에 반영된다. 그러나, 우리는 CPU의 모든 부분에서 조정을 거쳤다.




Q. 각 코어당 엑세스 할 수 있는 L3 캐시 용량이 32MB로 2배가 되었다. 이러한 L3 캐시 용량이 레이턴시에서 도움이 되는 것은 맞지만, 그 만큼 용량이 늘어나게 되면 부작용이 발생하며 특히 8코어 처럼 코어가 많은 경우에는 더 심할 것이다.


A. 엔지니어 팀이 로직과 물리적인 부분에서 모두 매우 잘해주었다. Zen 3에서는 엄청난 구조 개선으로 레이턴시 감소에 상당한 이점을 제공하였다. 그와 동시에 Zen 2와 동일한 7nm에 머물렀음에도 전력 관련해선 Zen 2 수준을 유지하였다.




Q. 공정 관련해서, 언급된 TSMC 7nm는 Ryzen 3000XT 시리즈에 사용된 마이너 개선 버전이라고 들었다. Ryzen 5000 시리즈에는 그 외의 추가적인 공정 개선이 있는가?


A. 동일한 7nm 이며, 이는 PDK(Process Design Kit)가 동일하다는 뜻이다. 반도체 공정 특성상 공정을 다소 조정할 수도 있다. 이는 수율 향상 등을 위해 당연히 이뤄지는 것들이다. 




Q. AMD는 Zen 2에서 Zen 3로 오면서 전성비가 24% 향상하였다고 밝혔다. 이는 분명히 전력 공급에서 개선 사항이 있다는 것인데, 구체적으로 얘기해줄 수 있는가?


A. 우리는 전력 관리에 초점을 상당히 맞췄다. 칩에 있는 무수한 센서를 지속적으로 모니터링 하면서 클럭과 전압을 더욱 세밀하게 관리할 수 있도록 Precision Boost를 개선하였다.




Q. Zen 2의 문제점 중 하나로, cIOD 다이의 idle 환경에서의 상대적으로 높은 전력 소모(13~20W)가 있다. 이번 Zen 3에서도 Zen 2와 동일한 cIOD를 사용한다고 들었는데, 전력효율/전성비/생산비용 등의 개선사항은 있는가?


A. 고객 기반의 연속성을 제공하면서 CPU 성능을 제공하기 위한 매우 계산된 움직임이었다. Zen 3의 전력 효율 개선은 주로 Core와 캐시-컴플렉스에 초점을 맞추었다.




Q. CPU Core는 7nm 공정에서 생산되지만, cIOD는 GlobalFoundries사의 12/14nm 공정을 사용합니다. 이 cIOD가 주요한 개선 사항 중 하나이지만, 단지 그 개선 시기가 이번이 아니라고 생각하는데, 어떠한가?


A. 미래에 AMD가 PCIe Gen 5로, 그리고 전체 생태계를 전환하는걸 볼 수 있을 것이다. 설계 중인 차세대 코어 뿐만 아니라 I/O 및 메모리 컴플렉스에 대한 개선 소식도 접할 수 있을 것이다. 




Q. 칩렛 구조에 관해서, 칩렛의 오프-칩(off-chip) 통신이 기존 Zen 2에선 2개 CCX의 중간이였는데 이번 Zen 3에서는 엣지(가장자리)로 밀려났다. 이러한 구조 변경이 레이턴시(wire latency)나 전력 관련하여 이점이 있는가?


A. 로직과 물리적 측면의 절충안이다. 새로운 CCX 설계는 CPU Core - 캐시 컴플렉스의 레이턴시를 최소화하였다. 제어 회로를 제자리에 배치하는 것은 더 긴 와이어가 레이턴시에 덜 민감한 회로로 이동할 수 있다.




Q. 지난 몇 년간, AMD는 Infinity Fabric 설계에 대한 로드맵을 제시해 왔다. 이번 Ryzen 5000 시리즈에서는 이 Infinity Fabric 관련해서 Ryzen 3000 시리즈와 비교해 변경점이 있는가?


A. 그렇다. IF를 개선하였고, 새로운 보안 요소를 볼 수 있다. Zen 3에서는 CPU의 깡성능에 초점을 맞추었다. 추후에 이와 관련된 세부 사항중 일부를 공개할 것이다.




Q. 최근 CPU 동향을 보면, AMD와 Intel 양사 모두 가능한 최대의 부스트 클럭을 스펙으로 설정해 추가적인 헤드룸을 거의 남기지 않습니다. 이러한 상황 속에서, Mark의 관점에서 클럭을 스펙보다 더 높게 달성해주는 PBO 같은 기술의 전망은 어떠하리라 보는가? 갈 수록 진화하는가 혹은 비닝(binning) 최적화 및 지식 증가로 서서히 잊혀져가는가?


A. 물론 목표를 최대 클럭 지원을 극대화 하는 것이다. 비닝 최적화에 항상 초점을 맞추고 있다. 최근 사용자들은 매우 똑똑해졌다. 이러한 오버클러킹을 지속적으로 지원해서 소비자의 워크로드를 이해하고 더 빠른 성능을 낼 수 있도록 하며 유연성을 제공하고자 한다.




Q. AMD의 Zen 3 프레젠테이션을 보면 IPC 19% 향상이라는 결과가 다양한 요소(로드/스토어 유닛, 프론트 엔드 등)의 아키텍쳐 개선으로 이루어진 것으로 보인다. 이에 관해 구체적으로 설명해 줄 수 있겠는가?


A. 로드/스토어 개선은 광범위했으며, 이는 IPC 19% 향상에 큰 영향을 미쳤다. 사이클당 로드와 스토어의 쓰루풋을 모두 늘렸으며, 구체적인 내용은 빠른 시일안에 제공할 것입니다. 




Q. Zen 3가 나온 지금, 로드맵으로는 Zen 4 그리고 Zen 5 까지 얘기되고 있다. 이러한 미래의 Zen 시리즈 아키텍쳐에 대한 접근 방식은 어떻게 되며, 혹은 불도저 - Zen 시리즈 처럼 아예 기반부터 갈아 엎는 아키텍쳐 변경에 대해서는 어떠한 생각인가?


A. 사실 Zen 3는 그러한 재설계이다. Zen 제품군의 일부이기 때문에 바꾸지 않았다. 상공 100,000 피트 위에 있다고 가정해보자. 100,000 피트 위에서 비행하고 있을때는 동일하게 100,000 피트 위에 있다고 할 수 있지만, 이를 달성하기 위한 구체적인 구현 방법, 실행 유닛 등을 살펴보면 Zen 3는 파생된 디자인이 아님을 알 수 있다.




Q. x86 시장은 클라이언트 및 엔터프라이즈 두 시장 모두 매우 경쟁적인 상황이다. 여기에, ARM 진영이 조금씩 덩치를 키워나가고 있으며, 이는 결코 무시할 수준은 아니다. 현재, ARM의 설계는 x86 수준의 IPC도 달성하였다. 이러한 x86 외의 진영의 경쟁에는 어떻게 대응할 계획인가?


A. 성능 면에서 가속 패달을 밟지는 않을 것이다. ISA(Instruction set Architecture)에 관한 것은 아니다. 방대한 소프트웨어 기반과 툴체인(toolchain) 때문에 x86을 선택하였다. 이를 통해 업계에서 가장 빠르게 채택할 수 있는 길을 열어준다. 우리는 역사적으로 경쟁적인 환경에 있었다. 이것이 앞으로 바뀔 것이라고 생각하지 않는다. 가장 좋은 방어가 가장 강력한 공격이다. 우리는 포기하지 않을 것이다.




Q. Zen 3에서는 상당한 깡성능 증가가 얘기되었지만, CPU 기반 AI 가속에 관해선 많이 얘기된 바가 없다. 이러한 깡성능 증가가 단순히 CPU Core의 부동소수점 연산 성능 증가인가? 혹은 다이 기반(on-die) 가속 아니면 최적화된 명령어 등도 포함되는가?


A. Zen 3는 깡성능에 초점을 두고 있다. 부동소수점 등 FP 그리고 복수의 누적 유닛(accumulate unit)을 개선해 종종 CPU로 구동하는 추론 같은 AI 워크로드나 벡터 워크로드에 도움을 준다.




Q. 경쟁사 분석에서 1세대 Zen 이후 AMD의 경쟁사 분석의 성격이나 접근 방식은 현재 어떠하며, 어느 방향성을 갖고 있는가?


A. x86 경쟁사나 ISA 대안을 사용하는 신흥 경쟁자를 살펴본다. 우리는 다음과 같은 두 가지 내용을 신념으로 생각한다. 고객의 피드백을 청취하고 이해하며 개선 방향성을 찾는 것. 둘째는 경쟁을 지속적으로 주시하는 것. 이것이 Zen 3를 통해 우리를 리더쉽 위치로 이끈 핵심 부분이며, 앞으로도 변하지 않을 CPU 설계 문화이다.




Q. TSMC는 최근 패키징의 모든 측면을 포괄하는 3D Fabric 브랜드를 출시하였다. AMD는 이미 일부 제품에 간단한 'CoWoS-S' 적용하고 있지만, 이는 TSMC와는 다른 영역입니다. AMD는 이 주제에 관해 어떻게 접근하고 있으며, 고려사항 같은 것이 있는가?


A. 패키징에 관한 우리의 접근 방식은 파운드리 업계와 OSAT와 깊이 협력하는 것이다. AMD와 같은 칩 설계 회사가 앞으로 유연성을 더욱 늘릴 수 있을 것으로 기대한다. 




Q. AMD는 Chrombooks 및 1세대 Zen 임베이드 기술 같은 시장 점유율이 많지 않은 시장으로 진출하고 있다. 이러한 시장에서 특별히 노력을 기울이는 것이 있는가? 혹은 IoT 및 자율주행 같은 AMD 시장에서 개발되지 않은 잠재력이 있는가?


A. 임베이드 시장에서 시장 점유율을 확대해 나가고 있으며, 이는 확실히 AMD가 초점을 맞추고 있는 부분이다. AMD가 초점을 맞추지 않는 부분은 미디어에서는 관심이 있을지언정 AMD와는 잘 맞지 않는 시장이다. 진정으로 가치 있다고 여기는 시장에 계속해서 노력을 기울일 생각이다.



주요 내용을 간략하게 정리하면 다음과 같습니다.


Zen 3에서는 IF 개선이 있는가?

- 있다. 추후 구체적인 정보를 공개할 것이다.


Zen 3가 Zen 2와 동일한 7nm 공정(N7)인가?

- 그렇다. 그러나, 수율 상승을 위한 마이너 업그레이드는 존재한다.


Zen 3의 IO 다이는 Zen 2와 동일한가? 문제로 지적된 전력소모 개선은?

- Zen 3에선 IO 다이 보단 CPU Core 쪽 전성비 개선에 포커스를 맞추었다. PCIe 5.0의 전환에서 개선될 예정 (사실상 Zen 2와 동일한 것으로 해석됨)


Zen 3의 CCX 통합 구조는 L3 용량이 32MB로 2배가 되었는데 구체적으로 어떠한 변화가 있는가?

- 게임에선 특정 1쓰레드를 주로 사용하는 경우가 많기 때문에 L3 용량 증가로 캐시 적중률이 오르고, 이로 인해 레이턴시가 상당히 감소하였다.


Zen 3의 CCX의 L3 캐시가 늘어났는데, 늘어나는 것이 무조건적으로 좋은 것은 아니며 부작용이 있다. 이에 대한 해결 방안은?

- 엔지니어 팀이 충분히 개선하였다.


Zen 3의 IPC 19% 향상의 요소가 굉장히 다양한데 구체적으로 설명 가능한가?

- 추후에 구체적인 정보를 공개할 예정이다.

출처 : https://www.anandtech.com/show/16176/amd-zen-3-an-anandtech-interview-with-cto-mark-papermaster

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