핸드모바일닷컴

AMD 12나노 공정 2세대 Ryzen 제품군 정식발표 및 기술적 분석

AMD는 2세대 Ryzen CPU ‘2nd Gen AMD Ryzen Desktop Processor’패밀리를 발표했다. 코드네임은 ‘Pinnacle Ridge’, CPU 코어는 ‘ZEN +’가 된다.

운영자 | 입력 : 2018-04-20 11:30 | 최종수정 : 2018-04-20 18:22

가

| + | - |

　AMD는 2세대 Ryzen CPU ‘2nd Gen AMD Ryzen Desktop Processor’패밀리를 발표했다. 코드네임은 ‘Pinnacle Ridge’, CPU 코어는 ‘ZEN +’가 된다.

　AMD는 2세대 Ryzen을 ‘Ryzen7’과 'Ryzen5‘ 라인업에 투입한다. ’Ryzen7 2700X/2700‘과 ’Ryzen5 2600X/2600'. 성능은 Ryzen7 2700X 최대클럭이 기존 4.1GHz에서 4.3GHz로 높아졌다. AMD는 구매력을 높이기 위해 프리미엄 쿨러와 함께 329(349,398원 2018.04.19.환율기준)달러에 시장에 공급한다.

<인텔 Core i7 8700K와 비교해 성능/가격면에서 우위를 내세우는 AMD>

<인텔과 비교해 기본 제공하는 고성능 CPU쿨러와 포함했을 경우 가격면에서 강점이 있음을 강조>

<2세대 Ryzen과 관련한 전반적인 소개>

■ AMD Ryzen제품군 모두 2000번대로 전환

　Ryzen은 이미 APU(Accelerated Processing Unit)버전 Ryzen에서 번호가 2000번대가 있었지만, Pinnacle Ridge를 투입해 CPU 버전 Ryzen도 2000번대가 되었다.

　CPU버전과 APU버전 두 Ryzen2000시리즈에 공통되는 것은, 터보 제어를 위한 ‘Precision Boost 2'등이 새롭게 버전업 된 것. 즉, CPU를 제어하는 ??마이크로 컨트롤러의 제어 측면에서 2000번대가 공통 분모가 된다는 것.

　그러나 APU버전 Ryzen인 ’Raven Ridge‘와 이번 2세대 Ryzen(Pinnacle Ridge)는 반도체 칩으로써는 큰 차이가 있다.

　최대 포인트는 기존 14nm공정에서 12nm공정으로 제조공정기술을 마이그레이션해 성능/전력을 끌어 올린 것이다. 2세대 Ryzen은 AMD 첫 12nm공정 칩이며, NVIDIA Volta와 마찬가지로 12nm세대 프로세서.

　반면 2세대 Ryzen에서는 ZEN CPU 코어 자체 확장은 이번에는 거의 실시하지 않았다. 캐시 액세스 대기시간의 감소하고 있지만, CPU 코어 내부는 거의 변하지 않았다.

　이번 2세대 Ryzen CPU코어는 확장이란 의미의 ’+’가 핵심이며, CPU코어 세대가 바뀌는 ‘ZEN2’와 관련은 없다. 확장은 이미 언급한 ‘Precision Boost2’와 같은 CPU 제어측면이 더 크다.

■ 코어 내부 마이크로 아키텍처는 ZEN세대

　2세대 Ryzen 포인트는 어디에 있을까? AMD Kevin Lensing 씨(Corporate Vice President & General Manager, Client Compute Business Unit Computing and Graphics Business Group, AMD)는 다음과 같이 설명한다.

　“2세대 Ryzen에서의 큰 변화는 프로세스 기술 및 펌웨어에 의한 CPU내부 마이크로 컨트롤러를 통한 CPU 제어로의 변경이다. 12nm 프로세서로의 이전은 성능과 전력에 대한 장점으로 활용하고 있다. 또한, 펌웨어에 엄청난 변화가 있었다.

　그러나 아키텍처 면에서는 ZEN 마이크로 아키텍처와 비교해 기본적인 부분은 바꾸지 않았다. 차기버전인 ‘ZEN2’에서 전반적인 구조 개선이 있겠지만, 이번엔 ‘ZEN+’로, 아키텍처의 변화는 작다. 그러나 중요한 개량도 있다. 캐시 대기 시간 단축으로 IPC (Instruction-per-Clock)을 향상 시킬 수 있었다는 것.”

　실제로 AMD는 2세대 Ryzen에서 ZEN 마이크로 아키텍처에는 거의 손을 대지 않았다. 명령 스케줄링이나 버퍼의 향상은 물론, CPU 마이너 체인지시에 자주 이루어지는 상대적인 소규모 아키텍처 확장도 하고 있지 않다고.

　마이크로 아키텍처에 손을 대면 어딘가에 문제가 발생할 가능성이 있으므로, 개발 기간 단축을 최우선으로 여겨 배제시켰다고 생각할 수 있다. 그런 의미에서 2세대 Ryzen의 본질은 공정기술 개량버전이라고 할 수 있다.

　그러나 Ryzen의 약점이었던 캐시 액세스 대기 시간은 ZEN + 코어로 개선되고 있다. 액세스 사이클 시간 비교에서는 L1 대기시간은 최대 13%, L2 대기시간은 최대 34%, 같은 CCX L3 대기시간은 최대 16% 줄일 수 있다.

　이 숫자는 대기 시간을 CPU 사이클로 비교 한 것이 아니라 지연시간 비교다. 그러나 지연 사이클 자체도 특히 L2에서의 감소가 현저하다. L2의 지연 사이클이 17사이클에서 12사이클로 내려간 것을 알 수 있다.

<캐시 액세스 지연시간 비교. L2 대기시간 감소는 대기시간 주기 감소에 큰 영향을 주고 있다.>

■ 12nm 공정과 펌웨어가 터보 성능이 향상

　ZEN의 마이너 체인지 버전의 위치가 ZEN+ 2세대 Ryzen이긴 하지만 12nm로 이전하면서, 성능/전력 향상과 외형 확장 효과도 크다.

　동작 주파수 상한선을 4.35GHz로 끌어 올려 전체 CPU코어 오버 클럭도 4.2GHz에 이른다. 또한 CPU코어 부스트 제어는 ‘Precision Boost 2’가 되고, 2-7코어시에도 부스트되게 되었다.

　기존 Ryzen와 비교하면 12nm공정에서 같은 클럭시 구동 전압은 50mV 떨어졌다. 따라서 기존 Ryzen에 같은 클럭시에도 전력소비는 억제되어 같은 전력이라면 성능이 향상된 것으로 볼 수 있다.

　AMD는 Ryzen7 2700과 1700 비교시 동일한 전력시 16% 성능향상이 있다고 한다. 또한 Ryzen5 1600X와 2600X 비교에서는 같은 클럭시 전력은 11%나 줄일 수 있다고 한다.

<2세대 라이젠 12나노 공정의 장점>

<12나노 공정은 같은 전력이라면 성능이 올라 동일한 주파수일때 전력 감소효과가 있다고.>

　이외에 2세대 Ryzen는 터보 제어가 대폭 향상됐다. Ryzen은 CPU 내부에 전력소비와 터보를 제어하는 ??마이크로 컨트롤러를 탑재하고 있다. 2세대 Ryzen는 이 마이크로 컨트롤러를 제어하는 펌웨어가 크게 개선되었다.

　Ryzen CPU 동작 주파수를 부스트하는 ‘Precision Boost’는 기존 1000시리즈 Ryzen은 1코어 또는 2코어가 활성화 된 경우 활성 코어의 동작 주파수를 부스트하고 있었다. 그렇지 않으면 기본 클럭으로 떨어지므로 3~7코어는 주파수 부스트가 작동하지 않았다.

<2세대 라이젠은 부스트 제어 기능을 크게 확장했다>

　반면 2세대 Ryzen ‘Precision Boost 2’에서는 3개 이상의 코어가 활성화된 경우에도 동작 주파수가 부스트 제어된다. 따라서 3개 이상의 코어로 성능저하없이 최적의 동작 주파수로 부스트 상태가 유지된다. 또한, 12nm 프로세스는 이런 전력소비시에도 기존보다 동작 주파수가 올라간다.

　또한 Ryzen7 2700X은 TDP(Thermal Design Power : 열 설계 소비 전력)범위가 기존 95W에서 105W로 올라갔다. 따라서 모든 CPU 코어 활성화에도 부스트 효과 상황이 나오기 때문에 실효 성능은 크게 향상된다.

　‘Precision Boost2’ 제어 방법 자체는 APU버전 Ryzen과 같지만, 12nm공정과 플랫폼에 의해 더 고성능으로 진화한 것이 2세대 Ryzen의 ‘Precision Boost 2’다.

<스레드 수에 따라서 선형적으로 부스트 주파수가 변화하는 ‘Precision Boost2’>

<기존의 ‘Precision Boost’와 비교하면 부스트가 적용되는 운영로드 유형 폭이 넓다>

　또한 ZEN 코어는 냉각 능력에 따라 CPU 동작 주파수를 Precision Boost 동작 주파수 이상으로 향상하는 ‘XFR(Extended Frequency Range)’가 도입되어 있었다. 2세대 Ryzen는 또한 확장된 XFR2가 도입되어, 전체 코어 동작이나 헤비급 멀티 스레드 시나리오에서 모든 코어 부스트에 효과가 있게 되었다.

<무거운 여러 스레드 사용 시나리오에서도 향상된 XFR2>

■ 2세대 Ryzen을 지원하는 GLOBALFOUNDRIES 12nm공정

　2세대 Ryzen에서 AMD는 12nm공정을 채택했다. 그러나 12nm Pinnacle Ridge의 다이(반도체 본체)는 14nm Summit Ridge 다이와 비교해 다이 크기 및 트랜지스터 수 면에서 다르지 않다.

　공정 노드 숫자는 14에서 12로 감소되었는데, 다이 크기가 변하지 않는 것은 왜일까? 거기에는 12nm 공정 노드 특유의 사정이 있다.

　즉, AMD는 12nm 공정을 14nm 공정의 성능/전력 개량판으로 사용하고 있다. 12nm 공정에서 이는 또 하나의 장점이다. 표준 셀 라이브러리를 전환하여 다이 크기를 줄이는 방법을 사용하지 않았다는 것.

　“우리가 진행한 것은 공정기술 진보의 장점을 그대로 활용하는 것으로, 팹에서 운영하는 12nm 공정 흐름에 Ryzen을 올렸을 뿐이다. 하지만 표준 셀 라이브러리는 변경하지 않았다. 우린 라이브러리에서 (프로세서에 대한)최적화를 수행했을 뿐이다. 그래서 2세대 Ryzen에도 다이 크기 및 트랜지스터 수가 지금까지와 다르지 않다”고 AMD Lensing 씨는 설명한다.

　AMD가 채용한 GLOBALFOUNDRIES의 12nm 공정은 GLOBALFOUNDRIES가 “올해 (2018년) 상반기에 리스크 생산을 시작한다”고 지난해(2017년) 9월에 발표한 바 있다. AMD는 12nm 공정라인에서 리스크 생산에 앞서 본격 양산에 들어간 것이다. 이것은 AMD가 GLOBALFOUNDRIES의 12nm 공정을 견인하는 파트너로 선정된 것을 의미한다.

　사실, GLOBALFOUNDRIES는 2개의 12nm 공정라인이 있다. 고성능 컴퓨팅을 위한 FinFET 트랜지스터 생산을 위한 ‘12LP’공정 및 IoT에 초점을 맞춘 FD-SOI의 ‘12FDX’공정이 그것이다. 이 두 공정라인은 동일한 12nm 공정 노드 이름을 사용하고 있지만 전혀 다르다. AMD가 Ryzen에 채용하는 것은 12LP공정 라인이다.

　일반적으로 프로세스 이름에 LP가 붙으면 ‘Low Power’의 약자이지만, GLOBALFOUNDRIES 12LP의 경우는 다르다. LP는 ‘Leading-Performance’의 약자로, 성능을 억제한 공정이 아닌 것을 GLOBALFOUNDRIES는 보여주고 있다.

　무엇보다, GLOBALFOUNDRIES는 12nm에서 자동차 및 RF/아날로그용에 초점을 맞춘 기능을 추가한다고 발표했고, 이는 성능과 저전력 두 마리 토끼를 잡기 위한 것이라는 평이다.

■ 12nm 공정의 실체

　GLOBALFOUNDRIES는 12LP 공정 발표시, 14nm 공정과 비교해 최대 15%의 회로 밀도 향상과 최대 10% 성능향상을 강조했다. 또한 GLOBALFOUNDRIES는 12LP 프로세스를 회사의 14LPP 공정 플랫폼에서 빌드했다고 설명했다.

　실제로 12LP는 공정상 기본적인 외형 크기는 14LPP와 다르지 않다고 볼 수 있다. 따라서 14LPP 개량형 공정에 12nm만큼의 회로밀도를 높일 수 있는 옵션을 제공한 것이 12LP 공정이다.

　이는 TSMC의 12nm 공정이 자사의 16FFC(16nm FinFET Compact Technology) 공정의 개선된 버전인 것으로 비슷하다. TSMC 12nm 공정에서는 '터보 부스트'와 TSMC가 주장하는 성능/전력 향상을 도모할 수 있다.

　뿐만 아니라 TSMC는 표준 셀 라이브러리에 초고밀도 6T(6-track)셀을 준비. 셀 설계상 연구에서 셀 면적을 축소하는 ‘Design-Technology Co-Optimization(DTCO)’을 결합해 실질적으로 회로밀도를 높이는 방법을 제공하고 있다.

　더 작은 표준셀과 DTCO 조합을 통해 12nm 공정에 회로 밀도를 높일 수 있다는 것이 12nm라는 프로세스 노드 이름의 근거가 되고 있다.

　하지만 실제로는 고성능 칩은 초고밀도 표준 셀(Ultra High Density standard cell library)을 사용하는 것은 어렵다. NVIDIA도 TSMC의 12nm 공정을 채용했지만 실제로는 6T 셀이 아닌 7.5T 셀을 사용하고 있다고 한다.

　이 경우 12nm 공정이 단순히 16/14nm 공정의 개량형으로 성능/전력의 향상 버전으로 사용된다. AMD 2세대 Ryzen의 GLOBALFOUNDRIES 12nm 공정도 거의 유사하다고 볼 수 있다.

　정리하면, GLOBALFOUNDRIES와 TSMC의 ‘12nm’라는 FinFET계열 공정에는 두 가지 포인트가 있다.

　하나는 16/14nm 공정의 개선된 버전인 것, 또 하나는 옵션인 6T 표준 셀과 DTCO을 결합해서 다이 축소가 가능한 것. 2세대 Ryzen 공정에선 성능과 전력 향상의 장점만을 사용하고 있다.

　12LP는 14LPP를 기반으로 하고 있기 때문에 IP의 물리적 설계변경도 적다. 또한 검증된 14nm 공정 기반이므로 수율 불안도 적다.

　AMD는 12LP를 사용하는 것으로, 향후 7nm 공정의 ‘ZEN2’까지 징검다리 제품군에 성능을 향상했다. 다음 단계는 진정한 공정의 변경 및 아키텍처 확장으로 더 큰 도약이다.

# AMD # Ryzen2 # 라이젠2

매장이벤트

수입/제조사 뉴스

최근 뉴스