칩 한 개에 탑재된 트랜지스터의 수는 매 2년마다 두 배씩 증가한다는 것이 무어의 법칙이다. 동일한 다이 사이즈에서 트랜지스터의 수가 두 배씩 증가하기 위해서는 트랜지스터의 크기가 점점 더 작은 크기로 계속 축소돼야 한다. 하지만 고밀도집적회로(LSI)의 최소 배선폭이 원자 수준에 달하면서 생기는 전력 소모 및 열 발산 문제로 인해 트랜지스터 크기를 축소하는 건 근본적인 한계에 봉착해있는 상황이다. 이러한 한계를 극복하기 위한 인텔의 연구활동과 기술역량을 소개한다.
전력과 열 문제를 해결하는 동시에 트랜지스터를 축소해야 하는 것이 반도체 업계의 당면과제이다. ‘무어의 법칙’ 창시자인 무어도 1965년 그의 논문에서 “단일 실리콘 칩 안에 내장된 수없이 많은 부품들이 발산하는 열을 제거하는 것이 가능해질까?”라는 질문을 던지며 열 문제를 예상했었다. 이러한 전력과 열 문제를 해결하기 위해, 반도체 업체들은 독창적인 기술 측면에서 연구 활동을 적극 진행하고 있다. 여기에는 소재, 디자인 및 구조에 관한 여러 새롭고 흥미로운 기술과 혁신이 포함된다.
이와 관련해 신소재 개발이라는 반가운 소식도 들리고 있다. ‘하이케이(high-k) 및 메탈 게이트’가 적용된 인텔의 45나노 공정기술의 트랜지스터가 그것이다. 무어의 법칙을 창안한 인텔의 공동 창업자인 고든 무어(Gordon Moore)는 “하이케이 및 메탈소재의 적용은 1960년대 후반 폴리실리콘 게이트 MOS 트랜지스터가 출시된 이래 트랜지스터 기술 변화 중 가장 괄목할 만한 일”이라고 평했다. 참고로 이러한 45나노 공정기술을 이용하면 한 개의 인간 적혈구 표면에 트랜지스터 약 400개를 채울 수 있다.
트랜지스터는 디지털 세계의 1과 0을 처리하는 작은 스위치들인데, 게이트는 트랜지스터를 켜고 끄는 역할을 하며 게이트 절연체는 게이트 아래에 있는 단열재로써 전류가 흐르는 채널과 게이트를 분리시켜준다. 메탈 게이트와 하이케이 게이트 절연체의 결합으로 트랜지스터의 전류 누출량을 현저히 감소시키면서 성능을 강화시킬 수 있는 것이다. 이러한 45나노 트랜지스터들은 이전 세대 트랜지스터보다 크기가 작기 때문에 스위치를 켜고 끄는데 더 적은 에너지를 소비, 스위칭 파워를 30%까지 절감시킬 수 있다.
인텔은 올 하반기쯤 하프늄(hafnium) 기반의 하이케이 및 메탈 게이트 트랜지스터 디자인을 기반으로 한 45나노 공정의 차세대 펜린(Penryn) 프로세서 출시를 계획하고 있다. 신소재를 적용한 트랜지스터 덕분에 PC의 디자인, 크기, 전력 소모량, 소음 및 비용 측면에서 획기적인 변화를 가져올 수 있다.
모바일 펜린 프로세서에는 ‘딥파워 다운 테크놀로지’(Deep Power Down Technology)라고 불리는 새로운 고급 전력 관리 모드가 탑재된다. 이 기술은 프로세서가 작동하지 않는 동안 전력 소모를 현저하게 감소시켜 트랜지스터 내부 전류 유출량 문제를 해결하며, 랩톱의 전지 수명 연장에도 도움이 된다. 펜린과 45nm 하이케이 실리콘 기술 출시의 다음 단계는 2008년에 초기 생산이 계획된 인텔의 차세대 마이크로아키텍처(네할렘)다.
최대 과제는 에너지 효율
PC가 일반인들에게 보급된 이래 지난 25년간 서버와 데스크톱 컴퓨터, 랩톱 및 휴대용 디지털기기의 기능과 성능은 엄청나게 발전되어 왔다. 이러한 발전은 전 세계에서 발생되는 데이터의 기하급수적인 증가와 궤를 같이 하고 있다. 데이터 량의 급속한 증가가 최상급 애플리케이션을 탄생시켰고, 이를 구동할 수 있는 메인스트림 컴퓨팅의 수요를 낳았으며, 결과적으로 컴퓨팅에 소요되는 전력량의 증가를 불러온 것이다. 하지만 무한정 전력량을 늘릴 수는 없는 일. 다시 말해, 전력 효율적인 성능을 구현하도록 시스템을 디자인하는 것이 전력 소모량을 급진적으로 늘리지 않으면서 최상급 애플리케이션을 지원할 수 있도록 만들기 위한 열쇠가 된다. 그 열쇠를 인텔과 같은 반도체 업체들이 제공하고 있다. 현재 출시되고 있는 코어 마이크로아키텍처 기반의 데스크톱이나 랩톱, 메인스트림 서버 프로세서들은 역사상 가장 전력 효율성이 높은 제품인 동시에 가장 강력한 성능을 제공하고 있다.
인텔은 수년간 에너지 효율적 제품 개발에 참여해왔으며 마이크로프로세서, 칩셋 및 플랫폼 제품과 관련된 절전 기술 부문에서 업계 선도적인 위치를 차지하고 있다. 그리고 인텔은 미국 내에서 오랫동안 에너지 스타(Energy Star) 프로그램의 컴퓨터 부문 개발에 참여해 왔고 실제로, 1993년 인텔 기술로 구현되는 최초의 에너지 스타 호환 PC를 선보였다.
인텔은 랩톱, 데스크톱 및 서버 부문에서 자사 제품의 전력 성능을 증진시키기 위한 프로그램을 지속적으로 실행하고 있다. 이러한 전략 실행의 결과 중, 중요한 몇 가지 사항은 다음과 같다.
● 랩톱 절전 기술
- 스피드스텝; 2000년 인텔은 사용자가 작동시키고 있는 애플리케이션 및 프로세싱 파워 필요량에 따라 프로세서의 속도를 높이거나 낮출 수 있는 스피드스텝 기술을 발표했다. 이 기술은 모바일 기기의 전력 소모를 최적화하여, 전지 수명을 연장시키고 전반적인 전력 소모량을 감소시킨다.
- 센트리노 모바일; 인텔 센트리노 모바일 기술의 전력 관리 및 에너지 효율적 기능은 모바일 프로세서가 환경에 미치는 영향을 가져왔다. 이전의 모바일 프로세서들은 모바일 용도에 맞게 개조된 데스크톱 프로세서들이었다. 이에 반해, 펜티엄 M 프로세서는 랩톱 기능에 맞게 특별히 개발되었다.
- 센트리노 듀오 모바일; 인텔 센트리노 듀오 모바일 기술은 기존 센트리노 기반 노트북 PC에 비해서는 무려 2배 가까운 성능이 높아 졌다. 특히 인텔 펜티엄 M 프로세서 기반의 노트북 PC에 비해 28% 정도의 전력을 덜 사용한다. 이는 그 만큼 실외에서도 더 오래 노트북 PC를 사용할 수 있다는 의미다.
● 데스크톱 절전 기술
- IAPC; 1999년, 인텔은 전력 소모량을 최대 60%까지 감속시키면서 보다 효율적인 PC작동을 가능하게 하는 IAPC(Instantly Available Personal Computer) 기술을 발표했다.
- 전력 공급 장치; 일반적인 작동 상태 하의 마이크로프로세서 전력 소모량을 적극적으로 관리하기 위한 인텔의 지속적인 노력을 통해 마이크로프로세서는 데스크톱 PC 전체 전력 소모량의 작은 부분만을 차지하게 되었다
-. 실제로, 전력 공급 장치는 데스크톱 PC의 시스템 전력 전체 중 최대 50%를 소모할 수 있다.
- 1와트 마더보드; 인텔은 자사의 마더보드 제품에 ‘1와트 전략’을 내세웠다. 현재 대부분의 새로운 인텔 보드들은 데스크톱이 최저의 전력 모드에서 1와트 미만의 전력을 소모하도록 한다.
● 서버 절전 기술
서버의 전력 관리는 특별한 어려움에 직면해있다. 서버 시스템이 PC의 성능을 단순히 보강한 것처럼 보일지 모르나, 사용 모델 및 컴퓨팅 전력 조건은 서버와 PC의 디자인 및 아키텍처에 있어 큰 차이점을 낳는다. 이러한 조건들은 서버의 에너지 효율성 및 서버를 호스팅할 시설과 관련해 여러 난제를 발생시킨다.
인텔은 이런 문제점을 연구하고 해결하는데 연구 개발 부문에 지속적으로 투자하고 있다. 예상 솔루션 개발에 한 발짝 가까이 다가가는 방법 중 하나는 부품 및 시스템의 에너지 효율성을 강화시키는 것이다. 또 다른 방법은 기업들이 데이터센터 자원을 보다 지능적이고 간편하게 배치할 수 있게 해 줄 전력 관리 기술을 개발하는 것이다.
인텔은 위에 언급된 목표를 달성하기 위해 미래의 서버 플랫폼 및 부품에서 이러한 기능을 지원하는 노력을 선도하고 있다.
인텔 제품 분석 및 로드맵
코어2 듀오 프로세서
인텔 코어 마이크로아키텍처 기반의 새로운 통합 브랜드 ‘인텔 코어2 듀오 프로세서’는 더욱 우수한 성능과 뛰어난 전력 효율성을 갖추고 데스크톱 및 노트북용 인텔 프로세서 제품 군을 위한 새로운 브랜드다.
코드명 콘로(Conroe)와 메롬(Merom)으로 알려졌던 데스크톱과 노트북 PC용 인텔 코어2 듀오 프로세서는 새롭게 설계된 마이크로아키텍처 기반으로, 하나의 칩 안에 두 개의 프로세싱 코어를 포함하고 있어서 ‘듀오’라는 명칭을 갖게 됐다. 이 혁신적인 프로세서들은 프로세서의 회로와 트랜지스터를 집적해가는 인텔의 진보된 65나노미터 설계와 제조공정 기술을 사용하게 된다. 이러한 기술적 조합을 통해 인텔은 더욱 우수한 성능과 전력소비 절감 기능을 갖춘, 보다 현대적이고 조용하며 더욱 작은 노트북과 데스크톱 PC 제조에 박차를 가하는 에너지 효율적인 프로세서를 제공할 수 있게 된다.
인텔 코어2 듀오의 특징은 크게 두 가지로 요약될 수 있다. 멀티코어와 소비전력 대비 성능 향상이 핵심 요소다. 코어가 두 개면서 각각의 코어가 동시에 다른 일을 할 수 있기 때문에 코어의 활용도를 높이면서도 업무량이 작을 때에는 코어 작동에 필요한 전력 소모량을 대폭 줄일 수 있다.
코어2 익스트림 프로세서 QX6800
쿼드 코어 데스크톱용 인텔 코어 마이크로아키텍처로 구현된 최고의 클록 속도인 2.93GHz를 자랑하는 ‘코어2 익스트림 프로세서 QX6800’는 인텔의 혁신적인 프로세서 제품군에 속하며 데스크톱 PC 성능의 새로운 기준을 수립했다. 인텔 코어2 익스트림 프로세서 QX6800은 최고 성능의 컴퓨터를 원하는 게이머, 디지털 디자인 전문가 및 마니아들에게 이상적인 제품이다.
강화된 성능은 보다 매끄러운 게임 실행, 현실성이 강화된 게임 효과 및 실제 같은 인공 지능 구현에 도움을 준다. 크라이텍(Crytek)의 크라이시스(Crysis), 가스 파워드 게임스(Gas Powered Games)의 슈프림 커맨더(Supreme Commander), 플래그십(Flagship)의 헬게이트 런던(Hellgate London) 같은 올해 최고 게임 타이틀 제작에 두 개 이상의 프로세싱 스레드를 사용해 성능을 강화할 수 있도록 인텔과의 실질적인 기술 협력이 진행됐다.
코어2 익스트림 프로세서 QX6800은 65nm 공정 기반으로 제조되며 8MB의 대용량 캐시에 1066MHz 시스템 버스가 지원된다.
멀티 코어 서버 및 워크스테이션 제품 라인
인텔 멀티 코어 프로세서는 컴퓨터 사용자의 경험을 증진시키기 위한 플랫폼 관련 주요 발전 사항 중 하나다. 멀티 코어 프로세서는 컴퓨팅 능력의 강화를 통해 업무 생산성 증진, 가정에서의 엔터테인먼트 경험 강화, 기업 서버의 컴퓨팅 성능 향상을 구현한다.
-듀얼 코어 인텔 제온 프로세서 5000 시리즈; 듀얼 프로세서(DP) 서버 및 워크스테이션 용의 인텔 65nm 듀얼 코어 프로세서로써 현재 출하 중이다. 5000 시리즈에는 프로세서 당 4개의 스레드를 지원하는 HT 기술이 포함된다.
-저전압 듀얼 코어 인텔 제온 프로세서; 인텔의 듀얼 코어 인텔 제온 프로세서 LV는 우수한 컴퓨팅 성능과 전력 최적화를 필요로 하는 시스템에 가치와 와트 당 성능을 제공한다. 펜티엄 M 모바일 마이크로아키텍처(요나)를 기반으로 구축되며 약 31와트가 소모된다.
-듀얼 코어 인텔 제온 프로세서 5100 시리즈; 코드명 ‘우드크레스트(Woodcrest)’로 불린 이 프로세서 시리즈는 코어 마이크로아키텍처를 활용하는 최초의 인텔 서버 프로세서다. 65나노미터 공정 기술을 기반으로 하는 5100 시리즈는 FB-DIMMs, 인텔 가상화 기술, 인텔 액티브 서버 매니저(IAMT), 인텔 입/출력 가속화 기술(I/OAT)을 내장하는 ‘벤슬리(Bensley)’ 플랫폼과 드롭인(drop-in) 호환성을 지닌다.
-쿼드 코어 인텔 제온 프로세서 5300 시리즈; 코드명 ‘클로버타운(Clovertown)’으로 불린 5300 시리즈는 듀얼 프로세서(DP) 서버 및 워크스테이션용의 인텔 최초의 쿼드 코어 프로세서이다. 인텔 코어 마이크로아키텍처를 기반으로 하며, 현재 사용되는 듀얼 코어 세대 대비, 전력 소모량은 동일하게 유지하면서 최대 50% 향상된 성능을 구현한다.
-듀얼 코어 인텔 제온 프로세서 7000 시리즈; 암호명 ‘팩스빌(Paxville) MP’로 불린 인텔의 65nm 듀얼 코어 인텔 제온 프로세서 7000 시리즈는 네 개 이상의 프로세서가 탑재된 서버용으로 개발되었으며 ‘트루랜드(Truland)’ 플랫폼에 속한다. 7000 시리즈에는 하이퍼 스레딩 기술이 적용되기 때문에 프로세서 당 4개의 스레드를 지원하게 되고, 16MB 공유 L3 캐시를 내장한다.
-듀얼 코어 인텔 제온 프로세서 7100 시리즈; 코드명 ‘툴사(Tulsa)’로 불린 듀얼 코어 인텔 제온 프로세서 7100 시리즈는 네 개 이상의 프로세서를 탑재한 서버를 대상으로 개발되었다. 이 제품 군에는 관련 에너지 소비량을 절감하는 저전력 95와트 옵션이 내장된다.
-타이거톤(Tigerton); 타이거톤은 새로운 ‘케인랜드(Caneland)’ 플랫폼 상에서 운영될 예정인 멀티 프로세서(MP) 인텔 제온 프로세서 기반 서버에 적합한 차세대 65nm 프로세서이다. 2007년 3분기에 상용화될 것으로 예상되는 타이거톤은 새로운 전용 고속 인터커넥트(interconnect)를 지원하게 된다.
-더닝턴(Dunnington); 인텔 제온 프로세서 기반 MP 서버에 사용될 인텔의 멀티 코어 프로세서로 2008년 출시 예정이다. 더닝턴은 타이거톤의 후속 모델이며 45나노미터 공정 기술을 기반으로 구축된다.
아이테니엄 프로세서 제품 군
-아이테니엄2 프로세서9000 시리즈; 인텔의 90nm 듀얼 코어 아이테니엄2 프로세서는 현재 이용 가능하다. 9000 시리즈에는 HT 기술이 내장되기 때문에 프로세서 당 4개의 스레드를 지원할 수 있으며, 17억 개 이상의 트랜지스터, 24MB L3 캐시, 인텔 가상화 기술 버전 지원 기능을 내장한다.
-몬트베일(Montvale); 인텔의 90nm 듀얼 코어 프로세서는 아이테니엄 2 프로세서 9000 시리즈 기반으로 올해 출시 예정이다.
-투킬라(Tukwila); 인텔 아이테니엄 프로세서 제품군의 멀티 코어 프로세서로 2008년 출시 예정이다. 투킬라는 네 개 이상의 코어를 내장하게 되며 향후 출시될 인텔 제온 프로세서 플랫폼과 함께 공용 아키텍처를 공유한다.
-풀존(Poulson); 네 개의 프로세서를 탑재한 인텔 아이테니엄 프로세서 제품 군으로 투킬라의 후속 모델이 된다.
출처명 : 경영과컴퓨터 [2007년 5월호]
