<리뷰 & 벤치마킹>고성능 CPU

컴퓨터중앙처리장치(CPU)는 사람과 비교하면 두뇌에 해당한다. 컴퓨터에 입출력되는 데이터를 관리하고 처리하는 핵심요소다. 그래서 CPU를 둘러싼 업체간 개발경쟁은 다른 어느 부품보다 치열하다. 그동안 인텔이 독점하다시피해온 CPU 시장에 AMD가 뛰어들면서 두 업체간의 제품 성능경쟁은 「CPU 전쟁」이라고 할 만하다.

특히 현존하는 가장 빠른 CPU라는 상징적 자리를 먼저 차지하기 위해 두 업체는 앞서거니 뒤서거니 하는 경주를 반복하고 있다.

이번 벤치마크에서는 최근 인텔이 출시한 1.13㎓ CPU를 기준으로 AMD의 1㎓급 CPU인 애슬론 그리고 그밖의 고속 CPU 성능을 비교해 CPU기술 발전의 현주소를 살펴본다.

또한 인텔과 AMD가 지금까지 밝힌 각사의 향후 개발계획을 보며 CPU의 미래를 점쳐본다.

AMD의 부상과 CPU 전쟁

애초에 AMD는 인텔이 독주하던 CPU 시장에서 저가형 인텔 호환 CPU를 생산하던 업체 중 하나였다. 그러나 AMD는 K5·K6 등 높은 가격대 성능비를 자랑하는 CPU를 잇달아 출시하면서 저가형 CPU 시장에서 인텔을 능가하는 성과를 거뒀다.

AMD가 인텔과 어깨를 견주게 된 계기는 작년 말 출시한 애슬론이다. 판매량이 늘어도 여전히 저가형 시장을 벗어나지 못하던 AMD는 인텔의 펜티엄Ⅲ에 뒤지지 않는 애슬론을 출시하면서 비로소 인텔의 그늘을 벗어났다.

이에 대해 인텔은 0.18미크론 공정으로 제조되고 256KB의 L2캐시를 장착한 펜티엄Ⅲ를 출시해 애슬론에 뒤졌던 자존심을 되찾으려 했지만 AMD도 애슬론 코어를 개선해 0.18미크론 공정으로 전환하고 256KB의 L2캐시를 내장한 선더버드 애슬론을 출시했다. 또 보급형 시장에서 인텔의 셀러론을 견제하기 위한 듀론을 출시, CPU 전쟁은 제2라운드로 접어들게 된다.

(설명)최근 인텔과 AMD의 CPU 개발상황.

단순히 높은 클록 주파수뿐만 아니라 두 업체는 기술적으로도 서로 우위에 있다고 주장한다. 이론적으로는 7세대 CPU라고 AMD가 주장하는 애슬론이 더 진보된 구조를 갖고 있지만 실제 성능은 거의 차이가 나지 않는다.

특히 클록 주파수 측면만을 본다면 인텔의 펜티엄Ⅲ 1.13㎓가 현재 가장 빠른 CPU다.

펜티엄Ⅲ 1.13㎓는 1㎓ 제품과 마찬가지로 일반 사용자 시장을 노리고 만든 것이 아니며 그 생산량도 매우 제한적이라서 실제로 시장에서 제품을 구입하기란 어렵다.

이 제품은 델·HP 등 외국의 유명 PC 제조업체 일부에만 제한적으로 공급되고 있으며 소비자가 이 제품을 구입하려면 4·4분기나 돼야 가능할 것으로 추정된다.

지난 3월에 인텔이 발표한 1㎓의 펜티엄Ⅲ도 시장에서 보기 어려우며 현재 소량으로 특별한 냉각 솔루션이 필요 없는 제품이 서서히 시장에 나타나기 시작하고 있다.

인텔은 과거 개발자 콘퍼런스에서 현재 코퍼마인 코어로 예정치보다 높은 1.2㎓까지 출시할 수 있을 것이라고 발표한 바 있다. 하지만 AMD가 경쟁적으로 1.2㎓ 이상의 프로세서를 출시하지 않는다면 이 제품이 코퍼마인 코어의 마지막 CPU가 될 가능성이 높다.

동작 클록과 성능이 반드시 정비례하는 함수관계에 있는 것은 아니지만 첨단 기술이 속속들을 적용한 펜티엄Ⅲ와 애슬론에 있어 그 성능은 현재로서는 동작 클록에 달려 있다고 하겠다. 펜티엄Ⅲ 1.13㎓는 일반적인 인터넷 작업, 문서 작업, 그래픽 작업과 게임·연산 능력에 있어 130㎒가 처져 있는 AMD의 선더버드를 앞서고 있다.

하지만 이 프로세서는 비록 인텔이 발표를 했다고 해서 직접적으로 구매하는 것은 거의 불가능하다. 이 프로세서는 극히 제한적으로 판매되고 있으며 미국 유명 PC업체에 소수만이 공급되기 때문에 실제 인텔은 이 프로세서 출시와 판매로 인해 이윤을 창출하는 것보다는 인텔이 선두라는 이미지를 일반 대중들에게 심기 위한 것으로 보인다.

<별도박스처리 시작>

인텔 CPU의 미래

(설명)인텔과 AMD의 향후 CPU 개발 로드맵.

AMD는 지난 14일 가격인하를 단행했는데, 이 중 가장 큰 폭으로 가격을 하락시킨 것이 1㎓ 선더버드다. 약 900달러의 가격으로 출하됐던 이 CPU는 현재 540달러의 가격으로 하락해 곧 일반 사용자의 PC에서도 데뷔전을 치를 수 있을 것으로 보인다. 인텔의 1㎓ CPU의 경우 외국 시장에서 현재 1100달러에 판매되고 있다.

올해 내내 CPU 공급이 원활하지 못했던 인텔도 3·4분기를 기점으로 본격적인 1㎓ CPU 판매에 나설 것으로 보인다. 일단 사용자가 실제 살 수 있는 수량이 시장에 풀려 있는 것은 AMD이기에 AMD가 공급상의 문제를 해결하고 있음을 알 수 있으며 또한 큰 폭의 가격인하로 인해 적극적인 시장 접근을 모색하고 있음을 알 수 있다.

하지만 1.13㎓ 펜티엄Ⅲ의 출시로 인텔의 새 프로세서가 당분간 모습을 보이지 않는 것은 아니다.

일단 인텔의 가장 큰 희망은 올해 말에 출시될 펜티엄4다. 이 프로세서는 400㎒의 FSB(Front Side Bus)를 사용해 추적 캐시, 동작 클록의 2배로 동작하는 정수 연산 유닛(ALU:Arithmetic Logic Unit)을 탑재하고 20단계의 하이퍼 파이프라인을 채택해 효율성을 높이고 있으며 무려 144개의 새로운 멀티미디어 명령어 SSE2로 무장하게 된다.

이 프로세서는 최소 1.4㎓ 이상의 속도로 데뷔할 예정이며 이를 지원하는 850 칩세트도 같이 출시될 예정이다.

펜티엄4의 출시가 펜티엄Ⅲ의 단종으로 이어지지는 않을 전망이다. 인텔은 내년 중순 이후 펜티엄Ⅲ의 공정을 0.13미크론으로 향상시키고 FSB도 200㎒로 올릴 계획이다. 인텔은 펜티엄4를 고급 기종 시장에, 펜티엄Ⅲ를 보급형 기종 시장에 판매할 것으로 보인다. 따라서 펜티엄4가 출시돼도 최소 1년간 펜티엄Ⅲ는 지속적으로 출시될 것이다.

AMD의 대항

선더버드 프로세서와 보급형인 듀론 프로세서의 순조로운 데뷔로 상한가를 치고 있는 AMD는 곧 1.1㎓의 선더버드 출시를 시작으로 순차적으로 1.2㎓, 1.25㎓, 1.3㎓의 프로세서를 올해중으로 출시하며 내년 초순에 1.4㎓의 프로세서를 출시할 예정이다.

또한 내년 초순경에는 애슬론의 최상위 기종인 코드명 머스탱을 출시할 계획이다. 이 프로세서는 최소 1.5㎓ 이상의 속도로 데뷔하며 1MB 이상의 대용량 L2 캐시를 코어에 내장하고 고급 워크스테이션이나 서버를 타깃으로 출시될 예정이다.

또한 DDR 메모리를 적극적으로 지원하는 AMD는 올해 4·4분기중으로 DDR 메모리를 지원하는 760 칩세트를 출시하며 이 칩세트는 다중 프로세서도 지원한다. 또한 AMD를 지원하는 칩세트 제조업체인 VIA·SiS에서도 DDR 메모리를 지원하는 애슬론용 칩세트를 잇달아 발표할 예정이어서 이 부문에서 인텔과의 다시 한번 뜨거운 경쟁이 예상된다.

<별도박스처리 끝>

프로세서 성능 테스트

테스트 환경

펜티엄Ⅲ

메인보드:기가바이트 GA-6CX7 (i820 칩세트)

메모리:삼성 램버스 PC800 128MB

애슬론

메인보드:아수스 K7V(KX133)

메모리:현대 PC133 128MB

선더버드

메인보드:솔텍 SL-75KV(KT133)

메모리:현대 PC133 128MB

공통 사항

그래픽카드:엘사 이레이저 X2(지포스256 DDR)

하드디스크:웨스턴디지털 136BA

정수 연산 성능

먼저 기본적인 CPU 성능을 알아볼 수 있는 정수 연산 능력을 테스트해봤다. 테스트 프로그램은 패스마크와 윈벤치 99 그리고 산드라 2000프로를 사용했다. 각 프로그램의 항목 중 연산 기능을 테스트하는 항목을 중심으로 테스트를 진행했으며 수치는 높을수록 좋은 것이다.

테스트 결과를 살펴보면 패스마크 테스트는 펜티엄Ⅲ 1.13㎓가 선더버드에 비해 곱셈과 나눗셈에서 앞섰지만 덧셈과 뺄셈에서는 뒤지는 결과를 보였다. 그러나 펜티엄Ⅲ 933㎒나 선더버드 800㎒보다는 훨씬 높은 성능을 나타냈다.

반면 윈벤치 99나 산드라 2000프로 테스트에서는 펜티엄Ⅲ 1.13㎓가 여타의 CPU에 비해 월등히 뛰어난 결과를 보였다.

패스마크 테스트

(설명)표

윈벤치 99 테스트

산드라 2000프로 테스트

부동 소수 연산 성능

부동 소수점 연산 성능은 그래픽 작업의 성능을 좌우할 수 있는 것이다. 정수 연산과 달리 복잡한 연산을 수행하므로 CPU 성능이 높을수록 그 진가가 발휘되는 테스트이기도 하다. 테스트 프로그램으로는 정수 연산 테스트 때 사용한 것을 그대로 사용했다. 수치가 높을수록 성능이 높다는 의미다.

윈벤치 99나 산드라 2000프로의 결과는 펜티엄Ⅲ 1.13㎓가 다른 CPU에 비해 상당히 앞섰다. 특히 윈벤치 99에서는 선더버드 1㎓보다 펜티엄Ⅲ 1.13㎓가 10% 이상 높은 수치였다. 하지만 패스마크 테스트에서는 오히려 선더버드 1㎓가 펜티엄Ⅲ 1.13㎓보다 좋은 결과를 보였다. 이러한 수치는 동급일 경우 모든 AMD 제품에서 공통적으로 나타나는 것으로 AMD 제품이 부동 소수점 연산에 강하다는 것을 증명하고 있다.

패스마크 테스트

윈벤치 99 테스트

산드라 2000프로 테스트

멀티미디어/MMX성능

멀티미디어 처리 능력을 평가하는 테스트다. 인텔과 AMD는 멀티미디어 명령 처리기술이 각각 다른데 인텔은 MMX/SSE를, AMD는 MMX/3D Now!를 사용한다.

테스트는 패스마크와 산드라 2000프로를 사용했다. 수치는 높을수록 좋은 것이다.

대체적으로 결과는 클록 주파수에 비례해 펜티엄Ⅲ 1.13㎓의 성능이 가장 뛰어남을 증명했다. 다만 부동 소수점 연산 성능은 역시 AMD 제품이 강했다.

패스마크 MMX 테스트

산드라 2000프로 테스트

애플리케이션 성능

애플리케이션 성능 테스트는 실제 사무 환경에서 자주 사용하는 애플리케이션 프로구램 처리 능력을 알아보는 것이다.

이 테스트는 일반적인 사무 환경에서 많이 사용되는 웹브라우저, 오피스 프로그램과 그래픽 편집 프로그램, 사운드 편집 프로그램, 컴파일러 등 다양한 환경의 프로그램을 실제 실행시켜 그 성능을 수치로 만든 것이다.

테스트용 프로그램으로는 윈스턴 99와 시스마크 2000을 사용했다. 수치는 높을수록 성능이 뛰어난 것이다.

전체적으로 애슬론과 펜티엄Ⅲ의 우위를 쉽게 판단할 수 없을 정도로 클록 주파수에 비례한 결과였다. 한가지 흥미로운 것은 133㎒의 FSB를 사용하는 펜티엄Ⅲ 733이 100㎒의 FSB를 사용하는 펜티엄 750에 비해 약간 더 우수한 성능을 보여주고 있다는 것이다. 이 결과는 지금 인텔 프로세서에서는 FSB가 성능 향상에 상당히 병목 현상이 되고 있음을 잘 보여주고 있는 것이다.

그래프는 전체 테스트 결과를 항목별로 나눠 종합한 것이다.

윈스턴 99 테스트

시스마크 2000 테스트

게임 성능

퀘이크 3 아레나

(설명) 표

게임을 할 때 성능을 테스트하는 프로그램의 표준은 퀘이크 3 아레나다. 이 테스트를 할 때 최대한 그래픽카드의 영향을 줄이기 위해 해상도를 640×480으로 낮추고 모든 옵션을 끈 상태에서 테스트했다.

다른 테스트 결과와 비슷하게 모두 클록 주파수 속도와 비례한 성능을 보여주고 있으며 펜티엄Ⅲ 1.13㎓의 경우 초당 150프레임에 근접하는 엄청난 성능을 보여주고 있다.

펜티엄Ⅲ에 호환성 문제가 있는가.

호환성 테스트는 과거 탐스하드웨어 등의 외국 벤치마크 사이트에서 제기한 펜티엄Ⅲ 1.13㎓의 호환성 문제의 사실 여부를 가리기 위해 실시했다. 외국 벤치마크 사이트에 따르면 일부 메인보드에서 펜티엄Ⅲ 1.13㎓를 사용하면 아예 윈도가 설치되지 않거나 설치되더라도 애플리케이션을 실행할 때 다운되는 현상이 나타난다고 한다.

사실 여부를 확인하기 위해 마찬가지 환경인 아비트 BE6-2(440BX 칩세트) 메인보드에 PC133 메모리를 장착하고 윈도2000, 윈도98SE 등을 설치해 엄격한 테스트를 실시해 봤다. 결과적으로 어떠한 문제점도 발생하지 않았다.

이렇듯 다른 테스트 결과가 나타난 것은 펜티엄Ⅲ 1.13㎓에 두가지 모델이 있기 때문으로 추정된다. 하나는 큰 냉각팬과 방열판이 붙어 있는 모델이고, 다른 하나는 기존 공냉식 쿨러와 비슷하게 2개의 쿨러에 알루미늄 방열판이 붙어 있는 모델이다. 아마도 외국에서 테스트한 제품은 후자가 아닌가 생각된다.

만일 외국 사이트에서 말한 문제가 실제로 나타난다면 인텔은 CPU의 발열 문제에 더욱 신경을 써야 한다고 여겨진다.

1㎓ 이상의 시스템, 500㎒ 시스템 성능과 두배 차이가 날까.

간단한 프로세서 테스트에서는 두배 이상의 성능이 나지만 실제 사용자가 체감할 수 있는 성능은 30% 이내다. 이것은 전적으로 컴퓨터 시스템 자체에서 CPU의 성능이 중요한 역할을 하지만 전체적으로 프로세서 클록보다는 다른 부분에서의 성능 부조화가 병목현상을 불러일으킨다는 데 있다.

이는 사용자가 많이 접하는 애플리케이션에 따라서 더욱 그렇다. 그래픽 작업을 주로 하는 사용자의 경우는 그래픽카드, 많은 데이터를 하드드라이브에서 잦은 접속을 하게 되는 환경의 사용자의 경우는 하드드라이브가 이 병목 현상의 주요 원인이 될 수 있다.

현재로서는 대부분이 프로세서와 메모리 그리고 주변기기간의 대역폭이 프로세서 클록만큼의 성능을 내지 못하는 주요 병목 현상으로 인식되고 있으며, FSB의 대역폭을 늘리고 고속 메모리를 사용하며 새로운 칩세트 아키텍처의 도입으로 시스템의 각 버스 대역폭을 늘리는 방향으로 이 병목 현상을 해결하려 하고 있다.

펜티엄 4의 SDRAM 지원 배경

인텔은 애초에 펜티엄4 계획을 발표하면서 이 프로세서는 램버스D램만을 지원할 것이라고 발표했다. 그러나 한달전, 인텔은 기존의 입장을 180도 수정해 인텔의 차세대 프로세서도 일반 SD램을 지원할 것이라고 발표했다. 인텔이 왜 램버스D램을 고집하지 않고 SD램도 지원하는 것으로 전략을 수정했을까.

첫번째로 램버스D램의 가격이 인텔이 예측과 달리 하락하지 않았기 때문이다. 이것은 전적으로 메모리 업체에서 웨이퍼당 생산할 수 있는 메모리가 적어서 생산비용이 비싼 것도 있고 또 원하는 성능의 메모리를 생산할 수 있는 수율이 낮은 것도 한가지 이유가 된다.

현재 128MB의 PC133 메모리의 경우 20만원 이하에서 거래되고 있음에 비해 램버스 PC800 128MB 메모리의 경우 시장에서 구하기 어려울 뿐만 아니라 가격도 PC133 SD램에 비해 2∼3배에 달한다.

이로서 프로세서 판매 자체가 램버스 때문에 영향을 받으면 AMD와의 경쟁에서 자칫 1인자 위치를 놓치게 될 수도 있기 때문이다. AMD는 인텔과 반대로 PC133 SD램, DDR SD램을 지원할 것이라고 지속적으로 표명한 바 있다.

두번째로 인텔과 램버스가 지난 97년 맺은 계약에 의하면 인텔은 램버스의 라이선스를 사용하면서 메모리 이외의 메모리를 주류 메모리로 2003년까지 지원하지 않겠다는 계약을 맺었는데 이것이 인텔에 그간 상당히 압박감으로 작용했을 가능성이 크다는 것이다. 이로 인해 인텔은 프로세서 시장만큼이나 거대한 칩세트 시장을 경쟁 칩세트 업체인 대만 업체에 넘겨야 할 처지에 다다른 것도 인텔에는 적지 않은 부담으로 작용했을 것이다.

세번째로 인텔은 PC133 SD램을 지원하는 815 칩세트를 발표하면서 램버스D램을 지원하는 820 칩세트의 성능 테스트 결과를 인텔의 웹사이트에 공식적으로 발표했다. 그런데 공교롭게도 이 결과에서 PC133 SD램의 815 칩세트가 PC800 메모리를 사용한 820 칩세트와의 테스트 결과보다 좋은 성능을 보여주어 램버스 메모리가 다시 한번 구설수에 오르게 됐다.

이로서 현재의 플랫폼 상황에서는 가격대 성능비로 램버스D램보다 SD램이 더 우수하다는 결론에 내부적으로 도달했을 수도 있다.

<분석=김건중 nude@kbench.com>