컴퓨터 프로세서 특성

프로세서의 중요한 특성은 다음과 같습니다.

프로세서의 가장 기본이 되는 정의 특성은 제조사(AMD 또는 Intel)와 모델명입니다. 두 회사의 경쟁 모델들이 유사한 기능과 성능을 제공하더라도, AMD 프로세서를 Intel 호환 마더보드에 설치하거나 그 반대로 설치할 수는 없습니다.

프로세서의 또 다른 정의 특성은 설계상 장착되는 소켓입니다. 예를 들어, 소켓 478 마더보드의 프로세서를 교체하는 경우 해당 소켓에 맞게 설계된 교체용 프로세서를 선택해야 합니다. 표 5-1은 프로세서 소켓별 업그레이드 가능성에 관한 문제를 설명합니다.

표 5-1: 프로세서 소켓 유형별 업그레이드 가능성

메가헤르츠(MHz) 또는 기가헤르츠(GHz)로 표시되는 프로세서의 클록 속도는 성능을 결정하지만, 서로 다른 프로세서 라인업 간에는 클록 속도가 별다른 의미가 없습니다. 예를 들어, 3.2 GHz Prescott 코어 Pentium 4는 3.0 GHz Prescott 코어 Pentium 4보다 상대적인 클록 속도가 시사하듯 약 6.7% 더 빠릅니다. 하지만 3.0 GHz Celeron 프로세서는 2.8 GHz Pentium 4보다 느린데, 이는 주로 Celeron의 L2 캐시가 더 작고 호스트 버스 속도가 더 느리기 때문입니다. 마찬가지로, 1.3 GHz로 출시된 Pentium 4의 성능은 실제로 교체 대상이었던 1 GHz Pentium III 프로세서보다 낮았습니다. 이는 Pentium 4 아키텍처가 초기 Pentium III 아키텍처보다 클록당 효율성이 떨어지기 때문에 발생한 사실입니다.

클록 속도는 AMD 프로세서와 Intel 프로세서를 비교하는 데에는 쓸모가 없습니다. AMD 프로세서는 Intel 프로세서보다 훨씬 낮은 클록 속도로 작동하지만, 클록 틱당 약 50% 더 많은 작업을 수행합니다. 대체로 2.0 GHz로 작동하는 AMD Athlon 64는 3.0 GHz로 작동하는 Intel Pentium 4와 거의 동일한 종합 성능을 보여줍니다.

'''모델 번호 대 클록 속도'''

AMD는 Intel에 비해 항상 클록 속도 측면에서 불리하기 때문에, 클록 속도 대신 모델 번호를 사용하여 프로세서를 지정합니다. 예를 들어 2.0 GHz로 작동하는 AMD Athlon 64 프로세서의 모델 번호는 3000+일 수 있는데, 이는 해당 프로세서가 3.0 GHz Intel 모델과 대략 비슷한 성능을 가짐을 의미합니다. (AMD는 자사의 모델 번호가 Intel 클록 속도와 비교하려는 의도가 아님을 강력히 부인하지만, 지식 있는 관찰자들은 이러한 부인을 무시합니다.)

Intel은 과거에 동일한 속도로 작동하더라도 호스트 버스 속도, 코어 또는 기타 특성이 다른 프로세서를 구분하기 위해 문자 지정을 사용했습니다. 예를 들어 2.8 GHz Northwood 코어 Pentium 4 프로세서는 세 가지 변종으로 제작되었습니다. Pentium 4/2.8은 400 MHz FSB를, Pentium 4/2.8B는 533 MHz FSB를, Pentium 4/2.8C는 800 MHz FSB를 사용했습니다. Intel이 새로운 Prescott 코어 기반의 2.8 GHz Pentium 4를 출시했을 때, 이를 Pentium 4/2.8E로 지정했습니다.

흥미롭게도 Intel 또한 클록 속도를 식별자로 사용하는 방식을 포기했습니다. 몇몇 구형 모델을 제외하면 모든 Intel 프로세서는 이제 모델 번호로 지정됩니다. 모델 번호에 클록 속도의 흔적이 남아 있는 AMD와 달리, Intel의 모델 번호는 클록 속도와 완전히 분리되어 있습니다. 예를 들어 Pentium 4 540은 3.2 GHz로 작동하는 특정 프로세서 모델을 지정합니다. 3.4, 3.6, 3.8 GHz로 작동하는 해당 프로세서 모델은 각각 550, 560, 570으로 지정됩니다.

프런트 사이드 버스 속도(front-side bus speed), FSB 속도 또는 간단히 FSB라고도 불리는 호스트 버스 속도는 프로세서와 칩셋 간의 데이터 전송 속도를 지정합니다. 호스트 버스 속도가 빠를수록 같은 클록 속도로 작동하는 프로세서라도 프로세서 성능이 향상됩니다. AMD와 Intel은 메모리와 캐시 사이의 경로를 구현하는 방식이 다르지만, 본질적으로 FSB는 초당 최대 가능한 데이터 블록 전송 횟수를 나타내는 수치입니다. 실제 호스트 버스 클록 속도가 100 MHz일 때, 클록 사이클당 4번의 데이터 전송이 가능하다면(이를 "쿼드 펌프드(quad-pumped)"라고 함), 유효 FSB 속도는 400 MHz가 됩니다.

예를 들어 Intel은 400, 533, 800 또는 1066 MHz의 호스트 버스 속도를 사용하는 Pentium 4 프로세서를 생산했습니다. 800 MHz 호스트 버스 속도를 가진 2.8 GHz Pentium 4는 533 MHz 호스트 버스 속도의 Pentium 4/2.8보다 약간 더 빠르며, 이는 다시 400 MHz 호스트 버스 속도의 Pentium 4/2.8보다 약간 더 빠릅니다. Intel이 저가형 Celeron 프로세서를 차별화하기 위해 사용하는 한 가지 조치는 현재의 Pentium 4 모델에 비해 호스트 버스 속도를 낮추는 것입니다. Celeron 모델은 400 MHz 및 533 MHz 호스트 버스 속도를 사용합니다.

모든 소켓 754 및 소켓 939 AMD 프로세서는 800 MHz 호스트 버스 속도를 사용합니다. (실제로 AMD는 Intel과 마찬가지로 호스트 버스를 200 MHz로 작동시키지만, 쿼드 펌프 방식을 통해 유효 속도를 800 MHz로 만듭니다.) 소켓 A Sempron 프로세서는 166 MHz 호스트 버스를 사용하며, 더블 펌프 방식을 통해 유효 333 MHz 호스트 버스 속도로 작동합니다.

프로세서는 프로세서와 상대적으로 느린 메인 메모리 사이의 전송을 버퍼링하여 성능을 향상시키기 위해 두 가지 유형의 캐시 메모리를 사용합니다. L1 캐시(Level 1 캐시)의 크기는 프로세서 재설계 없이는 변경할 수 없는 프로세서 아키텍처의 특징입니다. 반면 L2 캐시(Level 2 캐시)는 프로세서 코어 외부에 존재하므로, 프로세서 제조사가 동일한 프로세서를 다양한 L2 캐시 크기로 생산할 수 있습니다. 예를 들어, Pentium 4 프로세서의 다양한 모델은 512 KB, 1 MB 또는 2 MB L2 캐시로 제공되며, 다양한 AMD Sempron 모델은 128 KB, 256 KB 또는 512 KB L2 캐시로 제공됩니다.

일부 애플리케이션, 특히 소규모 데이터 세트에서 작동하는 애플리케이션의 경우 L2 캐시가 클수록 프로세서 성능이 눈에 띄게 증가하며, 특히 Intel 모델에서 더욱 그렇습니다. (AMD 프로세서에는 내장 메모리 컨트롤러가 있어 더 큰 L2 캐시의 이점을 어느 정도 상쇄합니다.) 대규모 데이터 세트에서 작동하는 애플리케이션의 경우 L2 캐시가 커도 이점은 미미합니다.

'''안타까운 예외, Prescott'''

Intel이 Pentium 4 프로세서를 구형 130 nm Northwood 코어에서 신형 90 nm Prescott 코어로 이전했을 때 전력 소비와 발열이 급증했다는 사실은 Intel을 포함한 모든 이에게 충격이었습니다. 이는 Prescott이 Northwood를 단순히 다이 축소(die shrink)한 것이 아니었기 때문입니다. 대신 Intel은 Northwood 코어를 완전히 재설계하여 SSE3와 같은 기능을 추가하고 기본 아키텍처를 대대적으로 변경했습니다. (당시 우리는 이러한 변경 사항이 Prescott 코어 프로세서를 Pentium 5로 명명할 가치가 충분하다고 생각했지만, Intel은 그렇게 하지 않았습니다.) 안타깝게도 아키텍처의 급격한 변화는 전력 소비와 발열의 급격한 증가를 초래하여 공정 크기 감소로 기대되었던 이점을 압도했습니다.

공정 크기는 fab(rication) 크기라고도 하며, 나노미터(nm) 단위로 지정되고 프로세서 다이에서 가장 작은 개별 요소의 크기를 정의합니다. AMD와 Intel은 각 실리콘 웨이퍼에서 더 많은 프로세서를 얻어 프로세서당 생산 비용을 절감하기 위해 공정 크기를 줄이려는 시도(이를 다이 축소(die shrink)라고 함)를 지속하고 있습니다. Pentium II와 초기 Athlon 프로세서는 350 nm 또는 250 nm 공정을 사용했습니다. Pentium III와 일부 Athlon 프로세서는 180 nm 공정을 사용했습니다. 최근의 AMD 및 Intel 프로세서는 130 nm 또는 90 nm 공정을 사용하며, 향후 프로세서는 65 nm 공정을 사용할 예정입니다.

공정 크기가 중요한 이유는 다른 모든 조건이 동일할 때, 공정 크기가 더 작은 프로세서가 더 빠르게 작동하고, 더 낮은 전압을 사용하며, 전력 소모가 적고, 발열이 적기 때문입니다. 특정 시점에 출시되는 프로세서들은 종종 서로 다른 fab 크기를 사용합니다. 예를 들어 한때 Intel은 180, 130, 90 nm 공정 크기를 사용하는 Pentium 4 프로세서를 판매했고, AMD는 동시에 250, 180, 130 nm fab 크기를 사용하는 Athlon 프로세서를 판매했습니다. 업그레이드용 프로세서를 선택할 때는 fab 크기가 더 작은 프로세서를 우선 선택하세요.

서로 다른 프로세서 모델은 서로 다른 기능 세트를 지원하며, 일부는 중요할 수 있지만 다른 일부는 전혀 중요하지 않을 수 있습니다. 모든 프로세서는 아니지만 일부 최신 프로세서에서 제공되는 5가지 잠재적으로 중요한 기능은 다음과 같습니다. 이러한 모든 기능은 Windows 및 Linux의 최신 버전에서 지원됩니다.

Intel이 개발하여 현재 대부분의 Intel 프로세서와 일부 AMD 프로세서에서 사용할 수 있는 SSE3(Streaming Single-Instruction-Multiple-Data (SIMD) Extensions 3)는 비디오 처리 및 기타 멀티미디어 애플리케이션에서 흔히 접하는 특정 유형의 데이터 처리를 가속화하기 위해 설계된 확장 명령어 세트입니다. SSE3를 지원하는 애플리케이션은 이를 지원하지 않는 프로세서보다 SSE3를 지원하는 프로세서에서 10~15%에서 최대 100%까지 더 빠르게 실행될 수 있습니다.

최근까지 PC 프로세서는 모두 32비트 내부 데이터 경로로 작동했습니다. 2004년에 AMD는 Athlon 64 프로세서를 통해 64비트 지원을 도입했습니다. 공식적으로 AMD는 이 기능을 x86-64라고 부르지만, 대부분의 사람들은 AMD64라고 부릅니다. 중요한 점은 AMD64 프로세서가 32비트 소프트웨어와 하위 호환되며, 64비트 소프트웨어를 실행하는 것만큼이나 효율적으로 해당 소프트웨어를 실행한다는 것입니다. 32비트 호환성이 제한적인 자체 64비트 아키텍처를 옹호하던 Intel은 어쩔 수 없이 자체 버전의 x86-64를 도입하게 되었는데, 이를 EM64T(Extended Memory 64-bit Technology)라고 부릅니다. 현재로서는 대부분의 사람들에게 64비트 지원은 중요하지 않습니다. Microsoft는 64비트 버전의 Windows XP를 제공하며 대부분의 Linux 배포판은 64비트 프로세서를 지원하지만, 64비트 애플리케이션이 더 보편화되기 전까지 데스크톱 컴퓨터에서 64비트 프로세서를 실행하여 얻을 수 있는 실제적인 이점은 거의 없습니다. 이 상황은 Microsoft가 64비트 지원을 활용하는 Windows Vista를 (드디어) 출시하면 많은 64비트 애플리케이션을 파생시킬 것으로 예상되어 바뀔 수 있습니다.

AMD는 Athlon 64와 함께 NX(No eXecute) 기술을 도입했고, Intel은 곧바로 XDB(eXecute Disable Bit) 기술로 뒤를 이었습니다. NX와 XDB는 동일한 목적을 수행하며, 프로세서가 어떤 메모리 주소 범위가 실행 가능하고 어떤 범위가 실행 불가능한지 판단할 수 있게 합니다. 버퍼 오버런 공격(buffer-over-run exploit)과 같은 코드가 실행 불가능한 메모리 공간에서 실행을 시도하면 프로세서는 운영 체제에 오류를 반환합니다. NX와 XDB는 바이러스, 웜, 트로이 목마 및 유사한 공격으로 인한 피해를 줄일 수 있는 잠재력이 크지만, Windows XP 서비스 팩 2와 같이 보호된 실행을 지원하는 운영 체제가 필요합니다.

AMD와 Intel 모두 일부 프로세서 모델에 전력 절감 기술을 제공합니다. 두 경우 모두 모바일 프로세서에 사용된 기술이 전력 소비와 발열이 문제가 된 데스크톱 프로세서로 이전되었습니다. 본질적으로 이러한 기술은 프로세서가 유휴 상태이거나 가볍게 로드될 때 프로세서 속도를 줄여(그에 따라 전력 소비와 발열을 줄임) 작동합니다. Intel은 자사의 전력 절감 기술을 EIST(Enhanced Intel Speedstep Technology)라고 부릅니다. AMD 버전은 Cool'n'Quiet라고 합니다. 두 기술 모두 전력 소비, 발열 및 시스템 소음 수준을 작지만 유용하게 줄일 수 있습니다.

2005년경, AMD와 Intel은 모두 단일 프로세서 코어로 가능한 실질적인 한계에 도달했습니다. 분명한 해결책은 하나의 프로세서 패키지에 두 개의 프로세서 코어를 넣는 것이었습니다. 이번에도 AMD는 하나의 칩에 두 개의 Athlon 64 코어를 긴밀하게 통합한 우아한 Athlon 64 X2 시리즈 프로세서로 앞서 나갔습니다. 다시 한번 추격자의 입장이 된 Intel은 이를 악물고 Pentium D라고 부르는 듀얼 코어 프로세서를 급하게 내놓았습니다. 공학적으로 설계된 AMD 솔루션은 높은 성능과 거의 모든 구형 소켓 939 마더보드와의 호환성을 포함하여 여러 이점이 있습니다. 사실상 두 개의 Pentium 4 코어를 통합하지 않고 하나의 칩에 붙이는 방식으로 급조된 Intel 솔루션은 두 가지 타협을 낳았습니다. 첫째, Intel 듀얼 코어 프로세서는 이전 마더보드와 하위 호환되지 않아 새로운 칩셋과 새로운 마더보드 시리즈가 필요합니다. 둘째, Intel은 기존 코어 2개를 하나의 프로세서 패키지에 붙이기만 했기 때문에 전력 소비와 발열이 극도로 높아져서, 가장 빠른 단일 코어 Pentium 4 모델에 비해 Pentium D 프로세서의 클록 속도를 낮춰야 했습니다.

그렇긴 하지만 Athlon 64 X2가 무조건적인 승자는 아닙니다. Intel이 Pentium D의 가격을 매력적으로 책정하는 현명함을 발휘했기 때문입니다. 가장 저렴한 Athlon X2 프로세서는 가장 저렴한 Pentium D 프로세서보다 두 배 이상 비싸게 판매됩니다. 가격은 분명히 하락하겠지만 가격 차이가 크게 변할 것으로 기대하지는 않습니다. Intel은 생산 능력에 여유가 있는 반면 AMD는 프로세서 제조 능력에 상당한 한계가 있어, 당분간 AMD 듀얼 코어 프로세서는 프리미엄 가격이 책정될 가능성이 높습니다. 불행히도 이는 대부분의 사람들에게 듀얼 코어 프로세서가 합리적인 업그레이드 옵션이 아님을 의미합니다. Intel 듀얼 코어 프로세서는 합리적인 가격이지만 마더보드 교체가 필요합니다. AMD 듀얼 코어 프로세서는 기존 소켓 939 마더보드를 사용할 수 있지만, 프로세서 자체가 너무 비싸서 대부분의 업그레이드 사용자에게는 적합한 후보가 되기 어렵습니다.

'''하이퍼스레딩 대 듀얼 코어'''

일부 Intel 프로세서는 두 개의 프로그램 스레드를 동시에 실행할 수 있게 해주는 ''하이퍼스레딩 기술(HTT)''을 지원합니다. HTT를 사용하도록 설계된 프로그램은 HTT가 활성화된 프로세서에서 유사한 비-HTT 모델보다 10~30% 더 빠르게 실행될 수 있습니다. (HTT를 활성화했을 때보다 비활성화했을 때 더 느리게 실행되는 프로그램이 있는 것도 사실입니다.) HTT와 듀얼 코어를 혼동하지 마세요. HTT 프로세서는 때때로 여러 스레드를 실행할 수 있는 하나의 코어를 가지고 있으며, 듀얼 코어 프로세서는 항상 여러 스레드를 실행할 수 있는 두 개의 코어를 가지고 있습니다.

프로세서 코어는 기본적인 프로세서 아키텍처를 정의합니다. 특정 이름으로 판매되는 프로세서는 여러 코어 중 하나를 사용할 수 있습니다. 예를 들어, 최초의 Intel Pentium 4 프로세서는 Willamette 코어를 사용했습니다. 이후 Pentium 4 변종은 Northwood 코어, Prescott 코어, Gallatin 코어, Prestonia 코어 및 Prescott 2M 코어를 사용했습니다. 마찬가지로 다양한 Athlon 64 모델이 Clawhammer 코어, Sledgehammer 코어, Newcastle 코어, Winchester 코어, Venice 코어, San Diego 코어, Manchester 코어 및 Toledo 코어를 사용하여 생산되었습니다.

코어 이름을 사용하는 것은 수많은 프로세서 특성을 간략하게 지정하는 편리한 줄임말 방식입니다. 예를 들어 Clawhammer 코어는 130 nm 공정, 1,024 KB L2 캐시를 사용하며 NX 및 X86-64 기능을 지원하지만 SSE3나 듀얼 코어 작동은 지원하지 않습니다. 반대로 Manchester 코어는 90 nm 공정, 512 KB L2 캐시를 사용하며 SSE3, X86-64, NX 및 듀얼 코어 기능을 지원합니다.

프로세서 코어 이름을 소프트웨어 프로그램의 메이저 버전 번호와 비슷하다고 생각할 수 있습니다. 소프트웨어 회사가 메이저 버전 번호를 변경하지 않고도 사소한 업데이트를 자주 출시하는 것처럼, AMD와 Intel도 코어 이름을 변경하지 않고 코어에 사소한 업데이트를 자주 수행합니다. 이러한 사소한 변경 사항을 코어 스테핑이라고 합니다. 프로세서가 사용하는 코어가 마더보드와의 하위 호환성을 결정할 수 있기 때문에 코어 이름의 기본 사항을 이해하는 것이 중요합니다. 스테핑은 일반적으로 덜 중요하지만 주목할 가치가 있습니다. 예를 들어 특정 코어가 B2 및 C0 스테핑으로 제공될 수 있습니다. 후기 C0 스테핑은 이전 스테핑에 비해 버그 수정, 더 낮은 발열 또는 기타 이점을 제공할 수 있습니다. 듀얼 프로세서 마더보드(단일 소켓의 듀얼 코어 프로세서와 달리 프로세서 소켓이 두 개인 마더보드)에 두 번째 프로세서를 설치하는 경우 코어 스테핑은 더욱 중요합니다. 듀얼 프로세서 마더보드에서 코어나 스테핑을 절대 혼합하지 마세요. 그곳은 광기(혹은 재앙)로 가는 길입니다.

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