쿼드코어의 최초로 내놓은 것은 인텔이지만 일부에서 인텔의 쿼드코어인 켄츠필드에 대해 탐탁치 않은 시선을 보내기도 한다. 콘로 코어 2개가 패키징되었을 뿐인 쿼드코어 켄츠필드는 단순히 두개의 코어가 모인 것이기 때문에 쿼드코어라 볼 수 없다는 것이다. 듀얼 코어인 콘로보다 확실히 향상된 성능을 보이고 있음에도 일부지만 혹평을 듣고 있다는 것은 무언가 비교되는 다른 것이 있어서가 아닐까? 일부에서 주장하는 진정한 쿼드코어란 무엇인가?

AMD는 진정한 쿼드코어라 할 수 있는 바르셀로나 코어를 출시할 예정이다. AMD의 바르셀로나는 65nm 공정으로 제조된 4개의 코어가 한 다이에 장착된 최초의 쿼드코어 CPU가 될 전망이다. AMD는 이를 'native' 쿼드코어 솔루션이라 칭하고 있다.

사실 4개의 코어를 한다이에 넣는다는 것은 수율 면에서 볼때 꽤 불리한 조건임은 확실하다. 켄츠필드의 경우 멀쩡한 콘로 코어 2개만 있으면 하나가 완성된다. 즉, 제조공정의 불량률로 따져본다면 약 2배의 위험성을 안고 출발하는 것이다.

아래 복잡한 그림은 AMD 바르셀로나 코어의 내부 구조를 도식화한 그림이다. 우리가 현재 쓰고 있는 K8 아키텍쳐 기반의 AMD 애슬론64 X2 CPU가 9층, 경쟁 제품인 코어2 듀오도 8층의 메탈레이어를 쓴 반면 4개의 코어가 하나의 다이에 집적된 바르셀로나는 11층의 메탈레이어를 쓰고 있다.

약 4억 6300만개의 트랜지스터가 집적된 바르셀로나 코어는 2MB의 L3 캐쉬를 내부에 구성하고 있다. 5억 8200만개의 트랜지스터 집적도를 보이는 인텔 켄츠필드에 비하면 조금 적은 숫자인데 이는 캐쉬의 차이에서 비롯된 것이다. 사실 CPU에 집적되는 트랜지스터의 상당수가 캐쉬에 사용된다.

바르셀로나는 코어당 128KB의 L1캐쉬와 512KB의 L2캐쉬가 구성되며, 전체 4개의 코어가 공유해 사용하는 2MB의 L3 캐쉬를 가진다. 따라서 바르셀로나에 구성된 캐쉬의 용량은 약 4.5MB 정도가 된다. 코어당 64KB의 L1 캐쉬와 4MB의 L2 캐쉬가 구성돼 전체적으로 8.25MB의 캐쉬를 가진 켄츠필드에 비하면 약 절반의 캐쉬를 가지게 되는 셈이다.

캐쉬의 용량은 절반 정도지만 전체 트랜지스터의 개수에서는 25% 정도만 작다는 것은 그만큼 코어나 메모리 콘트롤러 파트에 집적된 트랜지스터의 용량이 많다는 것을 의미한다. 바르셀로나 코어의 코어부에 집적된 트랜지스터의 개수는 약 2억 4700만개이다.

이전 K8 아키텍쳐 제품들과 비교해 바르셀로나 코어에서 가장 특징적인 것이 바로 명령어 처리 방식이 모두 2배로 증가했다는 것이다. 이전 K8 아키텍쳐 CPU들은 SSE 처리, 인스트럭션 패치 대역폭, 데이터 캐쉬 대역폭, L2 대역폭이 모두 64비트에 기반한 것들이었다. 바르셀로나 아키텍쳐는 이 모든 기반들이 128비트로 바뀌게 되는데 이는 아래 그림을 보면 이해가 빠르다. 한 클럭에 실행할 수 있는 명령의 대역폭이 2배가 되었다는 것은 마치 2차선 도로가 4차선 도로로 바뀐 것과 같다.

특히 128비트 SSE (Streaming SIMD Extention)는 명령 자체가 매우 길고 복잡하기 때문에 인스트럭션 패치나 데이터 캐쉬의 대역폭도 매우 중요하다. 바르셀로나는 이 모든 통로를 128비트로 통일해 기존 K8 아키텍쳐가 가진 병목 현상을 해결 했다.

인텔은 작년에 코어 아키텍쳐를 발표하면서 이미 Advanced Digital Media Boost라는 이름의 128비트 SSE 기술을 코어2 듀오 CPU에 탑재하고 있다. AMD 역시 128비트 SSE 기술이 시작되는 바르셀로나 코어부터 취약했었던 비디오 프로세싱과 같은 멀티미디어 작업에서 뛰어난 성능을 기대할 수 있게 된다.

SSE와 함께 메모리 콘트롤러도 비약적인 발전을 이루었다. AMD의 플랫폼은 메모리 콘트롤러를 내장하는 방식을 취하고 있는데 이전 K8 플랫폼과 바르셀로나는 서로 비슷하지만 다른 메모리 콘트롤 통로를 갖추게 된다.

K8 플랫폼과 바르셀로나는 모두 128비트의 메모리 콘트롤러를 가지게 되는데 K8 플랫폼이 단일 128비트 통로인데 반해 바르셀로나의 경우 이 128비트의 통로를 두개로 쪼개 두개의 64비트 통로를 구성하고 있다. 이 쪼개진 두개의 콘트롤러가 서로 독립적으로 작동하므로 메모리 콘트롤러의 효율성이 증대된다. 특히 바르셀로나와 같은 4개 이상의 멀티 코어에는 각 코어별로 다양한 쓰레드들이 동시에 엑세스되어야 할 경우가 많으므로 그 효과는 더욱 증대된다.

AMD는 경쟁사인 인텔에 비해 상대적으로 적은 내부 캐쉬를 채용해 왔는데 이는 인텔과 AMD CPU의 구조적인 차이점에서 기인된 것이었다. AMD의 경우 메모리 콘트롤러가 CPU 내부에 내장되어 CPU 코어와 동일한 속도로 움직이기 때문에 인텔 CPU에 비해 상대적으로 캐쉬 메모리의 중요성이 덜했던 것도 사실이다.

AMD의 바르셀로나는 여전히 메모리 콘트롤러를 CPU안에 내장하게 되지만 모든 코어가 공유하는 새로운 2MB의 L3 캐쉬를 내장하게 된다. L2 캐쉬를 늘리지 않고 L3 캐쉬를 두게 된 것은 L2 캐쉬를 늘려 4개에 이르는 코어의 캐쉬 효율을 높이기에는 많은 자원이 소모되기 때문이다. 따라서 기존 L1/L2 캐쉬 구조에 L3 캐쉬를 더해 멀티코어의 성능을 극대화 하는 것이 AMD 바르셀로나가 L3 캐쉬를 장착하게 된 배경이다.

이외에도 AMD의 바르셀로나에 이르러 소개되는 다양한 구조와 기능들이 있는데 이는 AMD 바르셀로나 코어의 실제품이 나오면 좀 더 자세하게 소개하기로 하고, 오늘은 대략 이정도의 맛배기로 그치도록 하겠다.

모두가 알고 있는 것처럼 인텔의 코어 아키텍쳐는 기존의 속도올리기 경쟁에서 벗어나 멀티코어의 진수를 보여주는 뛰어난 것이었다. AMD는 2003년 도입된 K8 이후 이렇다할 움직임을 보여주지 못한채 여러해를 지내고 있었지만 분명한 것은 바르셀로나를 통해 인텔과 같은 새로운 면모를 보여줄 것이라는 것이다.

AMD의 바르셀로나가 적용된 옵테론 프로세서는 올 중반이면 약 2.1GHz ~ 2.3GHz의 속도로 선보여질 예정에 있다. 데스크탑으로 눈을 돌려 2.7 ~ 2.9GHz의 속도를 갖는 Agena 코어와 듀얼 코어인 Kuma 코어 제품이 올 연말이면 출시될 것이다. 올 연말 어떤 싸움이 벌어질지 아무도 예상할 수 없다. 중요한 것은 AMD가 지금 서두르지 않으면 인텔은 한발짝 더 멀리 가 있을 것이고 결국 비경쟁으로 인한 비용은 모두 우리와 같은 일반 유저들이 부담하게 되지 않을까 싶다.