[자료제공: 인텔]
인텔에서 제공하는 ‘비하인드 더 빌더스’ 시리즈는 인텔의 최첨단 기술을 개발하는 개발자 및 전문가들의 개발 후기와 배경, 개발자 및 전문가로서의 개인적인 경험 등을 소개하는 시리즈입니다.
비하인드 더 빌더스: 아리크 기혼, 12세대 인텔 코어 프로세서 전력 관리 수석 아키텍트가 최고의 성능 제공과 소비 전력 간 균형을 맞추는 방법을 소개한다.
오늘날 마이크로칩의 설계 및 제작 과정은 물론 칩 자체를 이해하는 것 또한 매우 복잡하다. 반면, 마이크로칩 작동 원리는 매우 간단하다. 전기 신호가 마이크로칩에 입력되고, 칩 내부에서 어떤 일이 발생한 후, 전기 신호가 마이크로칩에서 출력된다. 이게 마이크로칩의 동작 원리의 전부다.
아리크 기혼 인텔 칩 수석 아키텍트는 이러한 입출력 전력 부문 전문가다. 아리크는 인텔 이스라엘 설계 센터에서 근무하고 있으며, 코드명 앨더 레이크인 12세대 인텔 코어 프로세서 제품군의 수석 전력 관리 아키텍트다.
전력 관리는 빠르게 변화하는 사용자의 요구사항을 계속해서 최대한 효율적으로 처리하는 것을 의미한다. 여기에는 컴퓨터의 온도 유지, 배터리 사용시간 확보는 물론 사용자가 컴퓨터를 통해 처리하고자 하는 모든 작업을 지원하는 것이 포함된다.
아리크는 전력 통제가 “기본적으로 CPU의 동작 방식을 정의하는 행위”라고 말했다.
이 과정에서 CPU는 더욱 복잡한 상황에 직면한다. 컴퓨터 사용자의 업무를 빠르게 처리하기 위해 칩에 더욱 높은 전력을 제공할 수 있으나, 이 과정에서 높은 발열과 배터리 사용이 따를 수 있으며, 성능이 저하될 수 있다.
예를 들면, 무어의 법칙에 따라 칩의 내부 구성 요소의 크기가 작아질수록 면적 당 부품 수가 증가하게 되며, 이로 인해 열 관리가 어려워진다. (아리크는 더 낮은 전압이긴 하지만 손톱만한 크기의 칩을 통해 흐르는 전류가 집 한 채보다 크다고 밝혔다.)
또한, 최첨단 실리콘의 가격은 매우 비싼 관계로 1평방밀리미터 당 높은 프리미엄이 붙는다. 아리크는 “면적이 곧 돈”이라고도 말했다.
다행스럽게도 인텔은 복잡성을 해결할 수 있는 독창적인 기술을 보유하고 있다. 아리크는 “칩 설계자가 된다는 것은 매우 멋진 일”이라고 말했다. 아리크는 공정 기술, 아키텍처, 소프트웨어, 패키징, 메모리 등 다양한 부분에 대한 전문지식을 보유하고 있다. 아리크는 전 세계적으로 경쟁이 심화된 환경에서 인텔 전사 차원에서 “큰 일”을 하도록 독려하고 있기 때문에 “어떤 일이든 할 수 있다”고 말했다.
“어떤 일이든 할 수 있다”는 것에는 12세대 코어 프로세서에서 지원하는 새로운 ‘고성능 하이브리드’ 아키텍처를 소개하는 것도 포함된다. 12세대 인텔 코어 프로세서는 한 번에 여러 작업을 처리할 수 있도록 지원하는 작은 크기의 에피션트 코어(E-코어)와 지금까지 인텔이 생산했던 그 어떤 것보다 높은 코어당 성능을 제공1하는 큰 크기의 퍼포먼스 코어(P-코어)가 함께 포함된다.
아리크는 12세대 인텔 코어 프로세서의 하이브리드 설계는 대부분의 하이브리드 설계가 추구하는 성능 보다는 효율성 극대화가 목적이 아니라, 오히려 성능 극대화를 위한 것이라고 말했다. 아리크는 퍼포먼스 코어를 많이 추가할 경우 성능은 증가할 수 있으나 칩 자체 크기가 너무 커질 것이라고 설명했다. 에피션트 코어는 더욱 낮은 전력과 적은 면적을 차지하면서도 10세대 인텔 코어 프로세서에 탑재된 퍼포먼스 코어급 성능을 자랑한다.
아리크는 "많은 수의 에피션트 코어를 추가할 수 있으며, 추가된 수많은 코어를 사용할 수 있고 멀티 스레드 애플리케이션을 확장할 수 있다"며, "이후 퍼포먼스 코어 팀에게 멀티스레딩을 위한 코어 수 확장을 가능하게 했으니, 싱글스레드 성능을 높이는데 최선을 다하라고 말할 수 있다. 면적 제한이 적어졌기 때문이다"라고 말했다.
그 결과 가장 까다로운 작업을 위한 슈퍼 코어 세트와 많은 작업을 동시에 처리할 수 있는 더 작으면서도 빠른 코어 세트가 모두 포함된 단일 칩이 탄생했다.
아리크는 이러한 접근법이 지금은 매력적인 것처럼 들리지만, 한 때 엔지니어들과 기술 부문 리더들 사이에 논쟁을 불러일으켰다고 말했다. '하이브리드'가 스릴 넘치는 드라이브 경험은 조금 덜 제공하더라도 전기차의 불안감을 떨쳐내는 플라토닉 카를 떠올리게 한다면, 몇몇 팀도 그렇게 느꼈을 수 있다.
시스템 온 칩(SoC)을 설계할 때 이에 대한 회의론을 극복하는 것 또한 일의 일부다. 아리크는 "SoC 설계자들은 사물에 대한 넓은 시각을 가지고 전체적인 계획을 그릴 줄 알아야 한다. 또한, 그들은 사람들을 설득하고 설명하는 것을 좋아해야 한다"며, "만약 여러분에게 비전이 있다면, 때때로 여러분이 무언가를 설명한 후에야 여러분은 그것이 무엇을 하기를 원하는지 진정으로 이해할 수 있다"고 말했다.
더 나은 성능을 위해 작은 에피션트 코어를 추가해야 한다는 주장을 사람들에게 납득시키는 과정은 시간이 걸리는 작업이었다.
이 모든 과정이 완료된 후 일을 시작할 수 있었다. 데스크톱 PC용뿐만 아니라 PC 시장 전체를 위한, 특히 노트북, 투인원 및 모바일 제품을 위한 칩을 설계하는 것이다. 아리크는 "아키텍처는 빌딩 블록으로 확장 및 축소할 수 있는 방식으로 구축되었다"라고 말했다. 각 시나리오에 맞게 블록을 혼합하고 맞추는 것이다.
그는 "우리는 항상 복잡성과 가치 사이에서 고민해야 한다"며, "이는 균형을 맞춰야 하는 예술품과도 같다"고 말했다.
하지만 설계가 완성되어도 도전은 끝나지 않는다.
그는 "세대가 지날 때마다 실리콘을 생산하고 나면 이전에는 몰랐던 새로운 장애물에 대해 배우거나 대처해야했다"며, "이것이 흥미로운 부분이다. 시뮬레이션이 물리학을 충분히 반영하지 못하는 경우가 있어 실리콘을 본 후에 조정해야 할 필요가 있다"고 말했다.
아리크는 "세상은 빠르게 변하고 있다"며, "소프트웨어가 변화하고 있고 데이터의 양이 폭발적으로 증가하고 있다"고 말했다.
미래를 예측하는 것은 점점 어려워질 뿐이고, 그는 자신만의 속도를 내는 것으로 대응했다. 그는 팬데믹 이전엔 45분 동안 기차로 통근하며 많은 아이디어를 떠올렸다고 한다. 이제 그는 매일 달린다. 아리크는 "이제 10km, 20km, 심지어 40km까지 달리기도 하고 마라톤도 하고 있다. 토요일에 오래 달릴 땐 길게는 몇 시간이고 나 자신과 함께 고민한다"고 말했다.
한정된 전력량에서 최대의 성능을 발휘하게 하는 아리크의 능력은 달리기에서도 발현되고 있는 것이다.