[고든 정의 TECH+] 인텔, 차세대 제온 프로세서 고대역폭 메모리 달고 날아오를까?

▲ 인텔 사파이어 래피즈의 특징 요약. 과거 공개된 내용에서 HBM 도입을 추가함. 사진=인텔

최근 인텔은 서버 프로세서 영역에서 거센 도전을 받고 있습니다. x86 서버 영역에서는 가격대 성능비가 우수한 에픽(EPYC) 프로세서를 앞세운 AMD의 공세에 점유율을 잃고 있고 비x86 서버 부분에서는 ARM 서버 프로세서가 무서운 속도로 성장하고 있습니다. 인텔이 오랜 세월 14nm 공정 프로세서만 생산하는 사이 이미 경쟁자들은 7nm 칩을 대량으로 출시해 절대 성능은 물론 전력 대 성능비도 더 우수해진 상황입니다.

인텔은 4세대 제온 스케일러블 프로세서인 사파이어 래피즈(Sapphire Rapids)를 통해 반전을 시도하고 있습니다. 사파이어 래피즈는 인텔의 차세대 10nm 공정인 10ESF(10nm Enhanced SuperFin) 공정과 최신 마이크로 아키텍처가 적용된 골든 코브(Golden Cove) 코어를 사용해 성능을 높였습니다. 여기에 DDR5를 사용해 메모리 대역폭과 용량을 높이고 PCIe 5.0을 도입해 GPU 등 다른 기기와의 연결 속도도 높였습니다. 하지만 이 정도는 사실 남들도 곧 도입 예정인 기술입니다. 그래서 인텔은 한 가지 더 비장의 무기를 준비했습니다. 바로 고대역폭 메모리(HBM)를 제온 프로세서에 탑재하는 것입니다.

고대역폭 메모리(High Bandwidth Memory, HBM) 기술은 삼성, SK 하이닉스, AMD가 협업해 개발한 고속, 고밀도 메모리로 DRAM을 아파트처럼 여러 층으로 쌓고 각 층을 통과하는 통로(TSV)를 이용해 데이터를 고속으로 전송하는 메모리 기술입니다. 2015년 AMD의 GPU에 최초로 탑재된 후 현재까지는 주로 고성능 GPU에만 탑재되어 왔습니다. 속도가 빠르고 크기도 작지만, 대신 가격이 비싸고 전력 소모도 많다는 점이 보급에 발목을 잡고 있습니다.

HBM 보급이 더딘 것은 서버 분야도 마찬가지입니다. 언뜻 생각하기에 비싸더라도 높은 성능이 필요한 서버 분야에 적합할 것 같지만, 테라바이트(TB)급 메모리 장착도 가능한 서버용 DDR 메모리와 달리 HBM은 프로세서 옆에 붙이는 방식이라 장착할 수 있는 메모리 용량이 많지 않고 원하는 만큼 확장이나 교체도 불가능합니다.

작년에 양산을 시작한 SK 하이닉스의 HBM2E 메모리도 460GB/s 대역폭을 지녀 속도는 DDR4 메모리가 범접하기 어려운 수준이지만, 용량은 최대 16GB 정도입니다. HBM2E 메모리 네 개를 탑재하면 최대 64GB 용량에 1.82TB/s의 엄청난 속도를 구현할 수 있으나 GPU라면 몰라도 대부분 서버는 이보다 느리더라도 많은 메모리를 탑재하는 것이 작업에 더 유리합니다.

이런 점 때문에 인텔이 개발하는 HBM 탑재 제온 프로세서인 SPR-HBM(Sapphire Rapids Xeon Scalable with High-Bandwidth Memory)는 DDR5도 같이 사용할 수 있습니다. 덕분에 여러 가지 목적의 서버와 고성능 컴퓨터에 이를 적용할 수 있습니다. 일반적인 서버에는 HBM을 탑재하지 않은 제온 프로세서를 사용하고 고속 데이터 처리가 필요한 영역에는 HBM 탑재 제온 프로세서를 DDR5와 함께 이용하거나 아예 HBM 탑재 제온 프로세서만 사용하는 방법도 사용할 수 있습니다. 후자의 장점은 메모리가 CPU와 함께 들어가기 때문에 시스템 크기가 매우 작아진다는 것입니다.

▲ 엑사스케일 슈퍼컴퓨터 오로라. 사진=인텔

사실 사파이어 래피즈가 이런 독특한 형태를 하게 된 이유는 올해 말 등장할 인텔 최초의 엑사스케일 슈퍼컴퓨터인 오로라(Aurora)의 영향이 큰 것으로 보입니다. 오로라의 기본 유닛은 2개의 사파이어 래피즈 프로세서와 6개의 폰테 베키오 GPU를 탑재했습니다. 고성능 연산을 위해서는 대용량보다 빠른 메모리가 더 유리한 만큼 HBM 탑재 버전으로 봐도 무리가 없을 것입니다.

사파이어 래피즈의 초기 물량은 오로라에 우선 사용되고 이후 차례로 주요 고객사에 공급될 것으로 보입니다. 실제 서버 및 HPC 시장에 투입되는 시기는 내년 상반기가 될 것입니다. HBM 탑재 사파이어 래피즈는 비쌀 수밖에 없습니다. 비싼 몸값을 성능으로 입증하는지가 관건이 될 것입니다.

여담이지만, 메모리 기술이라면 경쟁자인 AMD 역시 비장의 카드가 있습니다. 최근 AMD의 리사 수 CEO는 L3 캐쉬 메모리를 CPU 칩렛 위에 쌓는 신기술인 3D V-Cache를 공개했습니다. 같이 공개한 벤치 마크에서는 기존 CPU에 3D V-Cache를 접목하기만 해도 게임 성능이 대폭 향상되는 것을 보여줬습니다. 그런데 사실 대용량 캐쉬는 게임보다 서버에서 더 큰 힘을 발휘합니다. 구체적인 도입 일정은 밝히지 않았지만, 차세대 에픽 프로세서에 이를 도입할 가능성이 높은 셈입니다. 새로운 캐쉬 기술로 무장한 AMD와 고대역폭 메모리를 탑재한 인텔 중 누가 옳은 선택을 했는지도 중요한 관전 포인트가 될 것입니다.

고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com