듀얼 코어와 보안, 플랫폼 단위의 확장을 공언하던 인텔의 2005년 첫 작품이 나왔다. EM64T를 통한 64비트 확장이 바로 그것. IA-64가 그다지 긍정적인 평가를 받지 못한 상황에서 AMD가 데스크톱 PC를 64비트 체계로 이전하는 걸 지켜봐야 했던 인텔. EM64T를 통한 64비트 확장은 어떤 관점에서건 중요한 의미를 갖는다고 할 수 있겠다.

이미 인텔의 EM64T를 도입한 신형 펜티엄4는 시장에 풀려 있다. 그리고 이 거대 기업은 지난해부터 누차 강조했듯이 올해 코어 자체를 물리적으로 2개 갖춘 듀얼 코어의 CPU를 내놓을 예정이다. 이런 점에서 본다면 EM64T는 기존의 32비트 펜티엄4와 듀얼 코어의 64비트 펜티엄4를 이어주는 가교 역할을 할 것으로 보인다.

확장 메모리 기술로 64비트 이전, 2/4분기엔 셀러론에도 적용
과도기 모델이라는 말이 많지만 EM64T의 도입 자체는 인텔에게 있어 큰 의미를 갖는다. 이런 EM64T에 대한 얘기를 하기 전에 우린 먼저 인텔의 실패한 기술로 평가되는 IA-64를 되짚어볼 필요가 있다.

인텔은 펜티엄4를 내놓을 때부터 일찌감치 아이테니엄으로 불리는 IA-64 기반의 64비트 CPU를 천명해왔다. 펜티엄4 이후의 CPU는 32비트가 아닌 64비트가 될 것이라고 공언하기도 했다.

하지만 IA-64는 치명적인 약점을 지니고 있었다. 32비트 체계와 전혀 호환되지 않는 것. 물론 이는 완벽한 64비트 체계로 넘어가기 위해 발목을 잡는 32비트는 과감히 포기하겠다는 의지를 나타낸 것이었다.

다만 기존 시스템과의 호환성을 무시하기에 PC 시장은 너무 커져버렸다. 결국 IA-64는 서버용 CPU라는 아주 한정된 시장에만 머무르는 결과를 낳았다.

그렇다고 64비트 CPU로의 전환이 늦어지거나 아예 이뤄지지 않은 건 아니다. AMD는 64비트 CPU에 있어 인텔보다 늦게 출발한 셈이지만 32비트 호환 체계를 내세운 애슬론64를 발표, 성공적이라는 평가를 이끌어냈다. 결국 먼저 선보인 인텔보다 한 수 접고 들어간 AMD가 64비트 시장을 선점한 양상이 되어버린 것이다.

다시 얘기를 EM64T로 옮겨보자. EM64T(Extension Memory 64 Technology)는 간단히 말하자면 ‘64비트로 확장된 메모리 어드레싱’이다. 다시 말하면 기존의 프리스콧 코어를 그대로 유지한 채 메모리 어드레싱을 기존 32비트에서 64비트로 확장한 것. 32비트 체제를 기반으로 64비트로 확장한 것이 EM64T인 것이다.

기존의 32비트 코어인 프리스콧을 그대로 둔 채 확장을 꾀한 EM64T의 이면에는 32비트 환경과의 호환성이 존재한다. EM64T와 IA-64의 근본적인 차이는 하위 호환성에 있는 셈이다.

과거와의 단절을 내세웠던 IA-64와 달리 EM64T는 32비트 체계에도 잘 호환된다. 출발점을 따지면 IA-64는 처음부터 64비트로 출발한 것이지만 EM64T는 32비트에서 출발해 64비트에 도달한 셈이라는 얘기다.

EM64T가 처음부터 64비트 체계로 시작한 것에 비해 얼마나 효율성이 떨어지느냐는 미지수다. 하지만 폭넓은 인프라를 지닌 32비트 체계를 인정하는 쪽을 택했다는 건 AMD의 64비트 이전 정책이 옮았다는 사실을 뒷받침해주는 것이라 할 수 있겠다.

이쯤 되면 EM64T를 도입했다고 과연 이것이 제대로 된 ‘완전한’ 64비트 CPU라고 할 수 있느냐는 논쟁이 있을 수도 있겠다. 간단히 언급하자면 CPU의 동작은 사실상 데이터를 넣고 빼는 단순한 과정으로 설명할 수 있다. 이 경로를 맡는 부분이 64비트로 확장되는 것이기 때문에 진정한 64비트가 아니라고 하는 건 다소 무리가 있다. 효율성의 문제는 남겠지만 64비트 CPU라고 해도 무방한 셈이다.

늦게 출발했지만 인텔은 64비트 CPU 보급을 위해 자사의 제품 전 라인업에 EM64T 적용을 서두르고 있다. 보급형 CPU인 샘프론에 64비트를 도입할 생각이 없는 AMD와 달리 인텔은 2/4분기에 셀러론 64비트 버전을 내놓을 예정이다.

늦게 출발한 만큼 시장의 상당 부분을 차지하는 보급형, 셀러론에까지 64비트를 확대해 AMD를 앞지르겠다는 심산일 것이다. 물론 아직까지 제대로 된 64비트 운영체제가 등장하지 않은 상황이지만 이럴 때에는 누가 먼저 64비트 CPU를 내놓았느냐가 아니라 어떤 64비트 CPU가 시장에서 주력이 되느냐가 더 중요할 테니 말이다.

펜티엄4 6xx. 기존의 펜티엄4 561과 비교하면 제조 공정과 FSB는 그대로지만 다이 크기가 135mm²로 다소 늘어났고 트랜지스터 집적도 역시 높다.

펜티엄4 XE와 6xx 비교, FSB 1066MHz가 혜택 줘
이번에 살펴볼 제품은 EM64T 기술을 도입한 펜티엄4 6xx와 신형 펜티엄4 XE(익스트림 에디션)다. 펜티엄4 6xx와 펜티엄4 XE는 기존 프리스콧 코어를 기반으로 한 펜티엄4와 마찬가지로 90nm 제조공정을 거친다.

펜티엄4 XE는 FSB 1066MHz를 도입하고 기존 L3 캐시를 없애는 대신 L2 캐시를 2MB로 높였다는 걸 빼면 펜티엄4 6xx과 특별히 다를 건 없다. 두 제품 모두 EM64T를 지원하며 웜과 블래스터 류의 바이러스를 CPU 레벨에서 막아주는 XD비트 기술, 노트북의 전원 관리 기능인 스피드스텝을 데스크톱 PC에서 구현하는 EIST 등을 지원한다.

EM64T 기반 펜티엄4 사양 비교

펜티엄4 XE 3.73㎓ 펜티엄4 660 펜티엄4 561 클록 3.73㎓ 3.6㎓ 3.6㎓ FSB 1066MHz 800MHz 800MHz 파이프라인 스테이지 수 31단계 31단계 31단계 L2 캐시 2MB 2MB 1MB 제조공정 90nm 90nm 90nm 다이 크기 135㎟ 135㎟ 125㎟ 트랜지스터 집적 수 169M 169M 125M

사양 비교표에서 알 수 있듯이 펜티엄4 XE 3.73GHz와 펜티엄4 6xx 시리즈의 사양은 클록과 FSB를 빼면 완전히 같다. 펜티엄4 561과 660을 비교해보면 다이 크기는 늘어나고 트랜지스터 집적 수도 달라졌다는 걸 알 수 있다. 물론 이는 늘어난 캐시 용량과 새로 도입한 기술에 따른 차이로 이해하면 될 것이며 기본 베이스는 같다고 보면 된다.

반면 펜티엄4 XE 3.73GHz와 펜티엄4 660은 같은 공정에서 제조됐으며 캐시 용량은 물론 다이 크기와 트랜지스터 집적 수도 같다. 같은 코어를 기반으로 캐시 구조와 용량이 같으니 트랜지스터 집적 수가 같은 것도 당연한 일이겠다.

물론 FSB가 다르지만 이런 물리적인 부분까지 바뀌는 건 아니니 염두에 둘 필요는 없다. 다만 높아진 FSB로 인한 차이가 어느 정도 위력을 발휘할지는 생각해볼 만한 일이다.

일단 클록을 비교해보면 펜티엄4 XE가 펜티엄4 660보다 높다. 클록이 높다는 건 그만큼 발열량도 높다는 걸 의미한다. 그런데 이것 역시 FSB가 높아진다면 얘기가 달라진다. 이를테면 클록이 같을 경우 FSB가 높은 쪽의 발열량이 더 적다.

이는 멀티플라이어와 연계해 생각해볼 수 있는데, FSB가 낮을 경우 클록이 같아지려면 멀티플라이어가 높아질 수밖에 없고, 이는 발열량을 증가시키는 원인이 된다.

성능 차이는 어떨까? 단순히 CPU의 클록만 두고 비교한다면 FSB가 다르더라도 클록이 같다면 CPU 자체의 성능에서 차이를 논하기 어렵다. 하지만 FSB가 높아지면 그에 따라 주변기기 성능 역시 올라간다.

CPU에 비해 다른 주변기기 속도는 훨씬 낮은 탓에 FSB 속도 증가는 전체적인 성능 향상과 직결되기 때문이다. 다른 건 다 무시하고 FSB와 함께 올라가는 메모리 성능만 고려해도 성능이 높아질 여력은 충분하다.

향상된 FSB에 의한 영향을 보기 위해 간단한 실험을 해보자. 테스트는 전적으로 메모리 채널 성능을 볼 수 있는 분야로 국한시켰으며 아직 64비트 환경에 제대로 갖춰지지 않은 관계로 32비트 윈도우 XP 환경에서 진행했다.

테스트 시스템 사양

CPU : 펜티엄4 XE 3.73GHz, 펜티엄4 660 메모리 : DDRⅡ 533MHz 512MB 2개(듀얼채널 구성) 메인보드 : 인텔 D925XECV2(인텔 925XE 칩셋) 그래픽카드 : 아비트 RX600 프로-구루(ATi RV380) 하드디스크 : 시게이트 바라쿠다 7200.7 160GB(SATA, 7200rpm, 8MB) 운영체제 : 영문 윈도우 XP(서비스팩 2)

FSB와 메모리의 영향을 눈으로 확인할 수 있는 환경은 멀티미디어 파일 변환과 시스템 사양을 잘 안 타는 3D 게임이다. 이 간략한 테스트에선 LSX-MPEG 인코더를 이용한 AVI→MPEG1 변환과 오랫동안 그래픽카드 테스트용 게임으로 쓰인 퀘이크Ⅲ 아레나 테스트의 힘을 빌렸다.

먼저 멀티미디어 파일 변환 테스트에선 110MB 남짓인 3분 58초짜리 AVI 파일을 썼다. 변환할 파일 포맷은 44.1KHz의 MPEG1이다.

◆ 멀티미디어 파일 변환 결과

펜티엄4 XE 3.73GHz 1분 58초 펜티엄4 660 2분 4초

두 CPU의 실제 클록 차이는 0.13GHz에 불과하다. 130MHz가 적다고 말할 수 있는 건 아니지만 이 정도 차이는 CPU의 처리 속도 전반을 두고 생각하면 결코 체감할 만한 차이는 아니다. 그보다는 저속 인터페이스로 빠져나가는 FSB의 속도 차이가 더 크다.

펜티엄4 XE는 1066MHz의 FSB를, 펜티엄4 660은 기존 CPU와 마찬가지로 800MHz의 FSB를 사용한다. 속도가 느려진 부분에서의 작은 속도 차이는 CPU의 연산 속도 차이를 보상해 줄만큼 격차를 보인다.

퀘이크Ⅲ 아레나 프레임 테스트 결과

모델/해상도 640×480 1024×768 1280×1024 펜티엄4 XE 3.73GHz 513.9 288.8 186.6 펜티엄4 660 501.9 289.0 187.3

3D 게임에서 나타난 성능 차이 가운데 눈에 띄는 건 최저 해상도의 결과. 그래픽카드에 걸린 부하가 적을수록 메모리에서의 처리 속도 차이가 확실해 나타난 결과다. 고해상도로 갈수록 결과가 역전되는 것이 보이겠지만 그 차이는 최저 해상도에서 나타난 결과에 비하면 미미한 수준에 불과하다.

다시 말해 실제로 차이를 체감할 만한 기회가 어지간해서 나타나지 않는다 해도 1066MHz라는 FSB로 인한 성능 향상은 확실히 있다고 말할 수 있다. 무엇보다 메모리 부분의 속도가 높아진다는 것을 전제로 하기 때문에 성능 향상은 있을 수밖에 없다고 말하는 게 정확한 표현이겠지만.

데스크톱으로 온 스피드스텝, EIST「임무는 소음/발열 퇴치?」
이번에 발표한 펜티엄4 6xx는 스피드스텝 기능을 지원한다. 생뚱맞다고? 알겠지만 스피드스텝은 노트북에서 전력 소모를 억제하기 위해 도입한 기술이다. 시스템 부하가 적을 때에는 최소 클록으로 떨어뜨려 전력 소모를 줄이고, 시스템에 부하가 가면 필요한 만큼 클록을 높여 성능 향상을 꾀하는 식이다.

이를 통해 배터리에만 의지해야 하는 노트북의 사용 시간을 늘려 적은 용량의 배터리로 상대적으로 오랫동안 노트북을 쓸 수 있게 되는 것이다.

이런 이유로 데스크톱 PC에서 이런 저전력 소모가 갖는 의미는 크지 않다고 할 수 있다. 노트북에서 전력 소모는 곧바로 사용 불가능 상태를 의미하지만 배터리 없이 지속적으로 전원을 공급받는 데스크톱 PC에선 전력 소모량은 전기 요금 부과량 정도의 의미일 뿐이다.

따라서 데스크톱 PC에 적용된 스피드스텝 기능은 저전력 소모가 아닌 다른 부분에서의 부수적인 효과를 노린 것으로 해석할 수 있겠다.

펜티엄4의 코어가 노스우드에서 프리스콧으로 바뀌었을 때 사람들은 오히려 퇴보했다는 비난을 했다. 같은 클록에서 프리스콧의 성능이 떨어질 뿐 아니라 엄청난 발열량과 이를 해소하기 위한 쿨러의 소음까지 따라왔으니까.

이런 ‘부수적인’ 소음과 발열은 프리스콧 코어의 가장 심각한 문제로 떠올랐다. 인텔은 이를 보완하려고 에어덕트를 이용한 가이드라인을 제시했지만 비난은 여전했다.

CPU의 자체적인 문제를 케이스 등 외부로 돌린다는 게 이유였다. 물론 이 부분은 CPU에서 해소해야 할 몫과 케이스 등 외부에서 지원해야 할 몫이 어디까지냐를 정리할 필요는 있다.

하지만 확실한 건 프리스콧 코어의 발열량을 지금까지 나온 쿨링 시스템이 감당하기 힘들었다는 것이다. 이 프리스콧 코어에 캐시를 2배로 늘렸다는 건 그만큼 집적도가 늘어났다는 뜻이다. 또 높아진 클록은 그만큼 발열량이 많을 것임을 의미한다.

실제로 이들 CPU가 최고 클록으로 동작할 때 쿨러에서 뿜어대는 소음과 열기에 노이로제가 걸릴 지경이었다.

애슬론64로 잠시 눈을 돌려보자. 프리스콧 코어를 기반으로 한 펜티엄4와 달리 애슬론64는 이런 발열과 소음 문제에서 비교적 자유로운 편이다. 하지만 애슬론64의 클록은 펜티엄4와 비교할 수 없는 수준이다.

클록이 낮다고 해서 성능이 떨어지는 건 아니지만 결국 높은 클록으로 동작하는 펜티엄4에서 소음과 발열을 근본적으로 억제하려면 지금으로선 클록을 낮추는 방법밖에 없다는 얘기일 수 있다. 이것이 노트북에서 잘 살던 스피드스텝을 데스크톱 영역으로 불러들인 이유가 될 것이다.

노트북에서의 스피드스텝은 배터리 소모량을 억제하기 위한 수단으로 쓰였다. 하지만 전력 소모에 그리 민감하지 않은 데스크톱에서의 스피드스텝은 단순히 발열과 소음을 해소하기 위한 방편일 수 있다.

방식은 노트북에서와 같다. CPU의 작업량이 높지 않을 때에는 클록과 전압을 낮추고, 빠른 데이터 처리 요구를 받으면 클록과 전압을 높여 재빨리 처리한다. 실제로 펜티엄4 660은 최소 2.8GHz에서 200MHz 단위로 최대 클록까지 클록을 조절한다. 물론 이를 사용하려면 지원 메인보드의 바이오스와 운영체제에서 노트북과 같은 설정을 거쳐야 한다.

2MB로 불어난 L2 캐시, 64비트 환경에선 필요성 높아질 것
인텔은 펜티엄4에 EM64T를 도입하면서 L2 캐시 용량을 2MB로 늘렸다. 노스우드에서 프리스콧으로 코어를 바꾸면서 눈에 띄는 특징은 공정 미세화와 캐시 용량의 증가였다. 하지만 이 프리스콧이 같은 클록의 노스우드보다 오히려 낮은 성능을 내면서 악평이 줄을 이었다.

이런 성능 저하 요인은 캐시 용량이 아닌 명령 처리 구조상의 문제지만 동작 속도 대비 캐시 용량의 효율도 생각하지 않을 수 없었다. 이를테면 저속으로 동작하는 CPU의 경우 일정 수준을 넘어선 캐시 용량은 오히려 독이 된다. 과유불급(過猶不及)이라는 표현이 가장 잘 어울리는 분야가 바로 캐시인 것이다.

그렇다면 2MB라는 용량으로 불어난 캐시가 CPU에 어떤 영향을 미칠까? 기본적으로 높은 클록으로 움직이는 CPU인 데다 64비트 환경에서 제 성능을 발휘할 경우 대용량 캐시의 필요성도 높아질 것이다.

단 효율의 정점에 해당하는 클록이 얼마냐에 따라서 대용량 캐시는 득이 될 수도, 혹은 해가 될 수도 있다. 아직 2GHz대에 머물고 있는 애슬론64는 L2 캐시로 단지 512KB만 갖추고 있을 뿐이다. 그렇다고 속도 저하를 가져오지 않는 건 클록 대비 캐시 용량의 문제다.

CPU 레벨에서 바이러스 차단하는 XD비트 지원
윈도우 XP SP2가 지원하는 주요 기능 가운데 가장 부각되는 건 시스템을 보호하기 위한 보안 기능이다. 사실 2년 전부터 갑자기 들끓던 블래스터 웜의 경우 백신이 없거나, 있다 해도 최신 업데이트 상태가 아니면 꼼짝없이 당할 수밖에 없는 상황이었다.

이를 해소하려면 백신 업데이트를 수시로 하거나 MS의 패치 파일을 다운로드해야 하는데, 문제는 이것을 받으려고 인터넷에 연결할 때 여지없이 웜이 파고들어 시스템을 종료시켜버리는 상황이 생긴다는 것이다.

결국 이런 고도로 진화한 바이러스나 웜, 해킹용 툴 등을 차단하려면 운영체제 상에서 동작하는 일개 프로그램이 아닌 운영체제 차원의 차단 기능이 필요하게 됐고, 이는 서비스팩2에 반영됐다.

이처럼 하드웨어적으로 보호 기능을 갖춘 걸 서비스팩2에선 NX라고 부른다. 이는 메모리의 페이지 단위로, 그곳에 놓인 데이터를 실행할지 여부를 지정하는 것이다.

비실행 속성의 페이지에 있던 코드의 실행을 막으려는 것인데, 이른바 버퍼 오버플로우를 사용한 바이러스의 활성화를 막을 수 있다.

이 기능은 하드웨어적으로, 다시 말해 하드웨어의 연산자인 CPU가 해당 기능을 지원할 경우에만 동작한다. 이미 AMD는 애슬론64와 옵테론에서 이 기능을 추가했으며 ‘Enhanced Virus Protection’라는 아주 직관적인 이름까지 붙여놨다.

인텔의 경우 이 기능을 EM64T 지원과 더불어 처음 지원하기 시작했다. 중요한 건 아니지만 이번에도 AMD에게 선수를 빼앗긴 셈이다. 인텔에선 이를 XD비트(eXecute Disable Bit)라고 부른다.

AMD 다시 따라잡은 인텔, 64비트 환경 여물어야 판가름날 것
애슬론이 처음 등장했을 때 인텔과 AMD는 서로 어떤 의미 있는 수치에 먼저 도달하기 위한 경쟁을 벌였다. 하지만 이는 그야말로 클록 도달 경쟁이었을 뿐, 요즘처럼 인텔이 AMD에게 오랫동안 발전된 기술을 내준 적은 없었다.

이런 의미에서 애슬론64 등장 이후 지난해 말까지의 시간은 아마 인텔에게 있어 최악의 기간이었을지 모른다. 물론 상당한 시일이 지난 뒤 등장한 EM64T지만 아직 본격적인 64비트 환경이 갖춰지지 않은 상황에서 누가 먼저 64비트를 상용화했느냐는 중요하지 않을 수 있다.

실질적인 걸 놓고 보면 이제부터 인텔과 AMD가 동등한 상황에서 다시 경쟁을 시작한다고 볼 수 있겠다. 거의 같다시피 한 64비트 어드레싱 체계를 갖고 있는 이들 두 회사의 CPU 가운데 누가 우세한 모습을 보일지는 윈도우 XP 64비트 버전이 나오고, 이를 기반으로 한 애플리케이션이 등장해야 판가름날 것이다.

물론 제대로 된 때에 이들을 비교할 때에는 지금 나온 과도기적 펜티엄4가 아닌 듀얼 코어를 갖춘 차세대 CPU가 AMD의 64비트 CPU와 경쟁하겠지만. @