Intel, IDF에서 Atom 프로세서를 정식 발표Intel, IDF에서 Atom 프로세서를 정식 발표

Posted at 2008. 11. 17. 00:23 | Posted in IT/Hardware/CPU/MB

● 저소비 전력과 저비용이 Atom의 무기

 Intel는「Atom 프로세서(Silverthorne: 실버쏜)」이라고, Atom를 베이스로 한 플랫폼「Centrino Atom(Menlow: 멘로)」processor technology를 정식 발표했다. 현재, 상하이에서 개최되고 있는 Intel의 기술 컨퍼런스「Intel Developer Forum(IDF)」에서 공식적으로 언급했다. IDF 발표 내용은 자세한부분은 잠시 후에 리포트하겠만지만,  여기에서는, 현시점에서 밝혀진 Atom의 개요를 정리하고 싶다.


Atom 브랜드는, 휴대 정보 기기용의 Silverthorne 뿐만이 아니라, Intel이「Nettop」「Netbook」라고 부르는      Low cost PC 전용의「Diamondville(다이아몬드 빌)」에도 불려진다.
Diamondville는 PC를 위한 칩 세트와 세트가 되지만, Silverthorne는 전용 칩 세트「Poulsbo」라는 편성으로 Centrino Atom 플랫폼이 된다.

 Silverthorne와 Diamondville는, 어느쪽이나 베이스는 공통된 사항으로, 같은 다이로부터 파생시키고 있다고 추정된다. 또, CPU 코어 자체의 원래의 코드네임은「Bonnell」이다. Bonnell 코어는, LPIA(Low Power Intel Architecture)로서 제로로부터 개발된 최초의 CPU 코어다.

 Bonnell 코어의 최대의 특징은, x86 CPU로서는, 지극히 낮은 소비 전력과 낮은 제조 코스트를, PC로서 사용할 수 있는 성능 레인지로 실현된 것. TDP(Thermal Design Power: 열설계 소비 전력)은, 휴대 정보 기기용의 Silverthorne로 최대 2.4 W. 저소비 전력과 저비용이 2대 특징이다. 그 때문에, 지금까지의 Intel의 PC를 위한 CPU에서는 닿지 않았던 저소비 전력의 레인지와 저가격의 레인지의 제품을 커버할 수 있다.

 Silverthorne는 5 제품의 SKU로 등장한다.

Silverthorne의 제품
SKUFrequencyTDP
Z540 1.83 GHz 2.4 W
Z530 1.6 GHz 2 W
Z520 1.33 GHz 2 W
Z510 1.1 GHz 2 W
Z500 800 MHz 0.6~0.7 W

 Intel는, 원래는 1.83 GHz판을 2 W의 TDP범위로 투입할 예정(이었)였다. 그 때문에, Silverthorne의 표어도,         “서브 2 W(2 W이하)의 CPU”(이었)였다. 하지만, 제품화가 가까워진 단계에서, TDP는 다시 결말을 내기가 되어, 1.83 GHz는 2.4 W로 초과했다. 2 W의 테두리로 1.83 GHz 동작할 수 있는 Silverthorne가, 충분한 제품 비율로 잡히지 않았던 가능성이 있다. 그 때문에, 현재의 Silverthorne는“서브 3 W의 CPU”와 구가해 불평도 바꿀 수 있고 있다.


● 마이크로 아키텍쳐면에서도 새로운 정보를 공개

 Intel는 금년(2008년) 2월에 미 샌프란시스코에서 개최된 반도체 컨퍼런스「ISSCC(IEEE International Solid-State Circuits Conference) 2007」로, Silverthorne의 마이크로 아키텍쳐의 개요를 발표했다. Intel Developer Forum(IDF)에서는, 보다 상세가 밝혀지고 있다. 아래의 블록 다이어그램도는, ISSCC로 발표된 블럭도를 베이스로, 새롭게 밝혀진 정보를 더한 것이다.

 

Intel는, Bonnell 코어에서는, 분기 예측 기능을 강화한 것을 밝혔다. 또, 명령 발행 스테이지의 앞에 자리잡은 명령 큐는, 2개의 스렛드 각각 16 엔트리와 약간 깊게 해에 확보되고 있는 일도 밝혀졌다. 명령 스케쥴러는, 각 16 엔트리의 큐 2로부터 내부 명령을 각 사이클 2씩 실행 파이프에 발행할 수 있다.

 덧붙여서, ISSCC에서는, Bonnell 코어는, x86 명령의 Load-Op-Store 명령 포맷의 실행에 맞춘 파이프라인이 되어 있다고 설명되었다. 이것으로부터, Bonnell 코어에서는, x86 명령을 거의 그대로의 형태로 내부 명령으로 변환해 실행하고 있는 것을 알 수 있다. 그 때문일까, Silverthorne의 설명으로는, 내부 명령을 통례의「uOPs(마이크로 오퍼레이션즈)」이 아니고, 「OPs(오퍼레이션즈)」라고 부르고 있는 경우도 있다. x86 명령을 세세하게 부수는 것이 아니라, 그대로 1대 1 변환하고 있다고 하는 이미지라고 생각된다. 다만, ISSCC에서는 uOPs로 하고 있어, 통일은 되어 있지 않다. 그 때문에, 그림에서는 uOPs로 했다.

 부동 소수점/SIMD 연산 파이프라인에서는, 연산 유닛군의 구성이 보다 밝혀졌다. 정수 SIMD 연산에서는 128 bits의 SIMD 연산을 실행할 수 있는, 2개의 SIMD ALU와 1개의 상후르유닛트를 갖춘다. 부동 소수점 SIMD 연산에서는, 곱셈 유닛은 64 bits이지만, 가산 유닛은 128 bits가 되어 있다고 한다.

 이 구성에서는, Bonnell 코어는 각 사이클에 SIMD형의 단정도 부동 소수점 연산을 6 오퍼레이션 실행할 수 있게 된다. 이것은, Pentium M(Banias: 바니아스)나 Pentium 4 마이크로 아키텍쳐보다 강력하다. 그러나, ISSCC에서는, Intel는 Bonnell 코어를 실행할 수 있는 부동 소수점 오퍼레이션은 각 사이클에 128 bits분 , 즉 단정도 4개분이라고 설명하고 있다. 이 점은 모순이 있다.

 또, Intel는 Silverthorne의 퍼포먼스에 대해서는, 정수 연산 퍼포먼스를 강조한다. 이것은, Bonnell 코어가 어느 쪽일까하고 말하면 정수 연산 성능에 포커스 해 설계된 것을 의미하고 있다. 다만, Bonnell 코어는, 아웃 오브 오더 실행에 의해서 싱글스 레드의 명령 병렬성을 높이는 것이 아니라, 인 오더 실행으로 마르치스렛딘그「SMT(Simultaneous Multithreading)」기술을 도입하는 것으로, multi-thread시의 성능을 높일 방향을 향했다.

 심플한 CPU 코어로, multi-thread 성능을 높인다. Bonnell 코어는, 이러한 현재의 CPU의 기술 트랜드에 따른 CPU 마이크로 아키텍쳐가 되고 있다.

● Silverthorne의 2개의 얼굴

 Bonnell 마이크로 아키텍쳐 CPU에는 2개의 얼굴이 있다. 1개의 얼굴은, Intel PC를 위한 CPU로서는 초저소비 전력이다고 하는 특색. 제품으로서는 Silverthorne가, 주로 이 특색을 체현 한다. 이제(벌써) 1개의 얼굴은, Intel의 PC를 위한 CPU로서는 초저비용이다고 하는 특색. 제품으로서는 Diamondville가, 이쪽의 특색을 강하게 밝힌다. 물론, 저소비 전력과 저비용은 밀접하게 얽히기 위해, 예쁘게 2에 특징과 제품을 나눌 수 있는 것은 아니다. 그러나, Intel가 Silverthorne에서는 저소비 전력에 포커스 해, Diamondville에서는 저비용 저가격에 포커스 하려고 하고 있는 것은 확실하다.

 CPU의 제조 코스트의 대부분을 차지하는 것은, 다이(반도체 본체)와 패키지와 테스트. 특히 CPU 다이는 코스트에 큰 비율을 차지하기 위해, 다이가 작을 정도 제조 코스트적으로 유리하다고 된다.

Silverthorne/Diamondville의 다이는, 옆 7.8 mm×세로 3.1 mm로, die size 약 24.2평방 mm.                            듀얼 코어의 45 nm판 Core 2 Duo(Penryn 6 M/Wolfdale)의 107평방 mm의 약1/4,                                            2개의 Penryn를 1 패키지로 만든 쿼드코어의 Yorkfield 214평방 mm와 비교해 약1/8이다.

실제로는, 이 위에, 한층 더 MP(Multi-Processor) 서버 전용의 대형 CPU가 있다. 이렇게 해 die size의 차트를 보면, Intel의 x86계 CPU의 die size의 바리에이션은, 전에 없이 퍼지고 있는 것을 알 수 있다. 그 만큼 제조 코스트의 폭도 넓어지고 있다.

 덧붙여서, Silverthorne의 트랜지스터 카운트는, 초대 Pentium 4(Willamette)와 거의 같다. 즉, 원리적으로는 Silverthorne는 초대 Pentium 4로 동레벨의 기능과 성능을 팩 할 수 있게 된다. 무어의 법칙의 지수함수적 성장이 현저하게 살려진 예다.

● Silverthorne의 코스트는 10 달러를 큰폭으로 밑돈다

 그럼, 실제로 Silverthorne/Diamondville의 코스트는 어느 정도 낮은 것인가. 이것에 대해서, Intel의 Stacy Smith씨(VP, Chief Financial Officer)가 다음과 같이 설명하고 있다.

 「쿼드 코어는 듀얼 코어의 약 2배의 코스트, Silverthorne 코스트는 듀얼 코어 코스트의 약1/4. 그래서, 상대적인 코스트를 쿼드 코어와 비교와 Silverthorne는 약1/8이 된다. 이것은 CPU만의 코스트의 이야기이지만」

 위의 슬라이드는 Smith씨가 3월의 Investor Meeting로 나타내 보인 코스트의 비교다. die size가1/4가 되면, 1매의 웨이퍼로부터 얻는 칩수가 증가한다. Intel의 Shreekant(Ticky) Thakkar씨(Intel Fellow, Mobility Group, Director, UMG Platform Architecture, Intel Corp)에 의하면, 「12 인치 웨이퍼 1매에서 2,000개의 Silverthorne를 잡힌다」라고 한다. 통상의 CPU를 잡히는 개수는, 1매의 웨이퍼로부터 수백개의 레벨이므로, Silverthorne/Diamondville는 현격한 차이에 많다. 또, 다이가 작아지면, 1개의 다이상에 결함이 포함되는 확률이 줄어 들기 위해, 제품 비율도 향상한다.

 그 때문에, 다이가1/4가 되면, 1매의 웨이퍼로부터 얻는 우량품 칩의 수는 4배 이상이 된다. 다이만의 코스트라면1/4을 밑돌게 된다. 그러나, 다이가 작아져도, CPU의 패키지와 테스트의 코스트는 같은 비율에서는 줄어 들지 않는다. 그 때문에, 다이 코스트의 감소(정도)만큼은, 전체의 CPU 코스트는 줄어 들지 않는다. 평균의 코스트로는, 듀얼 코어의 것1/4이라고 하는 설명은 납득할 수 있는 범위다.

 45 nm의 듀얼 코어는 Penryn 6 M로 107평방 mm, 캐쉬량을 줄인 Penryn 3 M로 81평방 mm. 100평방 mm정도의 PC를 위한 CPU의 제조 코스트는 30 달러 전후로부터 30 달러대라고 말해져 그것보다 작은 3 MB판은 20 달러대와 추정된다. 거기로부터 역산하면, Silverthorne/Diamondville의 제조 코스트는 6~8 달러 정도와 추정된다. 즉, Intel는 Diamondville를 꽤 싸게 팔아도, 충분히 마진을 받을 수 있을 것이다.

● Silverthorne와 Diamondville를 차별화하는 Intel

 게다가, Intel는, Diamondville에서는, 종래의 CPU보다 마진을 깎는다. 아래가 Intel가 나타내 보인, 각 CPU의 2009년말 시점에서의 상대적인 제품 마진의 차트다. CFO의 Smith씨에 의하면, 쿠아드 코어는, 듀얼 코어와 비교와 코스트도 비싸지만, 마진도 9포인트 높아질 것이라고 한다. 그에 대하고, Silverthorne의 마진율은, 메인 스트림의 듀얼 코어와 비교와 11포인트 정도 낮아진다고 한다. 즉, 고비용 CPU는 보다 고마진으로, 저비용 CPU는 저마진이라는 것이 된다.

 여기서 Silverthorne라고 설명하고 있는 중에는, Silverthorne보다 싸게 파는 Diamondville도 포함된다고 생각할 수 있다. 그 때문에, 이것은, Intel가 Diamondville를 염가 판매 하고 가는 것이 시사되고 있다. Diamondville는 많은 케이스에서는, 메인보드 포함으로 판매된다고 보여지기 때문에, CPU 자체의 코스트는 숨겨질 것이다. 그러나, Intel는, Diamondville에서는 경쟁과 시장의 수요를 위해서, 저비용화한 만큼 이상으로 가격을 억제하는 것 같다.

 그 때문에, Intel는 휴대 정보 기기용으로 부가가치를 붙이는 Silverthorne와 Low cost PC 전용의 Diamondville에서는 차별화를 행할 필요가 있다. Diamondville도 TDP는 싱글 코어로 4 W, 듀얼 코어로 8 W와 비교적 낮다. 그러나, Intel는 Diamondville에는, C1/C2까지의 단순한 전력 절약 기능 밖에 제공하지 않는다. Silverthorne의 평균 소비 전력을 내리는 요점의 기술인 C6는, Diamondville에서는 제공되지 않는다. Intel는, 이러한 형태로, 양자를 차별화해 간다고 보여진다. 브랜드적으로는, 단순한「Atom」과 「Centrino Atom」은 차별화된다.

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