[인텔 테크투어 2023] 가장 효율적인 성능 위한 전력관리 재구성 [소부장반차장]

[디지털데일리 김문기 기자] 인텔이 14세대 코어 프로세서(코드명 메테오레이크)의 핵심 키워드로 ‘전력효율’을 강조했다. 그간 모바일 환경에서 꾸준히 전력효율을 앞세웠던 경쟁사를 의식한 듯 이번 세대부터는 정면돌파를 예고했다.

인텔은 지난 8월 23일(현지시간) 말레이시아 페낭에서 열린 ‘인텔 테크 투어 2023’에서 클라이언트 모바일 PC 대상 14세대 인텔 코어 프로세서(코드명 메테오레이크) 전력 관리와 관련한 핵심 사항을 공유했다.

크리스 플레밍 인텔 이보 수석 아키텍트 겸 펠로우는 “메테오레이크는 가장 효율적인 아키텍처 기반으로 모놀리식 다이만큼 효율적인 프로세서를 만드는 것이 목표였다”라며, “4개 타일로 구성된 분리형 플랫폼을 채택했으며 인텔4 공정과 3D 패키징 포베로스를 활용하는 한편 저전력 고성능 발휘를 위해 IP를 조합한 결과다”라고 소개했다.

인텔은 메테오레이크의 전력효율 향상과 관련해 크게 4가지 핵심에 주목했다. ▲세분화를 지원하는 완전히 새로운 모듈식 스케일러블 PM 아키텍처 ▲새로운 사용 모델과 워크로드에서 더 많은 대역폭을 사용할 수 있도록 에너지 효율성이 향상된 새로운 스케일러블 패브릭 ▲ 분리된 타일의 여러 전원 관리 컨트롤러 간의 효율적인 조정 ▲ SoC 전원 관리 컨트롤러와 시스템 소프트웨어 간의 조정. 분산형 아키텍처를 사용하면 각 타일이 개별적으로 작동하고 특정 활동 및 워크로드에 따라 PM을 최적화해 에너지 효율성 극대화로 요약된다.

플레밍 펠로우는 “예를 들어 성능이 중요하지 않은 때는 CPU에서 저전력 E코어로 옮기도록 하고 컴퓨트 타일을 꺼서 저전력으로 작동하게 함으로서 배터리 시간을 늘리고 열을 덜 나게 하면서 작동시킬 수 있다”라며, “주요 OEM, 유저들과 소통하면서 워크로드에 대한 연구를 병행했으며, 메테오레이크를 처음부터 다시 재설계하면서 최적화해 나갔다”고 설명했다.

메테오 레이크는 기본적으로 더 높은 에너지 효율성, 시원하고 조용한 플랫폼 및 사용자가 필요로 할 때 최고의 성능을 제공하도록 설계됐다. 인텔은 이를 위해 새로운 ‘저전력 아일랜드(low power island)'를 구현하여 E-코어와 주요 IP를 SoC 타일에 직접 통합했다.

전력 관리를 재구성하면서 우선순위를 둔 전력효율 기능도 재배치 됐다. DLVR(Integrated Digital Linear Voltage Regulator)은 세분화된 전압 제어를 통해 각 워크로드에 필요한 가장 효율적인 최적화 지점에서 프로세서를 동적으로 작동하게 했다. 각 워크로드에 필요한 대역폭과 QoS를 최대한 효율적으로 충족하도록 메모리와 패브릭을 조정할 수 있는 동적 패브릭 주파수를 배치하고, 각 주요 SoC 블록을 동적으로 최적화해 필요에 따라 켜고 끌 수 있으며 워크로드에 필요한 성능으로 작동할 수 있는 SoC 알고리즘을 고안했다. 인텔 스레드 디렉터가 개선돼 최적의 스케줄링을 위해 운영 체제에 더욱 세분화된 지침을 제공하도록 했다.

그는 “메테오레이크는 DLVR을 첫 적용했다. 전압 조절을 IP 레벨에서 수행해 각 IP별 전력을 조절할 수 있게 됐다. 이는 P와 E코어 모두 해당된다. 또한 배터리 지속시간을 전세대 대비 개선했으며 CPU 패키지를 보다 작게 만들 수 있게 됐다”라며, “SoC 알고리즘을 통해 안쓰는 블록이 있다면 끄거나 켜고 이를 통해 남는 전력을 그래픽이나 CPU에 즉시 몰아 줄 수 있도록 했다”고 강조했다.

아울러, 코어 자체도 향상됐다. 새로운 레드우드 코브(Redwood cove, P코어) 코어는 12 세대 인텔 코어 프로세서(코드명 앨더 레이크)에 도입된 골든 코브(Golden Cove)보다 향상된 기능을 제공한다. 멀티스레딩 워크로드를 지원하는 동시 멀티스레딩(SMT) 성능 향상, 캐시 및 메모리 모두에서 코어당 대역폭 증가, 마이크로 아키텍처 리소스 개선과 같은 IPC 개선 사항이 포함된다. 분석 도구와 디버깅 기능을 지원하는 성능 모니터링 유닛에도 새로운 개선 사항이 추가됐다. 향상된 스레드 디렉터 피드백 기능도 제공한다.

메테오레이크의 E코어(코레스트몬트)는 VNNI(Vector Neural Network Instructions)를 위한 CPU 기반 AI 가속 개선 등 이전 세대보다 향상된 IPC 를 제공한다. 이를 통해 CPU 기반 AI 기능을 사용하고자 하는 고객에게 더욱 향상된 AI 경험을 제공할 수 있다. P 코어와 마찬가지로 E 코어 역시 향상된 스레드 디렉터 피드백을 제공한다.

인텔 스레드 디렉터가 메테오 레이크와 함께 제공하는 기능은 ▲향상된 피드백과 더 스마트해진 힌트 ▲다른 IP 가 전력 예산을 사용할 때 동적 업데이트 ▲SoC 의 런타임 기능에 기반한 업데이트 ▲향상된 내부 전원 관리 결정 연계 ▲시스템 소프트웨어 힌트 인터페이스 ▲시스템 작동 모드/하드웨어 특성에 따른 안내 ▲스케줄링 개선 ▲마이크로소프트 윈도우와 공동 설계 ▲스레드 디렉터의 SoC 타일(저전력 도메인) 피드백 통합 ▲배터리 수명 개선 및 AC 전원 성능 향상을 위한 전력 프로세서 관리(PPM) 튜닝 및 최적화 ▲SoC 및 컴퓨팅 타일 활동에 대한 PnP 이점 극대화해준다.

라즈리 차부크스와르 인텔 클라이언트 컴퓨팅 그룹 펠로우는 “마이크로소프트와 협업해 윈도 운영체제에 최적화했다”라며, “저전력 SoC 스케줄링 결정을 위해 DC/AC 특성을 변경시켰다”고 설명했다.

인텔은 메테오 레이크를 통한 사용자 경험의 향상을 위해 AI 전력 효율성을 개선하는데 많은 투자를 했다. AI 워크로드를 유지하는 데 필요한 성능과 전력 효율성을 보장하기 위해 전용 저전력 NPU를 통합했다. NPU 에서 AI 오프로딩(offloading)이 이루어지도록 했다.

또한 CPU와 GPU를 통해 AI 워크로드를 향상시켰다. CPU는 지연 시간이 짧고 가벼운 단일 추론 워크로드에 적합하며, GPU는 미디어, 3D 및 렌더링 파이프라인 전반의 AI 워크로드에 부합한다.

인텔은 메테오 레이크의 AI 효율성을 더욱 향상시키기 위해 에코시스템 디스플레이 패널 혁신과 자체 소프트웨어를 결합해 배터리 수명을 늘리고 SoC 의 시각적 품질을 향상시키고 있다. 인텔 인텔리전트 디스플레이라고 하는 이 AI 기반 소프트웨어 솔루션은 메테오 레이크 코어 전반에 걸쳐 AI 패브릭을 활용해 디스플레이와 연동해 탁월한 비주얼을 제공하는 동시에 지속 가능성을 위해 탄소 배출량도 줄인다.

인텔 다이나믹 튜닝 기술(DTT) 소프트웨어는 에너지 효율적인 성능을 극대화해 시원하고 조용한 시스템을 구현할 수 있다. DTT 의 주요 혁신 기능 중 다수는 일부 고객이 초기 공동 엔지니어링 개념 증명 설계를 위해 사용할 수 있으며, 높은 터치 지원과 함께 제공된다. 인텔의 메테오 레이크 프로세서는 클라이언트 성능, 저전력 아일랜드, 와트당 성능 향상을 크게 향상시킨다.

플레밍 펠로우는 “메테오레이크는 가장 효율적인 클라이언트 SoC이며 저전력 E코어 아일랜드를 구현했고, 3D 퍼포먼스 하이브리드 아키텍처를 도입했다”라며, “SoC를 재개발해서 NPU를 넣고, 운영체제와 어떻게 협업하는지를 보여줄 수 있게 됐다”고 말했다.

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