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리뷰 - 11세대 인텔 코어 i9-11900K 프로세서 : 특징

기사입력 : 2021년 03월 30일 22시 34분
ACROFAN=권용만 | yongman.kwon@acrofan.com SNS
우리의 삶에서 하루하루의 변화는 너무도 작아서 느끼기 힘들지만, 어느 정도 시간이 흐른 뒤에 돌아보면 이 작은 변화가 쌓여 많은 것이 바뀌어 있다는 것을 느끼게 되는 경우가 많다. IT 또한 어느 시점에서는 이런 시대의 변화에 발맞추고, 약간은 앞서 나갈 수 있도록 크게 바뀌는 계기가 필요하고, 이런 변화가 얼마나 적절한 시기에 제시되는지에 따라 영향력도 달라진다. 매년 새로운 세대의 코어 프로세서를 선보이는 인텔 역시, 프로세서 제품군 전반에 걸쳐 몇 년에 한 번 정도는 누적된 시대의 변화에 따라 큰 폭의 변화가 오는 시기가 있는데, 앞으로의 변화에서 중심에 있는 제품이라면 모바일용 10세대 코어 프로세서로 처음 선보인 ‘아이스 레이크(Ice Lake)’를 꼽을 수 있을 것이다.

지금까지 몇 년간 인텔의 프로세서는 PC에서 서버에 이르기까지 14nm 공정 기반으로 설계된 ‘스카이레이크(Skylake)’ 마이크로아키텍처를 중심으로 구성되어 왔다. 심지어 제온 스케일러블 프로세서의 ‘스카이레이크-SP’는 6세대 코어 프로세서의 ‘스카이레이크’와 기술적인 특징에서도 많은 차이가 있었지만, 그 기원은 모두 ‘스카이레이크’에서 나온다. 그리고 인텔의 차세대 제품군 구성에서 중심에 있는 제품군은, 이미 모바일용 10세대 코어 프로세서로 선보인 ‘아이스 레이크’인데, 이 아이스 레이크의 ‘서니 코브’ 마이크로아키텍처는 차세대 제온 스케일러블 프로세서가 될 ‘아이스 레이크-SP’, 모바일용 11세대 코어 프로세서의 ‘타이거 레이크’, 그리고 데스크톱 PC용 11세대 코어 프로세서 ‘로켓 레이크’에 이르기까지 다양한 파생 모델의 기반이 되었다.

이러한 변화의 과정에서, 코드명 ‘로켓 레이크(Rocket Lake)’로 알려진 11세대 인텔 코어 프로세서는, 기존 10세대 코어 프로세서와 플랫폼을 공유한다는 현실적인 제약 속에서도, 새로운 마이크로아키텍처와 내장 그래픽, 시스템 전반의 디자인 변경에 이르기까지, 일반적인 기대 이상의 큰 변화를 가져온 것이 특징이다. 그리고 11세대 인텔 코어 i9-11900K 프로세서는 데스크톱 PC용 코어 프로세서 중 가장 높은 성능을 갖춘 플래그십 모델로, 새로운 아키텍처에 힘입어 이전 세대보다 코어 수가 줄어들었음에도 의미 있는 성능 향상을 제공하면서, 향후 몇 년간 인텔의 PC용 프로세서가 보여줄 변화의 방향성을 알리는 중요한 의미 또한 찾아볼 수 있다.

▲ 스카이레이크 이후 5년여면에 새로운 아키텍처로 바뀐 데스크톱 PC용 11세대 인텔 코어 S-시리즈 프로세서

코드명 ‘로켓 레이크’로 알려진 데스크톱 PC용 11세대 코어 S-시리즈 프로세서에서 가장 주목받는 부분이라면, 6세대 코어 프로세서에서부터 선보인 ‘스카이레이크’ 마이크로아키텍처 이후 5년만에 새로운 아키텍처가 도입되었다는 것이 될 것이다. 약 5년여간 이어진 ‘스카이레이크’의 시대를 잇는 차세대 주자는, 모바일용 10세대 코어 프로세서로 처음 선보인 ‘아이스 레이크(Ice Lake)’에 사용된 ‘서니 코브(Sunny Cove)’ 마이크로아키텍처가 될 것이다. 그리고 이 ‘서니 코브’를 기반으로 하는 마이크로아키텍처는 모바일용 프로세서에서부터 시작해, 데스크톱 PC와 서버용 프로세서에 이르기까지 기존의 스카이레이크 기반 마이크로아키텍처를 대체해 나가고 있으며, 11세대 코어 프로세서의 ‘사이프러스 코브(Cypress Cove)’ 마이크로아키텍처 또한 이 ‘서니 코브’의 파생형이다.

인텔의 차세대 프로세서들에서 기술적 기반이 될 ‘서니 코브’는 10nm 공정 기반으로 설계되었으며, 스카이레이크 대비 아키텍처 차원에서 프론트엔드 확장과 분기예측 엔진 개선 등이 이루어져, 최대 19% 가량 향상된 IPC를 제공한다. 또한 기존에는 제온 스케일러블 프로세서나 코어 X-시리즈 프로세서 등 ‘스카이레이크-SP’의 파생 모델에서 지원되던 AVX-512와 딥 러닝 부스트(Deep Learning Boost) 기술을 지원하며, 이를 통해 512비트 폭의 벡터 연산까지 한 번에 다룰 수 있어 성능을 높이고, AI 추론 애플리케이션에서는 VNNI를 통해 복잡한 연산을 단순화해 향상된 성능을 제공할 수 있다. 한편, PC용 프로세서들에서는 AVX-512 연산기를 기존 AVX2 FMA 두 개를 묶어 구현한 것으로 보이는데, 이는 실리콘 면적이나 전력 효율 등 측면에서 효과적인 방법이다.

데스크톱 PC용 11세대 코어 프로세서에 사용된 ‘사이프러스 코브’는 이 ‘서니 코브’를 14nm 공정 기반으로 구현한 것으로, 서니 코브와 캐시 용량 등 대부분의 주요 특징들을 공유한다. 기존의 스카이레이크 기반 모델들과 비교하면, 코어당 L1 Data 캐시 용량이 32KB에서 48KB로, L2 캐시는 256KB에서 512KB로 늘어났고, L3는 코어당 2MB 수준을 유지하고 있다. 그리고 10nm 공정을 전제로 설계된 아키텍처를 14nm로 재구현하면 물리적으로 늘어나는 면적에 따른 생산성 등의 문제가 나타날 수 있는데, 이 부분은 코어 수를 이전 세대의 코어 i9 제품군보다 두 개 적은 8코어로 제한하고, 데스크톱 PC에서 사용 비중이 적은 내장 그래픽 코어를 GT1급으로 제한하는 등으로 절충한 모습이다.

한편, 데스크톱 PC용 11세대 코어 프로세서는 10nm 공정 기반으로 설계된 주요 IP들을 14nm 기반으로 재구성했다는 점과 함께, 프로세서의 마이크로아키텍처와 내장 그래픽 코어의 아키텍처 또한 분리되어 재구성되었다는 점도 눈여겨 볼 부분이다. ‘서니 코브’가 사용된 ‘아이스 레이크’의 내장 그래픽 코어는 10세대 아키텍처 기반이지만, 서니 코브와 기술적 특징이 거의 동일한 사이프러스 코브를 사용한 ‘로켓 레이크’의 내장 그래픽 코어는 ‘타이거 레이크’에서 사용된 12세대 Xe 아키텍처 기반이다. 이런 부분은, 인텔의 프로세서 설계와 패키징이 기존처럼 제조 공정과 마이크로아키텍처, 패키징이 긴밀하게 결합되지 않고, 필요에 따라 재구성될 수 있다는 점을 보여준다.

▲ 프로세서 내장 그래픽도 모바일용 11세대 코어 프로세서에서 선보인 ‘Xe’ 기반으로 바뀌었다 (자료제공: Intel)

프로세서 내장 그래픽은 모바일용 11세대 코어 프로세서에서 처음 선보인 12세대 Xe 그래픽 아키텍처를 기반으로, 10nm 기반의 설계를 14nm 기반으로 재구성했다. 새로운 Xe 그래픽 아키텍처는 모바일과 데스크톱 PC를 위한 프로세서 내장 그래픽은 물론, 아키텍처의 확장성을 활용해 고성능 게이밍이나 데이터센터의 AI, HPC 연산을 위한 외장 그래픽카드로의 구현까지 기획되어 있다. 물론, 데스크톱 PC용 11세대 코어 프로세서에는 이 Xe 그래픽 아키텍처의 구성 중 가장 작은 규모인 1개 슬라이스, 32EU 구성만을 갖춘 GT1급 ‘UHD 그래픽스 750’이 주로 들어가는데, 이는 10nm 기반 IP들을 14nm로 재구현해 조합하는 과정에서 늘어나는 면적 부담을 줄이고, 데스크톱 PC에서 내장 그래픽 코어의 성능 중요성이 비교적 떨어지는 현실을 반영한 것으로도 보인다.

새로운 Xe 아키텍처 기반의 ‘UHD 그래픽스 750’은 기존 9세대 아키텍처 기반의 ‘UHD 그래픽스 630’ 대비 EU 수와 개별 EU의 성능 모두 보강되어, 이전 세대 대비 50% 정도의 성능 향상을 보여주어, 게이밍을 제외한 대부분의 컴퓨팅 환경에 나름대로 경쟁력 있는 기능과 성능을 제공한다. 특히 멀티미디어 환경의 지원 측면은 이전 세대에서도 인텔이 강점을 보이는 부분 중 하나였는데, Xe 아키텍처에서는 영상 콘텐츠를 부담없이 즐기기 위해 필요한 하드웨어 디코딩 코덱 지원 폭에서 12bit HEVC 뿐 아니라 10bit AV1 코덱의 하드웨어 처리 지원이 추가되었다. 이들 새로운 코덱의 지원은 4K 이상의 콘텐츠를 온라인으로 즐기는 데 있어 더욱 각별한 가치를 제공할 것이다.

디스플레이 지원 측면에서는, 프로세서 차원에서의 HDMI 출력 지원 규격이 1.4에서 2.0으로 바뀌었다. 이전 세대까지는 메인보드 설계에 있어, 프로세서 내장 그래픽의 HDMI 출력을 바로 연결하면 4K 60Hz 출력이 지원되지 않았으며, 4K 60Hz가 가능한 HDMI 2.0 지원을 위해서는 디스플레이포트 출력에 변환 칩을 사용해야 했다. 하지만 이번 세대부터는 HDMI 2.0이 기본 규격이 되어, 4K 60Hz 출력을 위해 복잡한 변환 설계를 할 필요가 없게 되었다. 이 외에도, 디스플레이포트 출력에서의 HBR3 모드 지원으로 4K 120Hz와 그 이상의 해상도 표현을 지원할 수 있다.

한편, 32EU의 ‘UHD 그래픽스 750’이 이전 세대 대비 50% 가량의 성능 향상을 이루어냈다고 해도, 게이밍이나 GPU 연산 성능에서 모바일용 11세대 코어 프로세서에 쓰인 96EU 구성의 Iris Xe 수준의 성능과 활용도를 기대할 수는 없다. 하지만 멀티미디어 관련 작업에서 특정 워크로드의 가속기로는 훌륭한 활용이 가능한데, 외장 그래픽과 프로세서 내장 그래픽을 동시에 활성화하고 디스플레이 확장이나 미디어 디코더, 퀵싱크 인코더를 활용해 영상 관련 작업 성능과 호환성을 높이는 식으로 활용할 수 있을 것이다. 특히 퀵싱크 인코더는 방송이나 영상 제작 워크플로우에서, 프로세서의 성능 부담 없이 빠른 인코딩을 할 수 있어, 관련 작업의 생산성을 극대화할 수 있게 돕는다.

▲ 플랫폼은 이전 세대와 호환성을 유지하면서도 많은 부분에서 변화가 있었다

프로세서와 칩셋의 조합으로 만들어지는 플랫폼 측면에서, 11세대 코어 프로세서 기반 플랫폼은 10세대 코어 프로세서 기반 플랫폼과 호환성을 유지하면서도 꽤 많은 부분이 바뀌었다. 먼저, 프로세서의 PCIe 지원 규격은 기존의 3.0보다 두 배 넓은 대역폭을 제공하는 PCIe 4.0을 공식 지원하며, 프로세서에서 제공되는 PCIe 레인도 기존 16레인보다 4레인 늘어난 20레인 구성을 제공한다. 이 20레인 구성은 메인스트림 급 PC에서 게이밍용 그래픽카드와 NVMe SSD 한 개를 프로세서에 직업 연결해 사용하는 경우, 기존에는 16레인 구성을 그래픽카드가 8레인, NVMe SSD 가 4레인을 사용하는 식으로 나눠야 했지만, 이제는 그래픽카드가 16레인, NVMe SSD가 4레인을 온전히 가져갈 수 있다. 물론 16레인 구성을 x8/x8이나 x8/x4/x4 로 나누는 구성도 지원한다.

11세대 코어 프로세서와 함께 선보인 500시리즈 칩셋은, PCIe 지원 규격이나 DMI 연결 규격은 기존과 마찬가지로 3.0이지만, 프로세서와의 연결 레인은 기존의 x4에서 x8로 두 배 늘어났다. 이를 통해, 칩셋을 통해 연결하는 PCIe, NVMe, USB 3.2 Gen2, 2.5Gbps 이더넷이나 Wi-Fi 6 등 최신 고속 인터페이스의 활용에서 DMI 전송 대역폭으로 인한 병목 현상을 상당 부분 줄일 수 있을 것으로도 기대된다. 이와 함께, 500 시리즈 칩셋은 USB 컨트롤러에서 최대 3개의 USB 3.2 Gen2x2 20Gbps 연결 지원이 추가되었으며, 외부 칩셋을 활용한 Wi-Fi 6E, 썬더볼트 4 구성 지원도 제공된다.

물론, 하나의 플랫폼이 두 세대를 지원한다는 기본 정책을 유지하기 위해, 10세대와 11세대 코어 프로세서 기반 플랫폼은, 물리적으로 같은 LGA 1200 소켓과 DDR4 메모리 사용을 공유한다. 하지만 기존 400시리즈 칩셋 기반 메인보드들에서는 11세대 코어 프로세서의 특징인 PCIe 4.0의 지원 문제나, 디자인 문제로 추가된 4레인을 사용할 수 없으며, 500시리즈 칩셋 기반 메인보드에 10세대 코어 프로세서를 사용할 때는 11세대 코어 프로세서를 위해 마련된 추가 M.2나 향상된 DMI 대역폭 등을 활용할 수 없는 상황이다. 한편, 지난 세대의 400시리즈 칩셋 중 11세대 코어 프로세서와 사용할 수 있는 칩셋은 H470, Q470, Z490 정도로 한정되는데, 이는 칩셋이 가진 사이드밴드 채널 지원 여부 등의 기술적 이유로 알려져 있다.

한편, 새로운 500시리즈 칩셋은 11세대 코어 프로세서의 오버클록킹 지원 측면에서도 몇 가지 추가 기능을 제공한다. 먼저, 11세대 코어 프로세서와 500시리즈 칩셋 기반 메인보드에서는 메모리의 동작 속도나 XMP 프로필을 재부팅 없이 실시간으로 적용, 변경할 수 있게 되었다. 또한 프로세서의 오버클록킹에 있어서도, AVX2, AVX-512의 오프셋, 전압 가드 밴드 설정의 재정의가 가능해졌고, 프로세서의 AVX 지원 여부를 강제 비활성화할 수 있는 옵션도 추가되었다. 이와 함께, 500시리즈 칩셋에서는 Z590 이외에도, H570과 B560 칩셋과 11세대 코어 프로세서의 조합에서 기존에는 허용되지 않았던 메모리의 오버클록킹 기능이 지원된다.

▲ 11세대 코어 프로세서 제품군에서 코어 i9의 차별화 포인트는 ‘동작 속도’다

데스크톱 PC용 11세대 코어 S-시리즈 프로세서는 코어 i9, i7, i5 제품군에서만 선보이며, 각 제품군별로 65W TDP의 기본 모델을 중심으로, 125W TDP와 오버클록킹이 가능한 K 시리즈, 내장 그래픽이 비활성화된 F 시리즈, 35W TDP의 저전력 모델인 T 시리즈 제품군이 마련되어 있다. 그리고, 11세대 코어 프로세서에서 코어 i9, i7 프로세서 제품군은 모두 8코어 16쓰레드의 동일한 구성을 가지고 있으며, 동작 속도 측면에서 성능이 차별화되는 형태다. 기존의 10세대 코어 i9 프로세서가 10코어 20쓰레드를 가지고 있었던 것에 비해, 11세대 코어 i9 프로세서에서는 코어 수가 두 개 줄었지만, 이전 세대 수준의 동작 속도를 유지하면서 19% 향상된 IPC로 최소한 동등한 수준의 성능을 확보하고, 멀티코어 최적화 수준에 따라 이전 세대를 뛰어넘는 성능을 제공한다.

기본적으로 코어와 쓰레드 수가 동일한 11세대 코어 i9과 i7 프로세서 사이에서, 코어 i9은 동작 속도를 통한 성능 차별화를 위한 몇 가지 추가적인 기술을 사용한다. 기본적으로 i9-11900K는 i7-11700K 대비 터보 부스트 2.0 기준 최대 0.2GHz, 올 코어 터보 기준 0.1GHz 높은 동작 속도와 함께, ‘써멀 벨로시티 부스트’를 통해 순간적으로 모든 상황에서 0.1GHz 더 높은 동작 속도를 낼 수 있다. 또한 인텔이 코어 i9-11900K, KF에서만 제공하는 ‘어댑티브 부스트 기술(Adaptive Boost Technology)’은, 전력과 쿨링 여유에 따라 3~8코어 부스트 설정을 터보 부스트 2.0 최대 동작 속도인 5.1GHz까지 끌어올릴 수 있게 한다. 이는 메인보드 제조사의 MCE(Multi-Core Enhancement)보다는 덜 공격적이지만, 정규 동작 조건이라는 점에서는 공격적인 설정이다.

한편, 코어 i7 제품군과 코어 i5 제품군은 10세대와 11세대 모두 8코어 16쓰레드, 6코어 12쓰레드 구성이며, IPC 향상을 통한 성능 향상의 이점을 그대로 받아, 이전 세대들 대비 두 자리 수 수준의 성능 향상을 기대할 수 있다. 그리고 코어 i3, 펜티엄 골드 모델에서는 11세대 코어 프로세서가 나오지 않고, 대신 10세대 코어 프로세서의 리프레시 모델이 선보인다. 이 리프레시 모델은 기존 세대의 모델명 대비 마지막 숫자가 5로 되어 있어 구분되며, 기존 제품 대비 동작 속도가 약간 올라갔다. 이들 10세대 코어 프로세서의 리프레시 모델도 기존 400 시리즈, 새로운 500시리즈 칩셋 기반 메인보드와 함께 사용할 수 있다.

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