[바미] AMD 차세대 기술 3D V-캐시에 대해 알아봅시다.

지난 6월 1일 Computer Expo에서 AMD 리사수 박사가 공개한 차세대 CPU 기술, '3D V-캐시'에 대해 알아가보고자 합니다.

 

해외 유력 매체들에서는 이것에 대해 분석한 글들을 올리고 있는데 반해, 국내에는 단순 뉴스만 있어 제가 그동안 AMD 3D V-캐시에 대해 알아본 내용들을 정리해봤습니다. 

 

우선 영상부터 보고 가시죠!

V-캐시는 TSMC의 SoIC(System on Integrated Chips) chip-stacking 기술을 이용해서 64MB SRAM L3 캐시를 Zen-3 기반

라이젠 CPU의 컴퓨트 다이에  추가한 것인데요. 쉽게 설명하자면 'CPU 캐시메모리를 CPU 다이 위에 더 많이 쌓아 올린 것'을 뜻합니다. 

 

이는 칩렛(Chiplet) 스택 설계의 결과물인데 반도체를 별도의 기판 없이 칩렛 다이끼리 위-아래로 쌓아서 적층식 반도체를 만드는 이론은 이미 예전부터 나왔었고, '저성능' 적층식 CPU는 이미 인텔에서 만들었지만 사람들의 관심을 끌지 못했습니다. 

하지만 이번에 리사수 박사가 발표한 3D V-캐시는 실제로 상용화가 가능한 '고성능' CPU가 나온 것은 처음이기 때문에 주목하게 되었죠.

 

게다가 말로만 떠든게 아니라 실물로 들고 나왔으며 성능 향상 폭이 꽤 컸다는 것을 증명하는 테스트 영상까지 보여주어 좋은 반응을 얻었습니다.

 

아까 앞부분에서 이미 위와 같은 이론은 나왔었다고 말씀 드렸습니다. 그렇다면 기존 CPU와 3D V-캐시가 적용된 CPU과 어떤 차이점이 있을까요?

 

AMD 라이젠 CPU의 CCD에 3D V-캐시를 적용하는 모습.

위 그림 상단에 보시면 아래쪽에 CCD가 있는데 이것이 기존 AMD 라이젠 CPU의 핵심인 CCD입니다. AMD 라이젠 버미어 CPU는 등급에 따라 하나의 CPU 안에 1~2개의 CCD가 있죠.

 

여기서 잠깐 CCD란?

CCD (Compute Core Design)는 AMD가 새롭게 발표한 개념인데요.
2개의 CCX를 이어붙여 하나의 칩렛 다이(chiplet die)로 만든 것 또는 CPU의 구성이라 보면 됩니다. 

8코어 CPU를 만들 경우 1개의 CCD를 사용하고, 16코어 CPU를 만들려면 2개의 CCD를 사용하는 식인데요.
이러한 구조는 제조 수율에 대한 영향을 덜 받아 제조 원가를 낮추는 게 가능합니다.

상대적으로 코어 수를 늘리기 쉬운 것이 장점이 됩니다.

 

아 그러면 CCX는 무엇이냐?

CCX (Cpu CompleX)는 AMD의 4코어 묶음.

이라고 생각하시면 됩니다.

 

5600X와 5800X는 1개의 CCD가 있고, 5900X와 5950X는 2개의 CCD가 있고, 하나의 CCD 안에는 최대 8개의 코어, 중간에는 32MB 용량의 L3 캐시메모리가 있는데 5600X와 5900X는 코어를 2개씩 죽여서 하나의 CCD에 6개의 코어가 있게 돼요.

 

사진에서도 볼 수 있듯이 캐시메모리와 코어는 옆으로 평행하게 붙어 있는걸 확인 할 수 있는데요.

위-아래로 붙은 것이 아니라 좌-우로 붙어있는 구조가 되는데 이 상태에서는 공간이 부족하기 때문에 캐시메모리를 더 늘리고 싶어도 늘릴 수가 없어요. 여유공간이 생겨야 더 많은 캐시메모리를 넣을 수 있거든요.

 

그렇다면 캐시메모리를 더 늘리려면 어떻게 해야 할까요? 네 맞습니다! CCD의 크기가 커지면 됩니다.

여기서 3D V-캐시가 등장하게 됩니다.

AMD는 기존 L3 캐시메모리와 동일한 가로 * 세로 사이즈로 만든 3D V-캐시를 가져와서, 기존 L3 캐시메모리 위에 그대로 올렸습니다.

 

여기에 쓰인 3D V-캐시 메모리는 대만의 TSMC에서 7nm 공정으로 만든 64MB SRAM 다이입니다.

3D V-캐시 메모리를 적용하는 기술도 TSMC의 SoIC(System on Intergrated Chips) 기술입니다.

 

덕분에 3D V-캐시(적층식 64MB 캐시 다이)가 적용된 CPU의 최종 캐시메모리 용량를 적용한 '차세대 AMD 라이젠 CPU'는

다음과 같은 형태로 바뀌게 됩니다.

1CCD 제품 => 32MB + 64MB = 96MB
2CCD 제품 => (32MB + 64MB) + (32MB+64MB) = 192MB

AMD에서 최고급 제품에 우선 적용한다고 했기 때문에 5600~5800X급 제품에는 적용되지 않을 수도 있습니다.

참고로 Computer Expo에서 시연한 샘플은 5900X + 3D V-캐시라고 합니다.

 

아쉽게도 레이턴시에 대해서는 정확한 언급이 없었지만, TSV 구조가 캐시에 접근하는 더 직접적인 경로를 제공하기 때문에 전기 신호를 주고 받는 레이턴시에서도 손해가 없을 뿐만 아니라 효율도 좋을 것으로 예상되네요.

 

CPU는 올해 말에 생산될 예정이기 때문에 2022년 초에 출시될 것으로 예상할 수 있습니다. AMD가 스위치 기어를 전환하고 Zen 4 칩에 초점을 맞추기까지는 여전히 최소 2분기가 남습니다.

 

이것이 데스크톱인지인지 모빌리티 프로세서인지는 명시되어 있지 않지만, 외관상 데스크탑 Ryzen CPU가 발생할 가능성이 더 높습니다. 

 

출처 : wccftech

AMD는 모놀리식 접근 방식으로 코드명 Rembrandt라는 차세대 Ryzen APU에 초점을 맞출 예정이며, 새로운 Zen 3+ 코어를 사용할 것이라는 소문이 있는 Ryzen 데스크톱 CPU는 추가된 3D V-Cache와 함께 기존 Zen 3 코어를 재사용할 것입니다.

 

3D V-Cashe 스택 칩렛 설계가 적용된 AMD Zen 3 Ryzen CPU (스택 크기/높이)

다른 세부 사항은 단일 3D V-Cache 스택이 기존 Zen 3 CCD에 이미 포함된 TSV 위에 있는 64MB의 L3 캐시를 통합한다는 것을 확인합니다. 이 캐시는 CCD 당 총 96MB의 기존 32MB L3 캐시에 추가됩니다. 첫 번째 출전은 칩렛당 1개의 3D V-Cache 스택이 포함되므로 상위 Ryzen SKU에서 총 192MB 캐시를 사용하고 있습니다. 하지만, AMD는 V-Cache 스택이 최대 8-hi까지 올라갈 수 있으며, 이는 단일 CCD가 Zen 3 CCD 당 32MB 캐시에 추가하여 기술적으로 최대 512MB의 L3 캐시를 제공할 수 있음을 의미합니다. 

 

AMD는 Zen 3 CCD와 V-Cache를 얇게 만들어 코어와 IOD 사이의 높이를 변경하지 않고 현재 Zen 3 프로세서와 동일한 Z 높이를 갖습니다. V-Cach는 CCD L3 캐시 위에 있기 때문에 코어의 열 출력에 영향을 미치지 않으며, 최소한의 전력 상승 틱이 있습니다. 

 

3D V-Cashe 스택 칩셋 설계가 적용된 AMD Zen 3 Ryzen CPU (Computex 데모 프로토타입) 

AMD는 또한 칩렛 아키텍처 기반 CPU를 위한 차세대 3D 스태킹 설계를 공개했습니다. 이 기술은 여러 IP를 서로 쌓을 것으로 예상되지만, AMD가 선보인 프로토타입에는 64MB의 L3 SRAM이 탑재된 3D V-Cashe가 있는 Ryzen 9 5900X가 포함되었습니다. 

 

프로토타입에는 6mmx6mm (36mm2) 크기의 3D 패키지 CCD 옆에 표준 Zen 3 CCD가 있습니다. CCD의 크기는 이전과 동일하지만 CCD 위에 64MB 캐시를 특징으로 하는 또 다른 패키지가 있으며, Zen 3 CCD에 이미 적용된 32MB L3 캐시에 추가됩니다. 

 

AMD 3D 칩렛 설계 기술력이 뛰어나다는 것을 발표하고 계신 리사수 박사

AMD 3D 칩렛 설계 기술력이 뛰어나다는 것을 발표하고 계신 리사수 박사

 

이는 CCD 당 총 96MB의 L3 캐시 또는 전체 Ryzen 9 5950X CPU에서 총 192MB의 L3 캐시로 반올림됩니다. 

3D V-Cache는 여러 TSV를 통해 CCD에 연결됩니다. 

AMD는 이 하이브리드 결합 방식이 전체 효율성의 3배로 상호 연결 밀도를 200배 이상 높일 수 있다고 말합니다. 

 

AMD 3D 칩렛 설계 기술력이 뛰어나다는 것을 발표하고 계신 리사수 박사

AMD 3D 칩렛 설계 기술력이 뛰어나다는 것을 발표하고 계신 리사수 박사

 

3D V-Cashe 스택 칩셋 설계가 적용된 AMD Zen 3 Ryzen CPU (Computex 데모 성능) 

 

AMD는 이 프로토타입을 시연하기까지했습니다. 이는 기술이 단순히 페이퍼 쇼케이스가 아니라 실제로 작동하고 있음을 의미합니다. Ryzen 9 5900X 프로토타입은 Gears V를 실행 중이었고 게임 캐시 크기가 증가하여 최대 12% 더 빠른 성능을 제공했습니다. 평균적으로 AMD는 3D V-Cache 설계로 15%의 성능 향상을 주장하고 있습니다. 각 V-Cache 스택은 최대 2TB/s의 전체 대역폭을 제공합니다. 

 

AMD는 이미 인텔의 Rocket Lake 데스크톱 CPU 라인업에 비해 뛰어난 게이밍 성능을 제공하므로 이 추가 성능 향상은 인텔이 차세대 Alder Lake CPU에 대해 베팅 한 모든 것을 간단히 파괴할 수 있습니다. 

 

AMD는 확실히 Zen 4 Ryzen CPU에 이 기술을 적용할 것이며, 최근 소문에 보고된 대로 곧 출시될 Zen 3 기반 Ryzen 및 EPYC Milan-X를 스택형 3D V-Cache 칩렛으로 패키징 하기 위해 한 걸음 앞서 나갈 것입니다.

 

아래의 사진은 V-Cache로 인한 성능 개선 폭 그래프입니다.

실제로 얼마나 좋아지는가? 에 대해 알아보겠습니다.

6월 1일 AMD가 3D V-캐시를 발표한 벤치마크 결과를 보면, 도타2 +18%, 기어즈5 +12%, 몬스터헌터:월드 +25%,

리그오브레전드 +4%, 포트나이트 +17% 등으로 엄청나게 성능이 향상 되는 것을 알 수 있습니다.

저사양 게임인 리그오브레전드를 제외하면 12~25%에 달합니다. 

 

유익한 정보가 되셨길 바랍니다^^

 

출처 및 참고 : AMD Confirms Zen 3 Ryzen CPUs With 3D V-Cache Stack Chiplet Design, Coming Early Next Year Before Zen 4 (wccftech.com)

AMD Confirms Zen 3 Ryzen CPUs With 3D V-Cache Stack Chiplet Design, Coming Early Next Year Before Zen 4