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STI, 64bit 멀티코어 프로세서 CELL 공개

이 기사는 1개의 페이지로 구성되어 있습니다.	등록일시 : 2005-02-09 오전 1:09:42

SONY, TOSHIBA, IBM (이하 STI) 3사는 7일(현지 시간) 미국 센프란시스코에서 개최된 ISSCC(International Solid-State Circuits Conference : 국제 세계 반도체 학회) 2005에서 그동안 개발해온 프로세서인 CELL(개발 코드명)을 공개했다. 한편 이번 회의는 나노 기술과 관련된 주제로 치뤄지며 우리나라의 진대제 정보통신부 장관이 나노 기술과 와이브로, DMB과의 결합을 주제로 기조 연설을 했다. 이는 동양인으로서 세계 최초.

CELL은 과거 IBM의 64bit Power 아키텍쳐(RISC)를 기반으로 메인 프로세서의 역할을 하는 프로세서 코어(PPE : Power Processor Element)와 8개의 유닛으로 독립된 스트리밍·프로세서 코어(SPE : Synergistic Processor Element)로 구성되는 멀티 코어칩으로, 90나노미터(향후 65나노 공정으로 이행)의 SOI(Silicon-On-Insulator)기술이 채용되어 221 평방 밀리미터의 다이에 2억3,400만개의 트랜지스터를 탑재하고 현재 PS2와 마찬가지 공냉방식의 방열 기구로 4GHz를 상회하는 클럭 속도(4.5~4.8GHz 이상 동작 가능)를 갖는다고 한다. (CELL의 다이 사이즈는 221평방 밀리로 Pentium-M의 84평방 밀리와 비교하면 큰 편이며 0.18나노공정의 Pentium 4(Willamette)과 거의 같다) 또한 Linux 및 게임기나 가전전용의 리얼타임 OS를 포함한 복수의 OS을 동시에 실행할 수 있는 아키텍처의 유연성이 장점이며, 실시간 처리를 가능하게 하는 자원 관리 역시 독특한 특징이다.
PPE(Power Processor Element)는 Intel의 Hyper-Threading과 유사한 SMT(Simultaneous Multi-threading) 기반 설계로 이루어졌으며, 멀티미디어 전용 명령 세트 VMX를 포함한 합계 32KB의 명령 캐쉬와 데이터 캐쉬 512KB의 L2캐쉬를 탑재한다. VMX를 지원한다는 것은 기존의 Power PC 계열의 CPU(PowerPC 970(G5)와 명령세트 호환이 가능함을 의미한다.
SPE는 SIMD(Single Instruction, Multiple Data) 형태의 아키텍쳐로 연산 역할을 담당하며 2개의 명령을 동시에 실행할 수 있다. 또한 각각 Local Store(LS)라고 하는 256KB의 메모리가 준비되어 직접 DMA 엔진에 접속된다. 그리고 각각의 코어간 16byte×4개의 데이터 링을 통해 여러개의 전송을 지원하는 EIB(Element Interconnect Bus)로 연결된다.

CELL은 한번에 10개의 명령 쓰레드(2way의 SMT를 실장한 PPE + 8개의 SPE, 때문에 Cell 안에 10개의 CPU가 있는 것처럼 보이게 된다)를 병렬적으로 처리할 수 있기 때문에 고속의 메모리 버스와 I/O 버스를 필요로 한다. 때문에 메인 메모리 및 I/O 컨트롤러에는 Rambus의 듀얼 XDR 컨트롤러 메모리를 채용해 25.6GB/s(3.2Gbps)의 대역폭을 확보했으며 칩간에는 FlexIO 기술을 이용 최대 2개의 외부 디바이스를 6.4Gbps의 전송 속도로 연결 가능하다.(데이터 전송폭은 76.8GB/s) 또한 별도의 외부 칩셋이 아닌 AMD의 애슬론 64 CPU와 마찬가지로 프로세서에 직접 통합된다. 기존의 싱글 코어 프로세서 역시 성능을 높이기 위해 멀티 쓰레드 기능을 지원하긴 했지만, 높아진 클럭으로 인한 발열과 심각한 전력 소모로 인해 이미 한계를 드러내고 있다. 반면 멀티 코어 기반의 프로세서는 복수의 명령을 병렬적으로 처리할 수 있기 때문에 성능과 발열 및 소비전력 문제를 해결할 수 있다. CELL의 소비 전력은 PS2의 Emotion Engine 프로세서와 동일한 수준인 30W 남짓으로 Intel의 모바일 CPU인 신형 도선 코어 Pentium-M의 27W과 비교해 차이가 없는 정도이다.

한편 CELL은 모듈러·아키텍쳐를 채용하고 있기 때문에 SPE 코어의 수를 변경하는 것으로 간단하게 부동 소수점 연산 능력을 조정할 수 있다고 한다. 참고로 프로토 타입으로 공개된 CELL은 8개의 SPE로 256GFlops의 연산성능을 갖는다. (현재 슈퍼컴퓨터의 성능을 수치화해 등수를 매기고 있는 top500.org에 따르면 0.7 GHz의 클럭 속도를 갖는 PowerPC 440 프로세서를 32,768개를 병렬연결해 70,720GFlops의 연산 성능을 끌어낸 IBM의 BlueGene/L이 1위를 달리고 있으며, 부동 소수점 연산의 속도만을 기준으로 개당 연산성능을 비교해 볼때 엄청난 향상임을 알 수 있다.)

Cell 프로세서의 제조는 우선 IBM이 뉴욕 East Fishkill의 300mm 웨이퍼 공장에서 시작하고 2005년중 SCEI도 일본의 나가사키 공장에서 제조를 시작한다. 그리고 CELL은 최초로 PlayStation 3에 탑재되어 5월 세계최대의 게임쇼인 E3에서 실제 동작 모습을 공개할 예정이다. 이와 같이 슈퍼 컴퓨터급의 강력한 성능을 자랑