CPU 리뷰 디코딩: 프로세서 용어에 대한 초보자 가이드

CPU 성능을 분석하는 것은 상당히 복잡한 과정입니다. 성능 벤치마크에 도달하기 전에, 우리는 실리콘, 다이, 패키지, IHS, 그리고 sTIM과 같은 다양한 용어들을 접하게 됩니다. 이러한 용어들은 PC 하드웨어 애호가들 사이에서 흔히 사용되지만, 때로는 그 의미가 명확하게 전달되지 않을 수 있습니다. 이 글에서는 이러한 핵심 용어들을 정의하여 CPU에 대한 이해를 돕고자 합니다.

이 설명은 심층적인 기술 분석을 위한 것이 아니라, CPU에 대한 기초 지식을 쌓고자 하는 입문자들을 위한 일반적인 용어 소개임을 기억해주십시오.

실리콘부터 시작

과거 인텔은 프로세서 제조 과정을 상세히 공개한 적이 있습니다. 우리는 이 기본 프레임워크를 바탕으로 CPU의 핵심 구성 요소인 다이(die)를 중심으로 프로세스를 살펴볼 것입니다.

CPU 제조의 첫 단계는 실리콘입니다. 실리콘은 모래에서 가장 흔하게 발견되는 화학 원소입니다. 인텔은 실리콘 잉곳을 시작으로, 이를 얇게 잘라 웨이퍼를 만듭니다.

다음으로, 웨이퍼를 "거울처럼 매끄러운 표면"으로 연마하는 단계를 거치면서 실리콘은 본격적인 전자 재료로 변모하게 됩니다.

실리콘 웨이퍼는 먼저 포토레지스트로 코팅됩니다. 그 후, UV 광선에 노출시켜 에칭 과정을 거친 다음 또 다른 포토레지스트 층을 입힙니다. 마지막으로, 구리 이온으로 도금하고 연마하여 웨이퍼 내의 수많은 트랜지스터를 연결하기 위한 금속 층을 추가합니다. (여기서는 기본적인 과정만 다루고 있습니다.)

이제 우리가 주목해야 할 중요한 지점에 도달했습니다. 웨이퍼는 기능 테스트를 거치게 됩니다. 이 테스트를 통과한 부분은 '다이(die)'라고 불리는 작은 직사각형 조각으로 잘립니다. 각 다이는 여러 개의 처리 코어, CPU 캐시, 그리고 다른 중요한 부품들을 포함할 수 있습니다. 다이로 잘린 후 다시 한 번 테스트를 거치고, 통과한 다이만이 시중에 판매됩니다.

10세대 Intel Core 프로세서에 사용된 실리콘 다이의 모습.

이것이 바로 모든 프로세서의 핵심인 트랜지스터를 품고 있는 작은 실리콘 조각입니다. 나머지 모든 물리적인 구성 요소는 이 작은 실리콘 조각이 제 기능을 수행하도록 돕는 역할을 합니다.

여기서 중요한 점은, 사용하는 CPU 모델에 따라 하나 또는 여러 개의 실리콘 다이가 사용될 수 있다는 것입니다. 하나의 다이는 모든 프로세서 구성 요소(코어, 캐시 등)가 단일 실리콘 조각 안에 있다는 것을 의미하며, 여러 개의 다이가 사용될 경우에는 서로 연결되어 있습니다.

특정 CPU에 단일 다이가 사용되는지 아니면 여러 다이가 사용되는지 쉽게 알 수 있는 방법은 없습니다. 이는 전적으로 제조업체의 선택에 달려 있습니다.

인텔은 소비자용 프로세서에 단일 다이(모놀리식 디자인)를 사용하는 것으로 알려져 있습니다. 모놀리식 디자인의 장점은 모든 구성 요소가 동일한 다이 위에 존재하므로 통신 지연이 거의 없어 더 나은 성능을 제공한다는 것입니다.

하지만 동일한 크기의 실리콘에 더 많은 트랜지스터를 집적해야 하므로 기술 발전에 어려움이 따릅니다. 특히 8개 또는 10개 코어가 필요한 경우, 모든 코어가 작동하는 단일 다이를 생산하는 것이 더 어렵습니다.

여러 CCX를 사용하는 AMD Threadripper 프로세서의 구조.

이와 대조적으로 AMD는 일부 모놀리식 프로세서를 제조하지만, Ryzen 3000 데스크탑 시리즈는 실리콘 내에 4개의 코어를 가진 더 작은 실리콘 칩렛을 사용합니다. 이러한 칩렛을 코어 콤플렉스(CCX)라고 부르며, 더 큰 코어 콤플렉스 다이(CCD)를 만들기 위해 함께 패키징됩니다. AMD에서 다이라고 간주하는 것은 바로 이 CCD입니다. 즉, 작동하는 CPU를 만들기 위해 연결된 여러 개의 작은 실리콘 칩렛입니다.

AMD 프로세서에는 I/O 다이라고 불리는 CCD와는 별도의 실리콘 다이도 있습니다. 이 부분에 대한 자세한 설명은 TechPowerUp의 2019년 6월 기사에서 확인할 수 있습니다.

작동하는 실리콘 다이를 만드는 과정이 복잡하다는 점을 고려할 때, 10개의 코어를 가진 단일 다이보다 4개의 코어로 구성된 작은 단위를 만드는 것이 훨씬 더 쉽다는 것을 알 수 있습니다.

CPU 패키지

다이가 완성되면 컴퓨터 시스템과 상호 작용하기 위한 추가적인 준비가 필요합니다. 이 과정은 일반적으로 기판이라고 하는 작은 녹색 보드에서 시작됩니다.

완성된 CPU를 뒤집어 보면 녹색 보드 하단에 금색 접점(또는 제조사에 따라 핀)이 있습니다. 이러한 접점 또는 핀은 마더보드의 소켓에 맞춰 CPU가 시스템의 다른 부분과 통신할 수 있게 해줍니다.

프로세서 내부로 다시 들어가보면, 실리콘 다이는 아직 덮여있지 않은 상태입니다. 여기서 중요한 구성 요소는 열 인터페이스 재료(TIM)입니다. TIM은 열 전도율을 높여 CPU 냉각에 필수적인 역할을 합니다. TIM은 일반적으로 열 페이스트 또는 sTIM(솔더 열 인터페이스 재료)의 두 가지 형태로 제공됩니다.

TIM 재료는 동일한 제조업체의 CPU 세대마다 다를 수 있습니다. CPU 관련 뉴스를 주의 깊게 살펴보거나 완성된 프로세서를 직접 열어보지 않는 한 특정 CPU에 어떤 TIM이 사용되었는지 알 수 없습니다. 예를 들어, 인텔은 2012년부터 2018년까지 열 페이스트를 사용했지만, 그 이후에는 상위 9세대 코어 프로세서부터 sTIM을 사용하기 시작했습니다.

결론적으로, 패키지는 다이, 기판 및 TIM으로 구성됩니다.

AMD Ryzen CPU의 렌더링. 브랜드 이름은 IHS에 인쇄되어 있습니다.

마지막으로, 패키지 상단에는 통합 열 분산기(IHS)가 있습니다. IHS는 CPU의 열을 넓은 표면으로 분산시켜 CPU 온도를 낮추는 데 도움을 줍니다. CPU 팬 또는 수랭식 냉각 장치가 이 IHS에 축적되는 열을 발산하는 역할을 합니다. IHS는 일반적으로 니켈 도금된 구리로 만들어지며, 위 그림과 같이 CPU 이름이 인쇄되어 있습니다.

이것으로 CPU의 주요 구성 요소에 대한 간단한 소개를 마칩니다. 다시 한번 강조하자면, 다이는 프로세서 코어, 캐시 등을 포함하는 실리콘 조각입니다. 패키지는 다이, PCB 및 TIM으로 구성되며, IHS는 패키지 상단에 위치합니다.

물론 이 외에도 더 많은 요소들이 있지만, 일반적으로 CPU 뉴스와 리뷰에서 집중적으로 다루는 핵심 요소들은 바로 이러한 것들입니다.