제온 스케일러블, 스카이레이크-X부터 적용되는 메쉬 아키텍처

 

 

지난 5월에 발표된 인텔의 서버용 프로세서인 제온 스케일러블(Xeon Scalable) 라인업은 AMD의 서버용 프로세서인 네이플스(Naples)와 직접 경쟁할 수 있도록 설계되었습니다.

 

AMD의 네이플스 프로세서는 Zen 마이크로아키텍처의 기본인 4개의 코어가 한 세트로 구성된 CCX들의 내외부를 인피니티 패브릭 인터커넥트(Infinity Fabric Interconnect)로 연결하는 구조로 되어 있습니다. 이러한 구조는 CCX를 갖다 붙이고 인피니티 패브릭으로 연결하면 되니 4의 배수로 코어를 늘리기 쉽습니다.

 

AMD의 새로운 기술의 도전에 직면한 인텔은 다코어 제품군을 어떻게 설계해야할지에 대해서 몇 가지 어려움을 겪게 되었습니다. 따라서 인텔의 새로운 메쉬 인터커넥트 기술이 탄생한 것입니다.

 

인텔은 여러 코어 컴플렉스를 연결할 때 전통적으로 QPI(Quick Path Interconnect) 인터커넥트에 의존해 왔지만 QPI는 근본적으로 제한 사항이 있습니다.

 

우선 QPI는 point to point(1:1연결) 기술이며 무작위의 코어들이 서로 주소를 지정하려는 경우에는 본질적으로 적합하지 않았습니다. 그렇게 되기 위해서는 어떤 한 코어가 다른 모든 코어와 1:1로 QPI 링크가 연결되어 있어야 합니다. 그러면 리소스가 낭비됩니다.

 

 

▲ 링버스 구조 개념도. 링 모양의 버스에 코어들이 하나씩 연결되어 있다.

 

 

인텔은 그런 문제점을 해결하기 위해서 '링버스'라는 구조를 사용했습니다. 링버스는 네트워크에서 말하는 토큰 링(단말이 접속되는 노드 간을 링 모양으로 만듦)과 비슷하다고 생각하면 됩니다. 기본적으로 한 코어에서 다른 코어로 데이터가 전송될 때 이 고리 모양의 버스를 통과하게 됩니다.

 

 

 

 

각 클럭 사이클에서 버스는 한 방향, 혹은 반대 방향으로 데이터를 이동시킬 수 있지만 하나의 코어에서 가장 멀리 떨어진 코어로 데이터를 이동시키려면 지연이 길어지게 됩니다. 이것은 코어 수가 적거나 다이 크기가 작을 때 유용하고 다코어 구조에서는 더이상 적합하지 않습니다.

 

 

▲ 메쉬 인터커넥트 구조 개념도. 그물 모양의 버스에 코어들이 연결되어 있다.

 

 

메쉬 인터커넥트 구조는 이러한 문제를 해결할 수 있는 방안이었으며 머신 러닝용 다코어 프로세서인 2세대 제온 파이(나이츠 랜딩) 에서 처음 소개된 기술입니다. 이러한 메쉬 인터커넥트 구조가 이제 서버용 제온, HEDT 프로세서인 스카이레이크-X에도 확대 적용되기 시작한 것입니다.

 

각 코어는 인접한 다른 코어들과 연결됩니다. 기본적으로 바둑판 모양(XY축이 있는 테이블 모양)으로 구성되어 있으며 링버스에서 사용하던 거대한 크기의 원형 버스가 아닌 좀 더 컴팩트한 '큐브'모양 토폴로지를 통해 시간을 절약하게 됩니다.

 

단순하게 3x3 구성의 큐브가 있다(8코어?)고 가정하였을때, 어떤 한 코어에서 가장 먼 코어까지 도달하기 위해서는 링버스 구조에서는 총 8의 클럭 사이클이 소요되지만 메쉬 구조에서는 4번만 가면 됩니다. 따라서 멀티코어에서의 성능이 이전보다 상당히 개선됩니다.

 

결론적으로 인텔은 AMD의 인피니티 패브릭 인터커넥트와 충분히 경쟁할 기술을 갖추고 있으며 이제는 인텔도 다이 하나에 더 많은 코어를 넣을 수 있다는 것을 감안하면 AMD는 그 사실을 주의 깊게 관찰할 필요가 있다는 것입니다.

 

이러한 메쉬 인터커넥트 구조는 제온 스케일러블(Xeon Scalable)과 스카이레이크-X(Skylake-X)의 출시로 주류 시장으로 데뷔하게 되었으며 앞으로도 더 많은 주류 시장에 확대 적용될 것입니다.

 

 

참고 자료

https://www.techpowerup.com/234392/intel-announces-new-mesh-interconnect-for-xeon-scalable-skylake-x-processors

https://hothardware.com/news/intel-announces-new-high-bandwidth-low-latency-mesh-interconnect-architecture

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