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안녕하세요. 매일 IT, 밀릿입니다. CPU에 대해 알아보기 시작한 지도 벌써 시간이 꽤 지났습니다. 기본적인 작동원리부터 CPU 하드웨어의 성능을 보조하는 기술들까지 정말 다양한 분야의 정보들을 접할 수 있었습니다. 하지만 여전히 알게 모르게 이전부터 사용해왔던 PC 기능들의 정체가 고도로 개발된 기술들에 기반한다는 점이 신기하기만 합니다. 이번 시간에 알아볼 기술은 역시 인텔의 CPU 제품에 적용된 기술 중 하나인 '스피드 스텝'이라는 기술입니다. 이름에서부터 PC의 데이터 처리 속도에 관한 기술이 아닐까 짐작할 수 있지만, 이름만 가지고는 어떤 PC 구성요소의 성능을 지원하는지 짐작하기가 어렵습니다. 그럼 지금부터 '인텔 스피드 스텝'의 원리와 기능에 대해서 알아보도록 하겠습니다.

 

 

'인텔 스피스 스텝'이라는 기술의 명칭은 인텔 CPU 코어 i 시리즈의 4세대 제품 중 하나의 상세 설명을 살펴보던 중에 발견할 수 있었습니다. 제품 설명에 따르면 스피드 스텝 기술은 고성능을 지원하는 동시에 시스템의 전원 절약 요구 사항을 충족시키는 고급 기술이라고 합니다. 전압 및 주파수 변경 간의 분리, 클럭 파티셔닝 및 복구와 같은 설계 전략을 통해 CPU 성능의 향상을 지원한다고 이야기하고 있습니다. 이 정도 설명으로는 기술에 대해 정확히 파악하는 것이 어려운 관계로 추가적인 설명을 찾아보았고, 인텔 공식 발표자료에서 관련 내용을 좀 더 확인할 수 있었습니다.

'인텔 스피드 스텝' 기술은 인텔 코어 i 시리즈 6세대 스카이레이크 제품군이 출시하며 '스피드 시프트'라는 명칭으로 변경되었습니다. '스피드 시프트' 기술은 프로세서가 보다 빠르게 최적의 성능을 발휘하고 전력 효율성을 위해 동작 속도 및 전압을 빠르게 선택할 수 있게 함으로써 웹 브라우징과 같은 단일 스레드의 단기 작업 등의 작업 효율과 응답 속도 향상을 지원한다고 합니다. 스피드 스텝, 스피드 시프트 기술은 P-State를 제어함으로써 이러한 기능을 구현합니다. P-State란 CPU 사용량이 적을 때 CPU 코어의 주파수를 떨어뜨려서 적은 전압으로 CPU를 동작할 수 있도록 만드는 상태로, 미리 정의된 CPU 코어 주파수와 전압의 세팅 값을 기반으로 클럭 주파수를 데이터 처리량에 따라 조절하게 됩니다. (출처: 네이버 블로그 '돌고래 사육사')

CPU에 데이터 처리 요청이 들어오면 CPU는 관련 데이터를 캐시 또는 메모리 장치에서 찾아 연산 작업 후 결과물을 전송하는 방식으로 작동합니다. 복잡한 고사양 작업에는 다중 스레드가 투입되어 데이터의 흐름을 분산시키고, 단일 프로그램 작업 시에는 단일 스레드에 역량을 집중하여 연산을 처리하게 됩니다. 하지만 다중 스레드로 설계된 CPU 제품에서 싱글 스레드의 역량을 극대화하기 위해서는 제한된 단일 스레드 성능을 최대한 활용할 필요가 있고, 다중 스레드를 이용할 때에 비해 전력이나 전압의 필요가 증가하게 됩니다.

초기 스피드 스텝 기술은 단순히 AC 어댑터에 따라 고전력을 사용해 클럭 속도를 높이거나, 저전력 사용 시 클럭 속도를 낮추는 기초적인 수준이었지만, 기술이 발달하면서 클럭과 전압을 데이터 처리 수요에 따라 복수의 단계로 전환하여 사용할 수 있게 되었다고 합니다. (출처: 나무위키) 이전 게시물에서 언급한 터보 부스트 기능이 단일 스레드에 집중되는 부하를 줄이기 위해 데이터 처리 역량을 일시적으로 상승시키는 기술적 부분을 담당한다면, 인텔 스피드 스텝 기술은 터보 부스트 기능이 활성화되기 위해 필요한 일시적 전력/전압 투입량 조절을 가능하게 하는 기능을 담당하고 있는 것으로 이해할 수 있을 것입니다.

이러한 스피드 스텝, 스피드 시프트 기술은 사용자의 조작으로부터 독립적이며 CPU 부하 수준에 따라 자체적으로 활성화됩니다. 마이크로프로세서 (CPU) 내부의 전원 공급 장치가 별도의 알고리즘 논리 체계를 통해 실시간으로 CPU가 필요한 클럭과 전압이 최적으로 유지되도록 조절한다고 합니다. (출처: 나무 위키) 이러한 기능은 데이터 처리의 즉각적인 반응 속도의 향상을 가져오고, 상황에 따라 출력을 조절하므로 전력 결함과 발열은 최대한 감소시키는 효율적 에너지 사용의 결과를 기대할 수 있게 도와줍니다.

 

잠시 다른 얘기를 하자면, 스피드 스텝과 스피드 시프트 기술은 P-State를 제어하는 방식으로 작동하지만, C-State라는 상태도 존재합니다. C-State란 CPU가 표준치 이하로 구동되어 유휴 역량이 존재하는 경우, 에너지를 절약하기 위해 CPU에 저전력 모드로 전환하도록 명령할 수 있는데, 이러한 CPU의 저전력 모드를 통칭해 'C-State'라고 부릅니다. P-State와 전력의 낭비를 방지한다는 개념에서는 유사하지만, P-State가 전력 수요에 따라 유동적으로 반응하는데 반해 C-State는 아예 저전력 모드로 전환하는 것에서 차이가 있다고 볼 수 있습니다.


이번 시간에 살펴본 인텔 스피드 스텝/스피드 시프트 기술은 앞서 살펴보았던 터보 부스트의 기능과 밀접하게 연관이 되는 기술이었습니다. 기술은 상호 보완적이지만 CPU가 타기팅하는 고객군에 따라 어떤 기술의 성능을 더 강조할 것인가는 마케팅적 판단에 따른 것인 것 같습니다. 즉, 하나의 CPU가 여러 기능을 탑재하고 있음에도 전략적 판단에 따라 일부의 기술만을 광고한다는 것입니다. 물론 반대의 경우, 탑재된 기술의 수가 적어서 가지고 있는 기능을 과장되게 선전하는 일도 있을 수 있겠습니다. 제품을 선택함에 있어서 단순히 어떤 기술이 탑재되었다는 설명만으로 구매를 결정하기보다는 해당 기능을 잘 뒷받침하는 보조 기술들이 충분히 탑재되어 있는지 알아보는 자세가 필요할 것 같습니다.

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