POWER(마이크로프로세서)

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1 개요

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▲ POWER 1 프로세서의 각 부분들이 별개의 칩들로 구성되어 있는 것을 볼 수 있다.

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▲ POWER 3 CPU가 두 개 박아져 나온 기판. POWER CPU의 대부분은 이와 같이 기판에 박아서 나온다.

IBM에서 만든 마이크로프로세서 아키텍처. 1980년 IBM에서 발표한 RISC 아키텍처의 개념에서 나온 마이크로프로세서 아키텍처이다. 'Performance Optimization With Enhanced RISC'의 약자다.

마이크로프로세서가 등장했음에도 불구하고, 신뢰성 등의 이유로 여전히 트랜지스터 기반 CPU를 채택하고 있던 IBM 메인프레임을 개선하기 위해 RISC 아키텍처의 개념이 등장하였고 이를 실현한 것이 POWER 아키텍처라 하겠다.

1990년 최초로 등장한 POWER1는 마이크로프로세서가 아니었지만, POWER2의 일부 계열에서 마이크로프로세서화 되었고, POWER3에 이르러서 완전한 마이크로프로세서의 형태를 갖추게 되었다.

POWER는 IBM의 다양한 메인프레임 아키텍처를 효과적으로 통합하려는 취지에서 개발되었으나 POWER4에 와서야 그 목적을 달성할 수 있었다. 32/64 비트 POWER 아키텍처, 그리고 항공사 등 정수연산에 특화된 요구에 부응하는 아마존(RS64) 아키텍처. 32/64비트 PowerPC 아키텍처가 모두 통합된 최초의 마이크로프로세서가 POWER4이다.

여러 개의 칩으로 구성된 CPU인 POWER1을 마이크로프로세서화 하는 과정에서, 메인프레임 바깥에서도 이걸 잘 굴려서 짭짤한 맛 좀 볼까...하고 개발하게 된 것이 PowerPC이다.

2 특징

한마디로 현재 존재하는 컴퓨터 처리ㆍ연산 장치 기술력의 최첨단이라 할 수 있다. POWER가 갖는 성능은 기술 계열 상 최소 3년 길게는 7~8년 앞선 것으로 평가받으며, 동세대의 다른 CPU과는 비교할 수 없을 정도로 막강한 성능을 보여주고 있다. 보통 메인프레임이나 대규모 서버의 경우에는 신기술 도입을 보수적으로 하는 데 반하여 IBM의 경우에는 그러한 신기술에 대한 도입을 비교적 공격적으로 하는 편이기 때문에 다른 경쟁 기업들의 추종을 불허한다[1].

POWER 제품군은 동세대의 다른 프로세서들에 비해서 우월한 정규 클럭과 비교할 수 없을 정도로 빠른 데이터 대역폭을 갖고 있다. 때문에 CPU에 한꺼번에 많은 양의 부하가 걸릴 때 100%의 CPU 점유 시 자원가용률을 최대 97%까지 올릴 수 있다. 이처럼 CPU 자원 활용을 극대화 할 수 있기 때문에 POWER CPU 한 개가 동 세대의 제온 CPU 2~4개를 거뜬히 상대해 내는 기염을 토하기도 한다.

POWER 제품 군 중 개인용 컴퓨터에 적절하게 한 개편한 것이 PowerPC으로, 이 역시 동세대의 인텔 프로세서에 비해서 우월한 성능을 보여주었다. 한 가지 예로, PowerPC 603의 부동소수점 레지스터가 고자 수준이었는데도 동세대의 인텔 마이크로프로세서보다 높은 퍼포먼스를 보여주며 한 손가락이면 충분히 대적할 수 있음을 증명하였다.

과거 POWER 프로세서는 여타 프로세서들과 달리 CPU가 별도로 공급되어 소켓 형태로 탈착할 수 있는 것이 아니라 시스템이 발주될 때 아예 기판에 CPU 칩이 박혀서 나왔다. 때문에 시스템을 한 번 구입하면 CPU를 교체하는 것은 불가능했다. 물론 요즘은 LGA 비스므리하게 나오는 덕분에 교체가 가능하다. 뜯어야 할 건 많지만, 중간 업그레이드가 완전히 불가능 한 건 아니다.

2.1 장점

  • 우월한 클럭
IBM POWER 시리즈는 기본적으로 동세대 제온보다 1~2Ghz 이상 높은 클럭을 자랑한다. POWER 6 프로세서의 경우에는 정규 클럭이 5GHz인 것들도 있다.
  • 우월한 용량의 eDRAM캐시
POWER 시리즈 프로세서의 캐시의 용량은 엄청나게 크고 아름답고 이에 따른 활용성이 좋다.
  • 우월한 트렌젝션 속도
아크로펜에 관련 자료가 있지만, 간단하게 설명해보면 파워 아키텍쳐같은 RISC 프로세스는 일단 전부 트렌젝션 속도가 빠르다. 옆동네 스팍 코어도 이것을 장점으로 두고 있다. 이것은 코어를 만들 때 파이프라인을 사용하는 크로스바 구성을 사용하여 코어간 통신, 혹은 코어 밖 통신에 대응한 것에 의하며, 그로인해 할일하다 뭔가 자료가 모잘라서 멈추면 그 일을 메모리에 고스란히 올려두고 다른작업을 불러와 그것을 수행한다.(이것을 데이터 패치 라고 부름). x86 도 이게 되긴 되지만 속도가 파워 계열에 비해 많이 느리다.
  • 단일 칩에 집적된 코어는 적지만 칩의 개별 성능은 높음

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(위 사진은 POWER5 블럭으로, 4코어에 각 코어당 36MB의 L3 캐시메모리(!)가 할당되어있다. 출시일은 2004년(!)이다.)

x86 계열 제품군들이 다코어 칩셋으로 나아가는 반면, POWER칩셋은 하나의 칩에는 적은 코어만 박아 넣고 그 칩들을 한꺼번에 플레이트에 박는 방식을 취하고 있다. 이렇게 하면 여러 개의 칩에 Cache메모리를 물려주고 전원을 배분해야 하기 때문에 설계 난이도가 하나의 칩에 여러 코어를 박아 넣는 것보다 오히려 더 높아진다. 하지만 POWER와 같은 방식은 코어의 집적을 의도적으로 분산시키는 효과가 있기 때문에 발열을 효과적으로 관리할 수 있고, 전력 사용도 훨씬 효과적으로 할 수 있다. 또한 여러 칩을 하나의 플레이트에 박아 넣음으로, POWER는 외형상 엄청난 코어를 갖는데 POWER795(MaxCore) 제품의 경우 하나의 플레이트에 8코어 짜리 칩이 32개가 있어서 총 256코어를 자랑한다. 거기에 동작 속도가 4.0GHz인 것은 덤.
이렇다고 해서 하나의 개별 코어의 성능이 딸려서 이렇게 무식하게 때려 박는 식으로 제품이 발전한게 아니냐고 할 수 있지만, 위에서 기술된 바와 같이 POWER 칩셋은 동세대의 제온과는 비교할 수 없는 성능을 자랑한다. 실제로 POWER 7 시리즈 중 가장 낮은 포지션인 710은 단일 칩셋에 6코어를 갖고 4.0GHz로 작동하는데, 이는 인텔 제온의 가장 높은 제품군인 e7과는 비교할 수 없을 정도로 우월한 성능을 보여준다.

2.2 단점

  • 부왘 소리가 나올 정도의 개발 난이도
  • 관리하기 어렵다.
다만, 이러한 단점은 POWER 6칩 이후부터 크게 개선되었고, IBM에서 자체적으로 POWER용 리눅스를 개발해 공급하고 있기 때문에 개발 난이도 부담은 크게 경감되었다.
  • 전기 먹는 하마, 그리고 엄청난 발열
전기 작살나게 많이먹는다. 다이 면적이 제온의 두배가까이 되는 매머드급 대형프로세서인데다 고클럭이기까지 하니 당연한건데, 그래도 IBM이 전력 통제를 위해서 쥐어짜고 쥐어짜는 설계를 했지만 커다란 고클럭의 프로세서라 어쩔수가 없다.
또한 전기를 작살나게 먹는만큼 발열도 엄청나다. POWER 프로세서가 탑제된 소형 서버만해도 비행기가 날라가는 건가하는 정도로 엄청난 쿨링 소음이 발생하며, 서버의 규모가 커질 수록 발열 쿨링을 위한 소음은 더더욱 커지게 된다. 결국 POWER 7에 이르러서 서버나 메인프레임에서는 신뢰성 문제로 그동안 사용하지 않던 수랭 쿨링 방식을 수용하게 된다.[2] POWER 7 출시 이후 IBM에서는 시스템을 설치하는 장소에 별도의 공조 설비을 갖추어 있지 않은 경우에는 시스템에 수랭 쿨링을 장착할 것을 권장하고 있다. 결정적으로 특정 성능을 내는 데 드는 전력량이 너무 높아서 애플이 파워PC 계열을 버리고 x86으로 이주하게 되는 결정적 계기를 제공했다.
  • 크고 아름다운 가격
크고 아름다운 프로세서 아니랄까봐 비싸기도 무지막지하게 비싸다. 당연히 엄청난 고성능을 자랑하고, 또 기술 계열 상으로 볼 때도 일반적인 서버용 CPU보다 최소 3~4년은 앞서 있는 제품이기 때문에 이러한 가격은 감수할만한 가치가 있다할 것이다. 실제로도 POWER 제품이 탑재된 대형서버나 메인프레임과 같은 제품은 장기적인 사용 계획을 갖고 도입하는 것이 일반적이기 때문에 일반적인 가성비보다는 성능과 안정성을 더 중시한다. 일례로 금융기관에서 도입하는 메인프레임은 한 번 들여놨다하면 최소한 20년은 큰 문제 없이 작동해야 하기 때문에 단순히 가격이 문제가 아니다. 예를들면 4.2Ghz 2코어 POWER 6을 420만원(...)에 살 수 있다.
  • 개인용 워크스테이션 제품 없음
POWER 5시리즈 까지는 IBM IntelliStation라는 워크스테이션 제품군이 있어 개인들도 POWER CPU를 탑제한 제품을 사용할 수 있었지만, POWER 6시리즈로 넘어가면서 워크스테이션 제품군이 완전히 단종되었다. 파워 컴퓨팅에 기반한 워크스테이션을 사용하던 개인이나 각종 연구 기관들에서는 이 워크스테이션군이 단종된다고 하자 눈물을 흘렸다고. 실제로 POWER 칩의 성능은 인텔이나 AMD의 CPU와는 비교할 수 없을 정도로 강력해서 POWER3 550MHz 단일 칩셋이 동시대의 3.0GHz의 클럭을 갖는 인텔 제온 칩셋을 쳐바르는 모습을 보이기도 했다.
  1. ↑ 그나마 POWER에 비견할 수 있는 제품군으로 SPARC이(가) 있었는데, 이 제품을 원래 만들던 썬마이크로시스템즈이 오라클에 인수되면서, 사실상 명맥이 끊겼다.
  2. ↑ 공랭 쿨러야 쿨러가 고장나면 팬이 고장나는 것이고, 이런 연유로 과열될 경우 꺼진다. 그런데 수랭의 경우 고장난다는 게 수랭 쿨러의 펌프가 고장난다는가, 내부에 어떤 부분이 막힌다든가가 있고 끝판왕으로 누수가 있다. 그리고 전자제품의 천적은 이런 전기가 통하는 액체이고. 덕분에 수랭은 관리가 많이 필요하다.