인텔이 새롭게 발표한 특허 EP 4579444 A1에서는 코어 간 동적 스케줄링 및 협업을 통해 단일 스레드 성능을 향상시키는 SDC(Software Defined Super Core)라는 혁신적인 개념을 소개했습니다. 이로써 기존의 하드웨어 확장 문제를 효과적으로 극복할 수 있게 되었습니다. CPU 성능 향상은 전통적으로 프로세스 기술의 발전, 주파수 증가 및 더 큰 코어 크기에 의존해왔습니다. 그러나 무어의 법칙이 둔화되고 전력 제약이 더 두드러지면서 이러한 전통적인 방법의 수익률은 감소했습니다. 인텔의 SDC 이니셔티브는 아키텍처 수준에서 소프트웨어 스케줄링을 통합함으로써 단일 스레드 성능의 병목현상을 극복하려는 또 다른 노력으로, 앞으로의 프로세서가 하드웨어 확장 없이도 성능을 향상시킬 수 있는 새로운 길을 제시합니다.

SDC의 기본 원칙은 여러 작은 코어가 필요할 때 하나의 더 큰 논리 코어로 가상적으로 병합되어, 일반적으로 단일 코어에서 처리되는 스레드를 함께 실행할 수 있도록 하는 것입니다. 이 과정에서는 단일 스레드의 명령 스트림을 병렬화 가능한 세그먼트로 분할하여 여러 코어 간에 실행되도록 배포하는 것이 포함됩니다. 또한 섀도 스토리지 버퍼 같은 메커니즘을 사용하여 질서와 데이터 일관성을 유지합니다. 이 접근법에서는 애플리케이션과 운영체제 모두 여전히 작업을 실행하는 단일 코어로 나타나므로 개발자의 변경이 필요 없습니다. 기존의 멀티스레딩과 달리, 주요 초점은 주기당 명령어(IPC)를 직접 향상시키기 위해 단일 스레드 워크로드를 병렬화하여 단일 코어 성능을 향상시키는 것입니다. 전통적으로 하나의 프로세서에서 수행했던 작업이 이제 두 개의 프로세서가 공동으로 작업하여 원활하게 수행되며, 외부에서 보이는 외관을 변경하지 않고 효율성을 크게 향상시킵니다.

이 기술의 잠재력은 전압과 주파수의 증가를 필요로 하지 않고 성능을 향상시킬 수 있으며, 대신 기본적인 협업 스케줄링 메커니즘에 의존하고 있다는 점에서 발휘됩니다. 이론적으로 어플리케이션이 복잡한 게임 엔진의 물리적 스레드, 과학 컴퓨팅의 순차적 작업, 또는 컴파일러 프런트엔드의 병목 현상과 같은 예외적인 단일 코어 성능을 요구할 때마다 CPU는 일시적으로 '슈퍼 코어'를 생성하여 실행 시간을 크게 줄일 수 있습니다. 이 접근방식은 CPU 아키텍처가 오랫동안 직면해 있던 단일 스레드 성능 장벽에 대한 새로운 전망을 제공합니다. 그러나 특허의 제안된 해결책은 다양한 도전에 직면해 있습니다. 주요 관심사는 짧은 지연 시간 코어 간 통신을 달성하는 것입니다. 작은 코어 간에 데이터를 빠르게 교환해야 하거나, 명령어 순서를 유지하는 오버헤드가 이점을 무시할 수 있습니다. 또한 코어 간 상태 및 데이터 정합성을 위한 메커니즘이 필요하며, 이는 설계 오버헤드를 증가시키는 동기화 복잡성을 발생시킵니다. 또한 운영체제의 스케줄링 계층은 SDC 논리 코어를 인식하고 효율적으로 관리하기 위해 업데이트되어야 하며, 이 계층이 없으면 메커니즘이 최적적으로 작동할 수 없습니다. 여러 작은 코어가 하나의 슈퍼코어에 통합되므로 혁신적인 알고리즘을 통해 전력 소비와 에너지 효율의 균형을 최적화해야 합니다.

이 특허는 인텔의 최근 CPU 전략과도 일치합니다. Alder Lake를 시작으로 인텔은 다양한 코어 크기를 사용하여 성능과 에너지 효율성을 만족시키기 위해 P-코어와 E-코어 모두를 갖춘 하이브리드 아키텍처를 도입했습니다. 앞으로 출시될 Arrow Lake 플랫폼에서는 E-코어 수가 증가하여 인텔의 첨단 20A 프로세스 기술과 일치하여 성능과 전력 소비량 간의 균형을 더욱 최적화하도록 설계되었습니다. 그러나 이러한 하이브리드 아키텍처가 멀티 스레드 처리량에 중점을 두고 있지만, 단일 스레드 성능은 여전히 P 코어의 크기와 주파수에 의존합니다. SDC 개념은 이 풍경에 새로운 차원을 도입할 것으로 예상됩니다. 미래 시나리오에서는 여러 개의 E 코어나 P 코어가 논리적으로 하나의 "슈퍼코어"로 결합될 수 있어 단일 스레드 성능 제약을 잠재적으로 완화할 수 있습니다.

특히 주목할 만한 것은 인텔이 AI 가속기 및 이종 컴퓨팅 분야에 적극적으로 참여하고 있다는 점입니다. 내장형 NPU를 갖춘 Meteor Lake에서 데이터센터용 Gaudi 시리즈 AI 가속기, Arc 및 Rialto Bridge GPU 시리즈에 이르기까지 인텔은 "다단위 시너지"를 탐구하고 있습니다. "SDC는 메가 코어 스태킹에서 수많은 소형 컴퓨팅 유닛을 효율적으로 통합하는 데 초점을 맞추고 있기 때문에 이러한 트렌드에 잘 맞습니다. AI 추론이나 병렬 학습에 중점을 둔 접근과 달리 SDC는 가상화와 스케줄링 수정을 통해 작업을 가속화하여 단일 스레드 순차 실행의 전통적인 도전을 해결합니다.

업계의 관점에서 볼 때, SDC가 특허에서 제품으로 전환되면 인텔의 경쟁 우위를 확보할 수 있습니다. 현재 AMD는 Zen 아키텍처를 통해 TSMC의 첨단 제조 공정과 결합하여 싱글 코어 IPC를 강화하여 Ryzen 및 EPYC 제품군에서 인상적인 성능을 제공합니다. 한편, 엔비디아(NVIDIA)는 AI 칩에서 지배적인 위치를 유지하며, 블랙웰 아키텍처는 높은 처리량과 상당한 이익 마진으로 데이터 센터에서 선호되고 있습니다. 인텔은 싱글 스레드 성능을 위한 새로운 솔루션에 진출하여 클라이언트 및 고성능 컴퓨팅 부문에서의 영향력을 강화할 수 있습니다. 특히, 높은 IPC에 의존하는 게임 시장 및 애플리케이션에서 SDC가 성공하면 인텔을 경쟁업체와 차별화할 수 있습니다.

그럼에도 불구하고, SDC는 상용화를 위해 여전히 상당한 작업이 필요한 특허 단계에 머무르고 있습니다. 코어 동기화 또는 OS 레벨의 스케줄링 적응의 복잡성은 상당한 R&D 투자를 필요로 할 것입니다. Arrow Lake 이후 차세대 기술에 이 기술을 통합할지 여부에 대한 인텔의 결정은 아직 불확실합니다. 그러나 이러한 개념적 탐구는 물리적 하드웨어 확장에 따른 수익률이 감소함에 따라 CPU 제조업체들이 소프트웨어 정의 및 논리적 통합 솔루션으로 혁신적으로 전환하고 있음을 보여줍니다. 가상화가 서버 컴퓨팅 리소스 활용도를 변화시킨 것처럼, 소프트웨어 정의 슈퍼 코어는 언젠가 싱글 코어 성능에 대한 우리의 인식을 재정의할 수 있습니다.