CPU 기본 사항: 코어, 하이퍼 스레딩 및 다중 CPU란 무엇입니까?

컴퓨터의 중앙 처리 장치(CPU)는 기본적으로 프로그램을 실행하는 컴퓨팅 작업을 수행합니다. 그러나 최신 CPU는 다중 코어 및 하이퍼 스레딩과 같은 기능을 제공합니다. 일부 PC는 여러 CPU를 사용하기도 합니다. 차이점과 작동 방식을 설명합니다.

하이퍼스레딩과 동시 멀티스레딩이란?

동시 멀티스레딩(Intel의 하이퍼스레딩이라고 함)을 사용하면 단일 CPU가 여러 작업을 순차적이 아닌 동시에 실행할 수 있으므로 대부분의 상황에서 성능이 향상됩니다.

하이퍼 스레딩은 2002년에 소비자 PC에 병렬 연산을 도입하려는 인텔의 첫 번째 시도였습니다. 당시의 펜티엄 4에는 단일 CPU 코어만 탑재되어 있어 한 번에 하나의 작업만 수행할 수 있었습니다. 멀티 태스킹처럼 보일 정도로 빠르게 작업합니다. AMD 및 기타 타사 프로세서에서 동시 멀티스레딩(SMT)이라고 하는 하이퍼스레딩이 이를 보완하려고 시도했습니다.

참고: 엄밀히 말하면 Intel 프로세서 에만 하이퍼 스레딩이 있지만 이 용어는 모든 종류의 동시 멀티스레딩을 지칭하기 위해 때때로 구어체로 사용됩니다.

하이퍼스레딩 또는 동시 멀티스레딩이 있는 단일 물리적 CPU 코어는 운영 체제에 두 개의 논리적 CPU로 나타납니다. CPU는 여전히 단일 CPU이므로 약간의 치트입니다. 운영 체제는 각 코어에 대해 두 개의 CPU를 인식하지만 실제 CPU 하드웨어에는 각 코어에 대한 단일 실행 리소스 세트만 있습니다. CPU는 실제보다 더 많은 코어가 있는 것처럼 가장하고 자체 논리를 사용하여 프로그램 실행 속도를 높입니다. 즉, 운영 체제는 각각의 실제 CPU 코어에 대해 두 개의 CPU를 보도록 속입니다.

하이퍼 스레딩을 사용하면 두 개의 논리적 CPU 코어가 물리적 실행 리소스를 공유할 수 있습니다. 이렇게 하면 작업 속도가 다소 빨라질 수 있습니다. 하나의 가상 CPU가 정지되어 대기 중인 경우 다른 가상 CPU가 실행 리소스를 빌릴 수 있습니다. 하이퍼 스레딩은 시스템 속도를 높일 수 있지만 실제 추가 코어만큼 좋은 것은 없습니다.

고맙게도 하이퍼 스레딩은 이제 보너스일 뿐입니다. 하이퍼 스레딩이 있는 원래의 소비자 프로세서에는 다중 코어로 가장한 단일 코어만 있었지만 최신 CPU에는 다중 코어와 하이퍼 스레딩 또는 SMT 기술이 모두 있습니다. 하이퍼 스레딩이 있는 헥사 코어 CPU는 운영 체제에 12코어로 표시되는 반면 하이퍼 스레딩이 있는 옥타 코어 CPU는 16코어로 나타납니다. 하이퍼 스레딩은 추가 코어를 대체할 수 없지만 하이퍼 스레딩이 있는 듀얼 코어 CPU는 하이퍼 스레딩이 없는 듀얼 코어 CPU보다 더 나은 성능을 발휘해야 합니다.

CPU 코어란 무엇입니까?

원래 CPU에는 단일 코어가 있었습니다. 이는 물리적 CPU에 단일 중앙 처리 장치가 있음을 의미했습니다. 성능을 향상시키기 위해 제조업체는 "코어" 또는 중앙 처리 장치를 추가했습니다. 듀얼 코어 CPU에는 두 개의 중앙 처리 장치가 있으므로 운영 체제에는 두 개의 CPU로 나타납니다. 예를 들어 코어가 두 개인 CPU는 동시에 두 개의 서로 다른 프로세스를 실행할 수 있습니다. 이렇게 하면 컴퓨터가 한 번에 여러 작업을 수행할 수 있으므로 시스템 속도가 빨라집니다.

하이퍼 스레딩과 달리 여기에는 트릭이 없습니다. 듀얼 코어 CPU는 문자 그대로 CPU 칩에 두 개의 중앙 처리 장치가 있습니다. 쿼드 코어 CPU에는 4개의 중앙 처리 장치가 있고 옥타 코어 CPU에는 8개의 중앙 처리 장치가 있는 식입니다.

이는 물리적 CPU 장치를 단일 소켓에 맞도록 작게 유지하면서 성능을 크게 향상시키는 데 도움이 됩니다. 각각 고유한 전원, 냉각 및 기타 하드웨어가 필요한 4개의 서로 다른 CPU가 있는 4개의 서로 다른 CPU 소켓이 아니라 단일 CPU 장치가 삽입된 단일 CPU 소켓만 있으면 됩니다. 코어가 모두 동일한 칩에 있기 때문에 코어가 더 빠르게 통신할 수 있기 때문에 대기 시간이 적습니다.

Windows 작업 관리자는 이를 상당히 잘 보여줍니다. 예를 들어 여기에서 이 시스템에는 하나의 실제 CPU(소켓)와 8개의 코어가 있음을 알 수 있습니다. 동시 멀티스레딩은 각 코어가 운영 체제에 두 개의 CPU처럼 보이게 하므로 16개의 논리 프로세서를 표시합니다.

모든 멀티 코어 CPU 구성이 동일합니까?

아니요, 모든 멀티코어 CPU 구성이 동일한 것은 아닙니다. 멀티 코어 CPU를 볼 때 접하게 될 두 가지 뚜렷한 설계 철학이 있습니다.

한 가지 유형의 구성(그리고 수년 동안 소비자 PC에서 일반적으로 사용된 종류)은 여러 개의 동일한 코어를 사용합니다. 이러한 설정에서 옥타 코어 시스템이 있는 경우 해당 프로세서 8개 모두가 고성능 CPU이며 모두 동일한 방식으로 최적화됩니다.

다른 하나는 서로 다른 코어를 혼합하여 사용합니다(종종 이기종 코어 아키텍처라고도 함). 일반적으로 이러한 설정은 성능 코어와 효율성 코어라는 두 가지 유형을 사용합니다.

정확한 이름 지정 체계는 회사와 애플리케이션에 따라 조금씩 다르지만 기본 아이디어는 동일합니다. 효율성 코어는 백그라운드 및 저수요 작업용으로 예약되어 있습니다. 이러한 코어는 더 적은 전력을 소비합니다. 성능 코어는 정반대입니다. 그들은 훨씬 더 많은 전력을 소비하지만 게임과 같은 까다로운 작업에서 훨씬 더 나은 성능을 제공합니다. 이 조합은 필요할 때 성능을 발휘하지만 배경 에너지 사용을 줄입니다.

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이 이기종 멀티 코어 설정(ARM에서 big.LITTLE이라고 함)은 절전 기능으로 인해 휴대폰 및 기타 모바일 장치에서 처음 인기를 얻었습니다. 하루 종일 휴대 전화를 사용해야 하는 경우 항상 고전력 코어를 실행하여 불필요하게 배터리를 소모하는 것은 이치에 맞지 않습니다. 인텔은 또한 Alder Lake 프로세서를 시작으로 주류 데스크탑 CPU에 이 아이디어를 도입했습니다.

다중 CPU는 어떻습니까?

대부분의 컴퓨터에는 단일 CPU만 있습니다. 그 단일 CPU에는 여러 개의 코어 또는 하이퍼 스레딩 기술이 있을 수 있지만 여전히 마더보드의 단일 CPU 소켓에 삽입되는 물리적 CPU 장치는 하나뿐입니다.

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하이퍼 스레딩 및 멀티 코어 CPU가 등장하기 전에 사람들은 CPU를 추가하여 컴퓨터에 처리 능력을 추가하려고 시도했습니다. 이를 위해서는 여러 개의 CPU 소켓이 있는 마더보드가 필요합니다. 마더보드에는 이러한 CPU 소켓을 RAM 및 기타 리소스에 연결하기 위한 추가 하드웨어도 필요합니다. 이러한 종류의 설정에는 많은 오버헤드가 있습니다. CPU가 서로 통신해야 하고 CPU가 여러 개인 시스템이 더 많은 전력을 소비하고 마더보드에 더 많은 소켓과 하드웨어가 필요한 경우 추가 대기 시간이 있습니다.

CPU가 여러 개인 시스템은 오늘날 가정용 사용자 PC에서 흔하지 않습니다. 여러 개의 그래픽 카드가 장착된 고성능 게임용 데스크탑도 일반적으로 단일 CPU만 사용합니다. 슈퍼컴퓨터, 서버, 일부 워크스테이션 및 가능한 한 많은 수 처리 능력이 필요한 유사한 고급 시스템에서 여러 CPU 시스템을 찾을 수 있습니다.

컴퓨터에 CPU나 코어가 많을수록 한 번에 더 많은 작업을 수행할 수 있으므로 대부분의 작업에서 성능이 향상됩니다. 이제 대부분의 컴퓨터에는 다중 코어가 있는 CPU가 있습니다. 이는 우리가 논의한 가장 효율적인 옵션입니다. 최신 스마트폰과 태블릿에서도 여러 코어가 있는 CPU를 찾을 수 있습니다.

CPU의 클럭 속도와 해당 IPC(주기당 명령)는 성능을 비교할 때 충분했습니다. 더 이상 상황이 그렇게 단순하지 않습니다. 다중 코어 및 하이퍼 스레딩을 제공하는 CPU는 동일한 속도의 하이퍼 스레딩 기능이 없는 CPU보다 성능이 훨씬 뛰어날 수 있습니다. 그리고 CPU가 여러 개인 PC는 훨씬 더 큰 이점을 가질 수 있습니다. 이러한 모든 기능은 PC가 동시에 여러 프로세스를 보다 쉽게 ​​실행할 수 있도록 설계되어 멀티태스킹 또는 비디오 인코더 및 최신 게임과 같은 강력한 앱의 요구에 따라 성능을 향상시킵니다.

물론 더 많은 코어 수가 모든 상황에서 그다지 중요한 것은 아닙니다. 최신 운영 체제는 여러 코어 간에 작업을 분할하는 데 매우 영리하지만 모든 프로그램이 그렇게 잘 최적화된 것은 아닙니다. 많은 경우(특히 게임) 성능은 총 코어 수가 아닌 개별 코어의 최대 속도에 의해 주로 제한됩니다. 따라서 Call of Duty 에서 10억 FPS를 얻을 수 있을 것이라고 생각하면서 64코어 Threadripper CPU를 구입하기 위해 서두르지 마십시오. 그렇지 않을 것입니다.