이제 사회 전반의 관심사가 된 ‘인공지능(AI)’에 대해 PC 시장 또한 올해부터 AI 작업에 최적화된 ‘AI PC’를 선보이기 시작했다. 하지만 PC 시장에서 ‘AI PC’로의 움직임을 주도하는 것은 ‘노트북’이었다. AI PC의 핵심 요건으로 꼽히는 ‘신경망처리장치(NPU)’의 역할에 있어 노트북 PC와 데스크톱 PC에서의 의미가 다르게 해석되기도 했다. 인텔에서는 데스크톱 PC를 위한 ‘NPU’ 탑재 프로세서도 나오지 않았다. 이에 데스크톱 PC에서의 ‘AI PC’는 그 이전의 고성능 GPU를 갖춘 게이밍 PC 등과 차별화되지 못한 면도 있었다.
이제는 데스크톱 PC도 본격적으로 ‘AI PC’ 시대로 진입할 시기가 왔다. 인텔은 기존 ‘14세대 코어’ 프로세서를 잇는 차세대 프로세서로 ‘15세대’가 아닌 새로운 ‘코어 울트라’ 브랜드를 데스크톱 PC 시장까지 확장하며 새로운 시대를 시작한다는 전략이다. 기존 ‘코어’ 브랜드와 ‘코어 울트라’ 브랜드 프로세서의 핵심 차별점은 AI를 위한 ‘신경망처리장치(NPU)’의 유무다. 데스크톱 PC로의 ‘코어 울트라’ 브랜드 확장은 인텔의 ‘2025년까지 1억대 AI PC 보급’ 목표 달성에도 본격적인 가속의 계기가 될 것으로 기대된다.
인텔의 ‘코어 울트라 9 285K’ 프로세서는 데스크톱 PC 시장에서의 새로운 ‘AI PC’ 시대를 여는 첫 제품이다. 코드명 ‘애로우 레이크(Arrow Lake)’로 알려진 ‘코어 울트라 200S’ 프로세서 제품군은 프로세서를 구성하는 기술과 구성하는 방법, 제조 공정까지 모두 바뀌었다. 이전 세대와 비교하면 성능 향상은 물론이고, NPU 탑재를 통한 새로운 기술을 제공한다는 점과 함께 새로운 아키텍처와 공정 적용을 통한 효율성 향상 측면이 두드러진다.
기술과 공정, 브랜드까지 모든 것이 바뀐 ‘대형 세대교체’
새로운 ‘코어 울트라 200S 시리즈’ 프로세서가 등장하면서 무엇보다 눈에 띄는 것은 새로운 ‘코어 울트라’ 브랜드다. 인텔은 AI 노트북 PC를 위해 디자인된 초대 ‘코어 울트라’ 프로세서를 내면서, 신경망처리장치(NPU)를 탑재한 제품은 ‘코어 울트라’ 브랜드를 쓰고 NPU가 탑재되지 않은 제품은 ‘코어’ 브랜드를 쓰고 있다. 당시 데스크톱 PC에서는 ‘14세대 코어 i 시리즈’ 브랜드를 그대로 썼는데, 이는 13세대 코어 프로세서 ‘랩터 레이크’의 리프레시였다.
초대 코어 울트라에서는 코드명 ‘메테오 레이크(Meteor Lake)’인 노트북 PC용 제품만 등장했고 데스크톱 PC용 프로세서에는 기존 13세대 코어 프로세서 제품군이던 ‘랩터 레이크(Raptor Lake)’의 리프레시가 ‘14세대’로 투입된 바 있다. 14세대 코어 프로세서는 기존 13세대에서 수율 향상에 힘입어 동작 속도를 약간 올리는 등의 최적화로 상품성을 높였고 플랫폼은 기존 세대와 공유했다. 덕분에 LGA 1700 소켓은 3세대에 걸쳐 유지되면서 초대 코어 프로세서 이후 가장 오랜 세대 지원을 제공하기도 했다.
2세대 코어 울트라 프로세서는 모바일에서는 ‘2세대’지만 데스크톱과 고성능 노트북 PC에서는 코어 14세대 프로세서를 대체하는 첫 코어 울트라 브랜드 제품군이 된다. 인텔은 2세대 코어 울트라 프로세서 제품군으로 크게 두 가지의 제품군을 준비했다. 이 중 얇고 가벼운 노트북을 위한 ‘효율’에 최적화된 ‘코어 울트라 200V 시리즈’인 ‘루나 레이크’가 먼저 선보였고 전통적인 성능 중시형 제품인 ‘애로우 레이크’가 데스크톱용 S, 노트북용 45W TDP급 H, 55W급 HX 제품군에 투입된다.
데스크톱 PC용으로 선보이는 ‘코어 울트라 200S 시리즈’는 기존 ‘랩터 레이크’와는 탑재되는 코어 마이크로아키텍처부터 이를 구성하는 ‘타일’ 방식 패키징, 제조하는 공정에 이르기까지 모든 부분이 달라졌다. 기본적으로는 초대 코어 울트라부터 선보였던 ‘타일’ 방식 패키징을 사용해 컴퓨트, 그래픽처리장치(GPU), 시스템온칩(SoC), 입출력(I/O) 타일 등이 베이스 타일 위에 포베로스 3D 패키징으로 연결한다. 포베로스 패키징을 위한 베이스 타일 이외에는 컴퓨트 타일까지 모두 TSMC의 공정을 사용하는 것도 특징이다.
코어 울트라 200S 시리즈는 앞서 선보인 200V 시리즈 ‘루나 레이크’와 마찬가지로 P-코어에 ‘라이언 코브(Lion Cove)’를, E-코어에 ‘스카이몬트(Skymont)’를 사용한다. ‘라이언 코브’ P-코어는 내부적으로 비순차(Out-of-Order) 실행 엔진 할당 폭이 8-wide까지 늘었고 연산기들이 배치된 실행 포트도 18개로 늘어났다. 비순차 실행을 위한 분기예측 블록은 8배까지 늘었고 정수연산과 벡터 연산의 작업 할당이 분리 구성된 것도 특징이다. 코어의 동작 속도 제어도 기존 100MHz보다 훨씬 정교해진 16.67MHz 단위로 바뀌었다.
‘스카이몬트’ E-코어의 성능 향상도 주목할 만 하다. ‘스카이몬트’는 이전 세대들 대비 내부적으로 아키텍처가 제법 크게 확장됐다. 명령어 처리를 위한 디코더 폭은 9-wide 폭까지 늘어났으며 비순차 실행 엔진의 할당 폭도 8-wide로 늘어났다. 내부의 실행 포트 수는 26개까지 확장됐고 벡터 연산에서는 128비트 폭의 연산기 4개를 갖춰 이전 세대보다 처리 성능이 두 배까지 늘어난 점도 특징이다.
한편, 같은 마이크로아키텍처 기반이라 해도 ‘애로우 레이크’와 ‘루나 레이크’는 구조적인 면에서 차이가 있다. ‘루나 레이크’는 L3 캐시를 P-코어만 사용하고 E-코어에서는 클러스터의 L2 캐시까지만 사용하는 구조이다. 하지만 ‘애로우 레이크’는 P-코어와 E-코어가 최대 36MB의 L3 캐시를 공유하는 전통적인 구성을 가진다. 이 부분은 더 큰 공유 캐시 용량으로 P-코어와 E-코어 모두 성능에 도움이 될 부분이다. 한편 P-코어의 L2 캐시는 전 세대보다 50% 커진 3MB 용량이고 E-코어의 L2 캐시는 이전 세대와 동일한 클러스터당 4MB다.
인텔은 ‘라이언 코브’ P-코어가 이전 세대 ‘랩터 코브’ 대비 같은 동작 속도에서 9% 높은 성능을 제공할 수 있다고 소개했다. ‘스카이몬트’ E-코어의 성능 향상은 더 극적이다. 기존의 ‘그레이스몬트(Gracemont)’ 대비 싱글 쓰레드 기준 같은 동작 속도에서 정수연산에서는 32%, 부동소수점 연산에서는 72% 향상된 성능을 제공할 수 있다고 제시했다. 스카이몬트 E-코어는 멀티코어 성능에서도 같은 동작 속도에서 정수연산은 32%, 부동소수점 연산에서는 55% 향상된 성능을 제공할 수 있다.
전력 소비량 부분도 눈길을 끈다. 인텔은 코어 울트라 9 285K 모델이 이전 세대 ‘코어 i9-14900K’가 250W 전력 제한 설정에서 내던 최대 성능을 절반 정도인 125W 전력제한 수준에서 낼 수 있다고 발표한 바 있다. 게이밍 상황에서도 이전 세대와 비슷한 성능을 유지하면서 시스템 단위의 전력 소비량은 주요 게임에서 평균 73W, 최대 165W까지 줄였고, 프로세서 온도 역시 3열 수랭 사용시 평균 13도 가량 내려갔다고 제시했다.
프로세서 내장 GPU는 초대 코어 울트라에 먼저 쓰였던 ‘Xe-LPG’ 기반이 들어갔다. 기존 ‘Xe-LP’와 비교하면 레이 트레이싱 등의 기능이 추가돼 ‘다이렉트X 12 얼티밋’ 지원 등이 특징이다. 구성은 4개 Xe 코어의 64개 실행유닛(EU) 구성으로, 모바일용 ‘아크 그래픽’에 비하면 절반 정도의 크기다. 하지만 이전 세대 ‘HD 그래픽스 770’과 비교하면 실행 유닛 수는 두 배 많아졌다. 아키텍처에서도 개선이 있어 2배 이상의 성능을 기대할 수 있다. ‘XMX’ 기능은 빠져서 AI 연산에서의 성능은 최대 8TOPS(초당 8조회 연산) 정도다.
미디어 지원 기능은 SoC 타일의 미디어 엔진과 디스플레이 엔진에서 제공한다. 이 중 ‘미디어 엔진’은 H.265나 VP9, AV1 등 주요 미디어 형식의 8K급 디코딩, 인코딩을 모두 하드웨어로 처리할 수 있다. 특히 이전 세대 대비로는 AV1 규격 영상의 디코딩 뿐만 아니라 ‘인코딩’도 지원한다. 소니의 4K/8K XAVC 코덱도 하드웨어 지원 가능한 것으로 소개됐다. 디스플레이는 최대 4개의 4K HDR 디스플레이나 한 개의 8K HDR 디스플레이를 사용할 수 있다.
코어 울트라 200S 시리즈 프로세서는 인텔의 데스크톱 PC용 프로세서로는 처음으로 AI를 위한 ‘신경망처리장치(NPU)’가 탑재된다. 하지만 ‘루나 레이크’와 달리 ‘애로우 레이크’에는 이전 세대 코어 울트라에서 사용됐던 3세대 아키텍처 기반의 NPU가 탑재된다. 이 NPU는 두 개의 뉴럴 컴퓨트 엔진과 4개의 DSP를 탑재하고 13TOPS의 성능을 제공한다. PC에 카메라 등이 있을 경우 윈도11의 ‘윈도 스튜디오 이펙트’ 등에서 NPU를 활용할 수 있다.
한편, 코어 울트라 200S 시리즈 프로세서 기반 PC는 마이크로소프트의 ‘코파일럿+ PC’ 기준을 충족하지는 못한다. 인텔은 코어 울트라 200S 시리즈에 3세대 아키텍처 기반 NPU를 탑재한 이유로, 데스크톱 PC에서 NPU의 역할을 꼽는다. 상당수의 코어 울트라 200S 시리즈 기반 데스크톱 PC에는 고성능 그래픽카드가 사용될 것이며 NPU는 AI 워크로드를 실행하는 데 있어 ‘보조 역할’로 보고 있다는 입장이다. 플랫폼 차원에서는 CPU에서 15TOPS, 내장 GPU가 8TOPS, NPU가 13TOPS 성능으로 총 36 TOPS 성능을 기대할 수 있다.
플랫폼 교체, 소켓 교체 이상의 ‘확장성’ 변화 나타나
새로운 ‘코어 울트라 200S 시리즈’ 프로세서는 기존 14세대 코어 프로세서에서 쓰던 LGA 1700 소켓 기반의 플랫폼과는 물리적인 호환성을 제공하지 않는다. 즉, 새로운 프로세서를 사용하기 위해서는 새로운 ‘800 시리즈’ 칩셋을 탑재한 메인보드를 함께 구매해야 한다. 코어 울트라 200S 시리즈의 ‘K 시리즈’ 프로세서와 함께 출시되는 메인보드 칩셋은 오버클럭킹을 지원하는 최상위 버전 칩셋인 ‘Z890’이다. 상대적으로 보급형의 B, H 시리즈 칩셋은 2025년 초 선보일 것으로 예상된다.
지원 메모리 규격은 이제 ‘DDR5’만 지원하며 메모리 모듈에 클럭 드라이버가 장착된 ‘CUDIMM’을 공식 지원한다. 공식 메모리 지원 규격은 일반적인 UDIMM 사용시 DDR5-5600이고, CUDIMM 사용시에는 DDR5-6400을 지원한다. 4개 메모리 소켓을 가진 메인보드에서 이를 모두 사용하는 ‘풀 뱅크’ 구성에서 이전 세대보다 지원 동작 속도가 대폭 향상돼 싱글랭크 DIMM에서 DDR5-4800, 듀얼랭크 DIMM에서는 DDR5-4400을 지원하는 점이 눈에 띈다.
프로세서에서 제공되는 PCIe(PCI Express) 레인 수는 기존의 20개에서 24개로 늘었다. 이 중 그래픽카드 등을 위해 PCIe 5.0 x16 레인이 마련됐고 x8/x4/x4의 분할 구성도 가능하다. SSD를 위한 레인은 PCIe 5.0 x4와 4.0 x4가 제공된다. 이전 세대에서는 PCIe 5.0 기반 SSD를 사용할 때 그래픽카드의 PCIe 5.0 x16 레인을 분할해 사용해야 하는 아쉬움이 있었는데 이번 세대에서는 이런 아쉬움을 지웠다. 이 외에도, 프로세서 차원에서 ‘썬더볼트 4’ 2포트를 직접 지원해 플랫폼 차원에서 썬더볼트 기술 지원이 쉽게 만든 부분도 눈에 띈다.
코어 울트라 200S 시리즈를 위한 ‘800 시리즈’ 칩셋도 다양한 기능과 준수한 확장성을 갖췄다. 800시리즈 칩셋은 최대 DMI 4.0 x8 연결로 프로세서와 연결되며 최대 PCIe 4.0 24레인이나 32개 USB 3.2 연결 등을 제공할 수 있다. 실제로는 내부 고속 I/O 레인 구성에서 할당 가능한 기능 중 선택해 구현하는 만큼 메인보드 디자인에 따라 제공 기능이 제법 크게 바뀔 수 있다. 이론적으로는 시스템 수준에서 최대 48개의 PCIe 레인을 확보할 수 있고 이 중 PCIe 5.0 레인은 20개가 제공될 수 있다.
코어 울트라 200S 시리즈와 800 시리즈 칩셋을 사용한 PC 플랫폼에서 기본 제공되는 연결 구성은 무선 ‘와이파이 6E’와 ‘블루투스 5.3’, 기가비트 이더넷과 ‘썬더볼트 4’다. 메인보드 제조사의 선택으로 ‘와이파이 7’과 ‘블루투스 5.4’, 최대 4포트의 ‘썬더볼트 5’, 2.5기가비트 이더넷 등을 제공할 수 있다. 물론 실제 메인보드 제조사들은 이더넷 연결 등을 칩셋을 사용하지 않고 외부 컨트롤러를 PCIe 레인에 연결해 더 높은 성능의 연결성을 제공하기도 한다.
오버클럭킹은 ‘K 시리즈’ 프로세서와 ‘Z890’ 칩셋 기반 메인보드의 조합에서 사용할 수 있다. 오버클럭킹 또한 이전 세대와 비교하면 좀 더 세밀한 조정이 가능하게 됐다. 먼저 베이스 클럭(BCLK)은 컴퓨트 타일과 SoC 타일이 분리돼 코어 오버클럭킹에서 스토리지 등에 미치는 영향을 줄일 수 있게 됐다. 또한 동작 속도는 16.6MHz 단위로 조절할 수 있게 됐다. 인텔의 XTU(Extreme Tuning Utility)나 메인보드 제조사의 프로그램을 사용하면 윈도 환경에서도 편리하게 설정을 변경할 수 있다. 물론 오버클럭킹은 ‘사용자 책임’이다.
한편, 코어 울트라 200S 시리즈 프로세서와 플랫폼은 새로운 ‘LGA 1851’ 소켓을 사용하지만 쿨러는 기존의 ‘LGA 1700’ 소켓에서 사용하던 것을 그대로 사용할 수 있다. 쿨러 설치를 위한 홀 위치나 프로세서의 히트스프레더까지의 물리적 높이 등은 이전 세대와 동일하다. 하지만 일부 쿨러 제조사에서는 코어 울트라 200S 시리즈의 변경된 열원 위치까지 최적화한 새로운 장착 키트와 호환성을 제공하는 경우도 있으니 이를 확인하는 것도 좋겠다.
권용만 기자 yongman.kwon@chosunbiz.com
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