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PC | 인텔 스카이레이크-X 기반 코어 i9 7900X로 살펴본 멀티코어 프로세서의 게이밍 성능은?

권경욱 기자 2   2

인텔은 컴퓨텍스 2017을 통해 새로운 하이엔드 데스크탑 (HEDT) 프로세서인 스카이레이크-X (Skylake-X)를 공개했고 그동안 코어 i3/ i5/ i7 시리즈로 구분되는 라인업에 코어 i9 (Core i9) 시리즈를 새로 추가했다. 


인텔 코어 X (Core X) 라인업은 10코어 20스레드 기반 코어 i9 7900X를 시작으로 최대 18코어 36스레드 기반 코어 i9 7980XE를 투입해 멀티코어 프로세서 시대에 대응한다.



인텔 코어 X 시리즈, 코어 i9 익스트림 프로세서


또한 데스크탑 시장에 10코어 20스레드 프로세서를 출시하며 멀티 코어 프로세서 시장을 확대해온 인텔은 데스크탑 프로세서 시장의 변화에 맞추어 더 많은 물리 코어를 탑재한 CPU를 출시해 멀티 코어 프로세서 시대를 앞당길 것으로 알려졌다.


코어 수가 증가가 항상 성능 향상으로 이어지는 것은 아니지만 소프트웨어 최적화와 지원 확대를 통해 더 빠르고 향상된 성능을 기대할 수 있을 것으로 예상되는 가운데 인텔 코어 X 시리즈의 최신 제품인 코어 i9 7900X를 통해 기존 하이엔드 프로세서와의 차이와 게임 성능을 살펴봤다.



코어 X 시리즈, 멀티 코어 확장에 유리한 메쉬 아키텍처 도입


인텔 멀티코어화되고 있는 프로세서 시장을 더욱 가속화하기 위해 코어 X 시리즈부터는 기존까지의 하이엔드 데스크탑 프로세서와의 변화를 꾀하는데 그 중심에 있는 기술이 바로 메쉬 (Mesh) 아키텍처다.


매쉬 아키텍처는 인텔이 네할렘 (Nehalem) 아키텍처부터 최신 카비레이크 (Kaby Lake) 아키텍처까지 사용해온 링 버스 (Ring Bus) 아키텍처를 대신하는 새로운 멀티코어 프로세서를 구현하는데 중요한 역할을 한다.



인텔이 네할렘 (Nehalem) 아키텍처부터 사용해온 링 버스 (Ring Bus)


인텔이 그동안 사용해온 링 버스는 코어 수와 모듈호된 구조에 따른 언코어 증가 등으로 멀티코어 확장시 링 버스를 여러 개 사용해 설계가 복잡해지고 그에 따른 데이터 전송이나 지연 현상으로 효율이 하락하는 문제가 발생했다. 또한 인터페이스의 대역폭과 클럭 속도 증가에 따라 비대해지고 효율이 낮아지는 멀티코어 확장을 위해 새로운 설계 방식이 필요해졌다.


이를 보완하기 위해 인텔이 도입한 기술은 매쉬 (Mash) 아키텍처로 그물망과 같은 구조다. 고성능 컴퓨팅이나 전문 영역에서 사용한 멀티코어 기반 나이츠 랜딩 (Knights Landing)에서 먼저 소개된 기술로 높은 대역폭과 낮은 지연시간, 전력 효율 향상과 멀티코어 확장에 보다 유연하게 대응할 수 있는 것이 특징이다.



그물망과 같은 구조의 인텔 메쉬 (Mesh) 아키텍처


메쉬 아키텍처는 코어와 온칩 캐쉬, 메모리 컨트롤러와 I/O 컨트롤러 등이 행과 열로 구성되며 교차점을 두고 직접적인 경로를 통해 병목 현상을 제거한다. 낮은 클럭과 전압에서 동작이 가능해 높은 대역폭과 낮은 대기시간 확보를 통해 원활한 데이터 흐름이 가능해지며 인텔의 메쉬 아키텍처를 통해 구현되는 멀티코어는 단일 구조의 네이티브 프로세서 구성으로 볼 수 있다. 대신 다이 크기는 커지고 그에 따라 생산 비용 증가와 수율면에서 불리해지는데 이것이 하이엔드 라인업에 우선 적용되는 이유로 보인다.



코어 X 시리즈, 터보 부스트 MAX 3.0으로 효율 극대화




또한 인텔 코어-X 시리즈 프로세서는 터보 부스트 3.0 (Turbo Boost 3.0) 기술을 지원하는데 기존 터보 부스트 2.0 (Turbo Boost 2.0) 기술이 모든 코어 클럭을 일정하게 늘려 성능을 향상했던 반면 터보 부스트 3.0은 활용이 많은 1-2 코어의 작동 속도를 더욱 높게 설정되도록 하여 성능을 향상하게 되었다. 터보 부스트 Max 기술 3.0은 스카이레이크-X 기반 코어 i9 7820X/ 7900X/ 7920X/ 7940X/ 7960X/ 7980XE가 지원한다.



코어 X 시리즈, 스마트 캐시 밸런스 재정비로 효율 개선




스카이레이크-X는 캐쉬 구조에도 변화가 이루어졌다. 스마트 캐시 밸런스 재정비를 통해 3차 캐쉬인 L3 캐쉬는 최대 2.5MB에서 코어 당 최대 1.375MB로 줄었지만 2차 캐쉬인 L2 캐쉬, MLC의 용량이 기존 브로드웰-E 프로세서가 코어 당 256KB를 제공한데 반해 1MB로 증가했다. 이를 통해 캐쉬 적중률은 증가하고 대기 시간은 늘어났으며 캐쉬 사용과 데이터 공유 효율 등을 향상해 성능을 개선한다.



코어 X 시리즈, 새로운 X299 칩셋과 조합되고 오버클럭 지원 향상




스카이레이크-X는 쿼드 채널 (Quad Channel) DDR4-2666MHz를 지원하고 최대 44개의 PCIe 3.0 레인 (Lane), 새로운 소켓 규격인 Socket R4, LGA 2066을 사용한다. 코어 개수도 브로드웰-E 플래그쉽 모델인 코어 i7 6950X가 10코어 20스레드를 제공해왔는데 스카이레이크-X의 최고 플래그쉽 모델인 코어 i9 7980XE는 최대 18코어 36스레드를 지원한다. 인텔의 새로운 명령어인 AVX-512 (Advanced Vector Extension-512)도 지원해 이를 지원하는 소프트웨어 등에서 효과를 기대할 수 있다.




인텔 X299 메인보드 칩셋은 시스템 응답성 향상을 위한 인텔 옵테인 메모리 (Optane Memory) 기술, DMI 3.0 (8GT/s)으로 입출력 성능을 개선한다. 최대 PCIe 3.0 24레인과 최대 8 SATA3 포트, 최대 10 USB 3.0 포트로 전체 30 High-Speed I/O 레인, 최대 3개의 래피드 스토리지 기술 PCIe 3.0 x4 스토리지, SATA 3.0 6Gbps 8개, USB 3.0 10개, USB 포트는 USB 2.0 포함 최대 14 포트, 네트웍은 인텔 i219 (Jacksonville Lan Phy)로 기가비트 이더넷, 4코어부터 18코어 CPU 라인업의 인텔 코어 X 시리즈와 호환된다.




코어 X 시리즈는 오버클럭 지원도 향상한다. 메모리 컨트롤러 전압 설정, PEG/DMI 오버클럭, 코어 별 오버클럭과 전압 설정, 메모리 오버클럭 향상, 인텔 XTU (Extreme Tuning Utility)와 인텔 XMP 2.0 (Extreme Memory Profile 2.0) 기술을 지원해 다양한 오버클럭 가능성을 제시한다.



코어 X 시리즈 프로세서와 새로운 X299 칩셋 조합




인텔 코어 X 시리즈는 LGA 2066의 새로운 소켓과 X299 칩셋 기반으로 스카이레이크-X와 카비레이크-X 라인업으로 출시되며 코어 구성은 4코어부터 최대 18코어, 기존 브로드웰-E와 X99 플랫폼은 6코어부터 최대 10코어로 구성되어 물리 코어의 수가 크게 증가한다.


메모리는 기존 4채널 DDR4-2400MHz에서 스카이레이크-X는 4채널 DDR4-2666MHz, 카비레이크-X는 4채널 DDR4-2666MHz를 지원한다.


카비레이크-X는 터보 부스트 Max 기술 3.0을 지원하지 않으며 스카이레이크-X와 브로드웰-E는 모두 터보 부스트 Max 3.0 기술을 지원한다. 공유 캐쉬 (L3 캐쉬)는 최대 25MB에서 스카이레이크-X 라인업은 최대 16.5MB로 줄었지만 앞서 살펴본 것처럼 캐쉬 재정비로 L2 캐쉬는 4배인 1MB를 제공해 효율을 높인다.


PCIe 레인 수는 브로드웰-E의 6800K가 28레인, 최대 40레인을 제공했는데 스카이레이크-X는 최대 44레인, 7800X와 7820X는 28레인, 카비레이크-X는 16레인, 외장 그래픽은 스카이레이크-X는 기존과 같이 PCIe Gen3로 2x16과 4x8 구성으로 멀티 GPU 기술을 이용할 수 있으며 카비레이크-X는 PCIe Gen 3 1x16/ 2x8 구성을 지원한다.


TDP 스펙은 스카이레이크-X 라인업이 기존 시리즈와 같이 TDP 140W, 카비레이크-X는 112W, 소켓은 LGA 2011-v3에서 LGA 2066으로 전환, 배수락 해제되어 오버클럭을 지원하는 것은 기존과 같다.



코어 X 시리즈, 소켓 LGA 2066 기반으로 최대 18코어 36스레드 탑재




인텔의 코어 X 시리즈는 6번째로 등장하는 하이엔드 데스크탑 프로세서 라인업이다. 기존까지 코어 i3/ i5/ i7 브랜드에서 코어 i9 브랜드를 새로 추가하면서 10코어 20스레드에 머물던 하이엔드 데스크탑 프로세서를 더욱 확장해 최대 18코어 36스레드 CPU를 추가했다.


코어 X 시리즈는 인텔의 PAO (Process-Architecture-Optimization) 전략에 따라 카비레이크-X (Kaby Lake-X)와 스카이레이크-X (Skylake-X)로 이원화하며 최적화에 해당하는 카비레이크-X는 코어 i5와 코어 i7 브랜드로 새로운 아키텍처에 해당하는 스카이레이크-X는 코어 i7과 코어 i9 브랜드로 출시된다.


라인업 구성으로 보면 스카이레이크-X 기반은 코어 i9 브랜드로 6코어부터 최대 18코어 CPU까지 등장한다. 6코어 12스레드의 코어 i9 7800X, 8코어 16스레드의 코어 i9 7820X, 10코어 20스레드 기반의 코어 i9 7900X, 12코어 24스레드 기반의 코어 i9 7920X, 14코어 28스레드 기반의 코어 i7 7940X, 16코어 32스레드 기반의 코어 i9 7960X, 18코어 36스레드 기반의 코어 i9 7980XE의 7종, 카비레이크-X 기반 프로세서는 4코어 8스레드의 코어 i7 7740X와 4코어 4스레드의 코어 i5 7640X가 등장한다.


가격은 코어 i5 7640X는 242달러 ($242), 코어 i7 7740X는 369달러 ($369)m 코어 i9 7800X는 389달러 ($389), 코어 i9 7820X는 599달러 ($599), 코어 i9 7900X는 999달러 ($999), 코어 i9 7920X는 1199달러 ($1199), 코어 i9 7940X는 1399달러 ($1399), 코어 i9 7960X는 1699달러 ($1699), 코어 i9 7980XE는 1999달러 ($1999)다. 특히 코어 i9 7900X는 10코어 20스레드 기반 코어 i7 6950X의 1723달러 ($1723) 보다 낮아진 999달러를 형성해 같은 코어 대비 합리적인 가격대에 구입 가능해졌다. 



게임으로 살펴본 코어 X 시리즈 멀티코어 CPU, 코어 i9 7900X


현재 데스크탑 시장은 멀티코어 프로세서의 등장이 활발하고 물리 10코어의 벽을 넘어 인텔의 18코어 프로세서의 등장으로 멀티코어 시장은 가속화될 전망이다.


물론 멀티코어 프로세서를 제대로 활용하기 위해서는 소프트웨어나 게임 최적화가 중요해지고 있는데 코어 i9 7900X를 통해 멀티코어 프로세서의 게임 성능을 중심으로 익스트림 프로세서의 성능을 살펴봤다.



인텔 스카이레이크-X 기반 코어 i9 7900X와 MSI X299 SLi PLUS


테스트를 위한 시스템은 10코어 20스레드를 적용한 브로드웰-E (Broadwell-E) 기반 코어 i7 6950X (3.0GHz)와 기가바이트 (GIGABYTE) GA-X99-UD4 제이씨현, 스카이레이크-X (Skylake-X) 기반 코어 i9 7900X (3.3GHz)와 MSI X299 SLi PLUS, 코어 i7 7700K (4.2GHz)와 GA-Z270X-UD3 메인보드, 엔비디아 (NVIDIA) 지포스 GTX 1080 8GB (GeForce  GTX 1080 8GB), DDR4-2666MHz/  2400MHz 기반 시스템으로 진행했다. 드라이버는 지포스 385.28 WHQL을 이용했다.


기본 성능을 체크하기 위한 Cinebench R15와 3DMark Fire Strike, PC 게임은 1차 세계대전을 배경으로 돌아온 배틀필드 1 (Battlefield 1), 리부트된 툼레이더 후속작 라이즈 오브 툼레이더 (Rise of The Tomb Raider), 현대전을 배경으로 하는 톰 클랜시 더 디비전 (The Division), 온라인 게임의 판도를 바꿔온 블리자드 오버워치 (OverWatch), DirectX 12 (DX 12)와 멀티코어를 지원하는 Ashes of the Singularity를 이용했다.


테스트 옵션은 CPU의 영향을 많이 받는 저해상도 1024 x 768과 풀HD (Full HD) 1920 x 1080 해상도, 4K UHD인 3840 x 2160 해상도를 기준으로 최고 옵션 (AA : On)으로 진행했으며 자체 벤치마크 제공 게임은 그 결과를, 그렇지 않은 게임은 FRAPS를 이용했다.




최근에는 물리코어의 수가 증가하면서 이를 지원하는 소프트웨어나 게임이 늘어나고 있어 멀티코어 프로세서를 활용할 수 있는 범위가 증가하고 있다. 물론 아직도 게임에서는 싱글 코어 지원에 머물거나 4코어 지원에 머무르는 경우도 있지만 6코어에서 그 이상을 활용하는 게임도 증가하는 추세로 아직은 고클럭 CPU가 성능에 유리하지만 앞으로는 더 많은 코어를 활용하는 CPU의 성능이 향상될 전망이다. 


코어 i9 7900X는 10코어 20스레드를 지원하며서 아키텍처 개선과 클럭 향상 등을 바탕으로 4코어 및 기존 하이엔드 프로세서인 코어 i7 6950X 대비 전반적인 성능 향상이 이루어졌다.




벤치마크 및 소프트웨어는 게임보다 멀티코어 지원이 보다 활발한 편이고 기본 게임 성능을 측정할 수 있는 3DMark 역시 최신 기술 지원에 적극적이다. 코어 i9 7900X는 전세대와 동일한 10코어 20 스레드를 제공하나 클럭 향상과 아키텍처 개선을 바탕으로 향상된 성능을 이끌어내고 있는데 이를 통해 멀티코어 최적화가 이루어진 게임에서의 성능 향상을 기대할 수 있다.




일반적으로 PC 게임은 온라인 게임과 비교해 화려한 그래픽과 처리를 위해 멀티코어 프로세서에 최적화가 이루어지고 있으며 온라인 게임은 게이머의 플레이 데이터와 그래픽카드 처리에 반응하는 등 싱글 플레이 게임보다 CPU가 처리하는 데이터가 증가해 클럭보다 코어 수가 유리하게 작용하고 CPU 의존도가 상대적으로 높아진다.


저해상도인 1024 x 768은 CPU의 영향이 커지는데 더 적은 물리 코어를 제공하지만 클럭이 높은 CPU가 여전히 유리한 성능을 내줄 수 있는 것으로 나타났다. 하지만 더 많은 코어와 스레드를 제공하는 코어 i9 7900X와 같은 CPU도 게임의 멀티코어 최적화가 진행되면서 게임에서도 적은 수의 코어와 고클럭을 갖춘 CPU에 근접한 성능 구현이 가능해졌다.




CPU보다 그래픽카드의 영향이 높아지는 풀HD, 1920 x 1080 해상도에서도 적은 코어와 고클럭 CPU가 선전하고 있는 것을 알 수 있다. 하지만 멀티코어 최적화와 활용이 높아지는 게임이 증가하면서 성능 격차는 줄어들면서 멀티코어를 활용하는 소프트웨어를 비롯하여 게임 성능도 활용 가능한 환경이 만들어지고 있다.




4K UHD 해상도에서는 일정 수준 이상의 CPU를 갖추고 있으면 게임 성능은 그래픽카드의 한계로 인해 성능 격차가 크게 증가하지 않게 된다. 이는 더 많은 코어나 높은 클럭을 갖추고 있어도 그래픽카드 성능이 제한되면 더 높은 성능을 구현하지 못하게 되는데 최신 CPU들은 일정 수준의 성능을 제공하는 만큼 앞으로 그래픽카드의 성능 향상을 통해 고해상도에서의 성능 향상을 기대해볼 수 있다.


테스트를 통해 전반적으로 살펴본 PC와 온라인 게임은 멀티코어 프로세서에 최적화되는 모습을 보이고 있지만 일부 게임은 듀얼 코어 기반이나 그 이하의 코어에 최적화되는 등 클럭 즉 코어 당 성능이 중요하게 작용한다. 10코어 20스레드 기반 코어 i9 7900X와 같은 CPU는 3D 렌더링이나 인코딩 등과 같은 전문적인 작업 외에도 게임 성능의 향상이 이루어진 것이 사실이지만 게임만을 위한 선택보다는 다양한 멀티코어 활용성에 중점을 두고 고민하는 것이 필요해 보인다.



멀티코어화된 CPU, 만능은 아니다




현재 프로세서 시장은 멀티코어가 시장을 이끌어가고 있지만 여전히 많은 게임은 코어 수가 적어도 클럭이 높은 CPU가 더 많은 코어를 탑재한 멀티코어 보다 유리한 위치에 있는데 이는 멀티코어 최적화가 거듭될수록 멀티코어 프로세서에 유리하게 작용할 것으로 예상된다.


물론 이번 테스트가 모든 상황을 반영하지는 못한다. 하지만 코어 i9 7900X 하이엔드 프로세서로 살펴본 게임 성능을 통해 멀티코어가 항상 만능은 아닌 것을 알 수 있는 만큼 게임을 위한 CPU는 상황에 맞게 적절한 선택이 필요하다.


한편 3D 렌더링이나 인코딩, 영상 편집, 게임 등 다방면의 활용이 늘어나고 소프트웨어나 게임은 이를 반영해 멀티코어 지원과 최적화가 활발해지고 멀티코어 활용이 증가할 것은 분명한 만큼 멀티코어 프로세서의 출현과 가능성은 앞으로 기대해봐도 좋을 것이다.

 

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Lv.28 권경욱 기자 운영진
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2 개의 댓글이 있습니다.
10 마린  
아직은 싱글이나 듀얼 코어, 쿼드 코어 지원이 많고 6코어와 8코어 이상 지원 게임이 많지 않아서 차이가 있겠지만 앞으로는 더 많은 코어 지원 CPU 등장과 함께 게임의 매니 코어 최적화가 가속되지 않을까 생각되네요.
5 오리진  
이제 6코어 이상을 지원하는 게임들이 늘어나기 시작해서 4코어 이상이 점차 필요해지지 않나 싶습니다. 하이엔드는 아직 먼 이야기 이지만요.