CPU 개념
CPU는 인간의 '대뇌'라고 비유를 합니다. 컴퓨터가 동작하는데 필요한 모든 연산을 처리, 제어하는 장치입니다.
컴퓨터를 살 때 가장 먼저 확인하는 것이 CPU죠.
깨알 TMI) 추가적으로 노트북 같은 경우는 CPU가 메인보드에 고정이 되어 있어 교체하기가 힘들다네요.. 처음 살 때 잘 생각하라고 그러더라고요.
CPU의 구성요소
https://www.youtube.com/watch?v=Fg00LN30Ezg&t=276s
이 글을 보신 후, bRd 3D라는 분의 'Cpu는 어떻게 작동할까?' 제목의 유튜브를 꼭 보시기 바랍니다.
저는 이 영상을 통해 대학생활 4년을 부정당했습니다.
CPU는 MOSFET들이 모여 논리 게이트를 이루고 연산을 수행하는 장치입니다.
CPU는 산술 논리 장치(ALU), 레지스터 세트(Register set), 제어부(Control Unit), 캐시 메모리, CPU Bus로 구성되어 있습니다.
ALU
산술 논리 장치(ALU) 같은 경우에는 산술 연산 및 논리 연산을 수행하는 역할을 합니다.
산술 연산은 더하기, 뺄셈, 곱하기, 나누기 등을 말하며, 논리 연산은 AND, OR, NOT, XOR 등이 있습니다.
논리 연산을 매우 복잡하게 조합하여 모든 수학적 계산을 진행할 수 있습니다.
이 산술 연산, 논리 연산 같은 경우에 Transistor를 이용합니다.
ALU 같은 경우, 많은 양의 단순 사칙연산을 진행할 수 있습니다.
후에 말씀드릴 GPU는 ALU의 개수가 엄청 많아, 단순 사칙연산이 CPU보다 훨씬 빠릅니다. 이를 통해 딥 러닝 영역에서 GPU가 엄청 뜨고 있습니다.
+CPU의 Core 개수 한개당 1개의 ALU가 보편적으로 있다고 생각하시면 됩니다. 즉 코어의 수가 많을수록 ALU의 개수가 많고, 이에 따라 연산속도가 확실히 빨라집니다. Intel I7 같은 경우에는 core의 개수가 7개라는 거지요. 즉, core의 개수가 많을수록 CPU의 성능이 좋습니다. CPU의 속도인 클럭 또한 높아지겠죠.
Core은 정말 쉽게 말해 CPU 안에 연산을 담당하는 핵심 부품의 수라고 생각하시면 됩니다.
근데 Core 개수 올리는 공정이 서서히 한계가 보인다는 소문이 있습니다.
Register
Register는 CPU 내부에서 데이터를 일시적으로 저장시키는 역할을 담당합니다.
기억 장치 중에서 엑세스 속도가 가장 빠릅니다.
레지스터 종류는 다양합니다.
프로그램 카운터, 메모리 주소 레지스터, 메모리 버퍼 레지스터, 명령어 레지스터, 누산기 레지스터 등이 있습니다.
바로 다음 작동원리 챕터에서 자세히 설명해 드리겠습니다.
Control Unit
Control Unit은 명령어 레지스터에 있는 명령어를 받아 해석, 해석된 명령을 실행할 시스템에 지시를 보내주는 역할을 담당합니다.
CPU BUS
CPU BUS는 ALU와 레지스터 간의 데이터 이동을 담당합니다.
CPU의 작동원리
레지스터의 종류를 설명해 드리면서 동시에 CPU의 작동 원리를 설명해드리겠습니다.
프로그램 카운터 : 다음번에 수행할 메모리의 주소를 저장합니다.
메모리 주소 레지스터 : 프로그램 카운터가 가지고 있는 주소의 데이터를 가져오는 역할을 합니다.
<메모리의 데이터를 CPU로 가져오는 과정을 '인출'이라고 합니다.>
메모리 버퍼 레지스터 : 메모리 주소 레지스터가 가져온 데이터나 명령들을 일시적으로 가져오는 역할을 합니다.
명령어 레지스터 : 메모리 버퍼 레지스터에서의 '명령'은 명령어 레지스터로 전송되고 이 데이터를 해석, 저장하는 역할을 합니다.
<명령은 제어장치로 이동하여 해석을 합니다. 이 과정을 '해석'이라고 합니다.>
누산기 레지스터 : 메모리 버퍼 레지스터에서 '연산'은 누산기 레지스터로 전송되고 이 데이터를 저장하는 역할을 합니다.
<산술 논리 장치에서 연산되는 과정을 '실행 단계'라고 합니다>
마지막으로 이 값이 메모리에 '저장'이 되어 끝납니다.
즉 CPU는 '인출', '해석', '실행', '저장'을 통해 컴퓨터가 수행하는 모든 연산을 제어, 처리합니다.
프로그램을 실행시 데이터가 RAM으로 이동을 하고, 이 RAM에서 CPU가 데이터를 가져오는데요, RAM 속도가 CPU에 비해 너무 느려 캐시 메모리를 사용합니다. 참고로 캐시 메모리에 없는 필요한 정보들은 RAM에서 가져옵니다.
CPU 시장 동향
대표적은 CPU 회사는 'Intel'과 'AMD'입니다. (나루토, 사스케 급 라이벌입니다.)
Intel CPU는 인텔이라고 부르죠.
AMD CPU는 RYZEN, 즉 라이젠이라고 부릅니다.
제 노트북은 AMD의 라이젠을 쓰고 있네요! 저번 노트북은 Intel I7 사용하였었습니다.
AMD가 치고 올라왔다가 다시 점점 내려가는 추세이네요.
Intel 같은 경우에는 Fabless로 전환했다가 다시 파운드리를 키우고 있죠.(Intel 주식이 나락 간 이유)
파운드리를 키우는 중에 있어서 TSMC, Samsung에 비해 훨씬 기술력이 떨어집니다.
AMD는 Fabless 기업이고요.
암튼 이 두 기업이 CPU를 설계를 하면 Foundry 업체에 맡깁니다.
Q. 이 두 대기업의 Foundry 업체는 과연 어디일까요? 두구두구두구두구
A. 바로 TSMC입니다..
라이젠 7000 CPU(2022년 8월 발매)는 TSMC 5nm 공정으로 만들어졌습니다.
AMD는 또한 2024년 '젠 5'라는 CPU를 만들기 위해 3~4 나노의 공정을 요구하고 있습니다.
이미 애플, Intel이 TSMC 3nm 공정의 거래를 선점하였기 때문에, AMD가 삼성전자의 3nm 공정을 사용할 가능성이 높아지겠네요. 삼성이 잘하면, TSMC의 매출 2등의 손님을 빼앗을 수도 있다고 생각합니다.(1등은 애플)
10월 8일 주식을 보여드리고 이 글을 마치겠습니다. 감사합니다.
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