인텔 새로운 12세대 하이브리드 x86아키텍쳐 출시, 임베디드 시스템에 미치는 영향

[기고=콩가텍 코리아] 콩가텍의 엘더레이크 기반 컴퓨터 온 모듈의 첫 번째 적용 사례를 통해 차세대 하이엔드 임베디드 및 에지 컴퓨팅 애플리케이션에 대한 인텔의 혁신적 하이브리드 프로세서 아키텍처의 가능성을 짚어본다.

인텔의 12세대 코어 프로세서(코드명 엘더레이크)의 등장은 성능의 최대화와 전력의 최소화라는 이중적 수요의 충돌을 해결할 수 있는 하이브리드 아키텍처로의 전환을 의미한다. 인텔은 고성능 중심의 P 코어와 고효율 중심의 E코어의 조합으로 이를 해결했다.

과거 인텔의 고성능 프로세서는 세대가 바뀔 때마다 더 강력하고 빠르며 확장성이 뛰어난 성능을 제공하는 데 주력했고, 인텔 저사양,저가형 프로세서의 경우에만 훨씬 낮은 수준의 목표 성능을 제공했다. 현대 산업은 전력이 제한적인 고성능 모바일 디바이스와 이기종 작업을 최대한 효율적으로 실행해야 하는 에지 컴퓨터가 주력 제품이 되었다. 인텔의 12세대 코어 프로세서는 P 코어와 E 코어를 하나의 패키지에 통합해 시장의 이러한 두가지 요구에 답을 제공하려고 하고 있다.

프로세서에 여러 유형의 코어가 있는 개념은 새로운 것이 아니다. 대다수의 ARM 프로세서는 오랫 동안 고성능 코어와 고효율 코어를 사용해왔다. 작업들은 비대칭 다중 처리 아키텍처로 세밀하게 분할되어 각각의 코어가 최고의 성과를 발휘할 수 있도록 한다.

고성능과 고효율을 위해 설계된 두 종류를 코어를 동시에 유지하는 것의 난제는 이러한 제품을 지능적으로 사용하는 것에 있다. 운영 체계 또는 프로세서가 하이브리드 구현의 장점을 완벽하게 활용할 수 있도록 최적의 작업 분배를 결정해야 한다.

인텔의 새로운 기술인 스레드 디렉터(Thread Director)는 개별 프로세서들의 수행할 작업을 조율하며 가용 프로세서의 성능 수준은 물론 작업의 우선순위, 작업별 전력 소비, 리소스 요구사항 및 기타 여러 변수에 대한 규칙 및 정보를 사용한다. 이후, 자체 임베디드 마이크로컨트롤러가 있는 스레드 디렉터는 가장 적합한 프로세싱 코어에 스레드를 할당한다.

인텔 12세대 프로세서를 탑재한 컴퓨터 온 모듈은 신규 프로세서가 주는 성능 향상의 장점도 있지만 더 큰 장점으로는 엔지니어와 개발자들은 이제 모바일 BGA 탑재 칩에서 최대 14개 코어와 20개 스레드, 그리고 LGA 소켓 기반 데스크톱 기종에서 최대 16개 코어와 24개 스레드를 활용할 수 있다는 것이다. 이로 인해 멀티태스킹, 병렬처리, 가상화 및 확장 옵션을 가능하게 하였으며 이는 최대 8개 코어만 지원했던 이전의 인텔 프로세서 기반 컴퓨터 온 모듈 세대와 비교하였을때 확실히 개선된 부분이다

P 코어와 E 코어 개수의 합이 두 배가 된다고 해서 성능이 두 배가 되는 것은 아니다. 새로운 하이브리드 아키텍처는 이전 세대 프로세서보다 더 많은 고성능 코어를 제공하지 않으며 고성능 중심의 P 코어는 이제 고효율 저전력 E코어에 의해 보완되고 하이브리드 배열은 많은 임베디드 애플리케이션에 혁신적인 기능을 제공한다.

고성능 산업용 장비는 인텔의 최신 하이브리드 프로세서로 인해 가장 먼저 혜택을 볼 분야 중 하나일 것이다. 이 분야에는 의료용 백엔드 시스템, 영상 및 음향 처리용 전문 방송 및 엔터테인먼트 장비, 스마트 비디오 감시 시스템, 빈번하게 나타나는 고도의 병렬 워크로드 처리를 위한 제어실 장비 등이 포함된다. 이러한 작업 중 일부는 고성능 코어에서 실행해야 하지만, 일부는 이제 엘더레이크의 저전력 E 코어에서 실행할 수 있어 전반적인 시스템 효율을 향상한다.

이러한 산업용 워크스테이션 애플리케이션 외에도 인텔 최신 하이브리드 아키텍처의 성능 조정 기능 으로 혜택을 누릴 분야는 다양하다. 자율 물류 차량에 설치된 에지 컴퓨터 및 IoT 게이트웨이, 농업, 건설, 상용 기계 모두 하이브리드 워크로드 환경에서의 애플리케이션 사례이다. 스마트 팩토리 및 공정 자동화 애플리케이션, AI 기반 품질 검수는 물론 산업용 비전과 실시간 제어를 결합한 로보틱스도 이와 동일한 유형이다. 이 분야의 다수는 다양한 성능과 실시간 요구사항을 갖춘 여러 개의 가상머신을 필요로 하는데 이는 최적의 자원 할당을 위해 성능 조정 기능을 갖춘 차세대 컴퓨터 온 모듈을 위한 완벽한 애플리케이션이다.

위 언급한 바와 같이 엘더레이크의 인텔 스레드 디렉터는 자체 성능 조정 인텔리전스를 제공하기 때문에 개발자들이 특정 코어에 스레드를 수동으로 할당할 필요가 없다. 이 스레드 디렉터의 임베디드 로직은 효율 극대화를 위해 가장 적합한 코어에 스레드를 지속적으로 할당하여 성능은 물론 작업 능률을 개선한다.

그러나 실시간 애플리케이션에서는 운영체계가 자동 코어 할당을 재 설정 할 수 있어야 하는데 이러한 하이퍼바이저 기술이 적용된 것으로 리얼타임시스템즈(Real-Time Systems)의 RTS 하이퍼바이저가 그 예이다. 실시간 애플리케이션에 자원을 할당하도록 설계된 하이퍼바이저 기술은 솔루션을 시장에 출시 할 수 있도록 돕는 빠르고 간편한 방법이다. 그러나 새로운 프로세서 코어의 특성에 대한 충분한 이해가 필요하며 이 기술은 실시간 운영에 대해 사전 검증된 임베디드 컴퓨팅 플랫폼을 지원하는 가상 머신을 새로운 x86 하이브리드 아키텍처로 혁신하기 위한 좋은 계기이다.

예를 들어 가상화를 사용 하면 실시간 머신은E 코어에서 구동되고 P 코어가 고성능을 필요로 하는 임베디드 비전 기술의 성능을 필요로 하는 AI 처리를 담당 할 수 있도록 한다. 이러한 원리로 엘더 레이크 프로세서가 탑재한 단일 시스템은 개별 컨트롤러 수를 크게 절약 하면서 다수의 컴퓨터가 필요했었던 다양한 작업들을 수행 할 수 있다.

이러한 워크로드 통합의 가능성은 새로운 인텔 하이브리드 프로세서의 흥미로운 요소 중 하나다. 과거에는 각기 별도의 전용 하드웨어가 필요했던 이기종 작업을 이제는 단일 하이엔드 하이브리드 플랫폼으로 통합해 수행하게 되어 비용을 절감하고 프로세스 신뢰성을 향상할 수 있게 되었다.

끝으로, 엘더레이크는 전용 AI 엔진을 탑재하고 있으며, Windows, Chrome Machine learning 과 컴퓨터 비젼 Application 관련 비용 절감 처리할 수 있는 인텔 배포용 OpenVINO를 지원하며, AI 워크로드를 가장 적합한 코어와 실행 유닛으로 원활하게 할당할 수 있다. 인텔 딥러닝 부스트 기술은 벡터 신경망 명령어(VNNI)를 통해 서로 다른 코어를 활용하며, 통합 그래픽은 전용 GPU로 확장 가능한 AI 가속 DP4a GPU 명령을 지원한다. 또한 인텔의 저전력 내장 AI 가속기인 인텔 가우스&신경가속기(GNA, Gaussian Neural Accelerator) 3.0 은 프로세서가 저전력 상태일 때도 동적잡음 제거 기능 및 음성 명령을 인식한다

인텔의 엘더레이크 12세대 코어 프로세서의 새로운 기능들, 실시간 리눅스(Real-Time Linux), 윈드리버(Wind River) VxWorks OS, 리얼타임 시스템즈의 하이퍼바이저 기술 및 콩가텍과 같은 임베디드 시스템 공급업체의 차세대 컴퓨터 온 모듈 등 이러한 장점들을 결합 함으로써 보다 강력하고, 혁신적이며, 경제적으로 시스템을 개발 할 수 있는 놀라운 임베디드 시스템 생태계를 형성하게 된다.

하이브리드 실시간 및 표준 OS 애플리케이션을 위해 12세대 인텔 코어 프로세서가 탑재된 콩가텍 컴퓨터 온 모듈은 새로운 x86 하이브리드 아키텍처 자격조건을 간소화 하기위하여 실시간에서 사전 검증된 RTS 하이퍼바이저 구현을 제공 한다.

임베디드 인텔 12세대 코어 프로세서와 함께 제공되는 구성품에는 기존 설계를 위해 제작된 콤 익스프레스 타입 6 또는 신규 개발을 위한 최신형 COM-HPC 클라이언트 사이즈 A 또는 클라이언트 사이즈 C가 있다.

12세대 인텔 코어 모바일 프로세서 기반의 conga-TC670 콤 익스프레스 타입 6 컴팩트 모듈(95 mm x 95 mm) 및 conga-HPC/cALP COM-HPC 클라이언트 사이즈 A 모듈(120 mm x 95 mm)은 엘더레이크 프로세스가 탑재되어 출시된다.