PC·서버용 x86 프로세서 부문 경쟁사인 인텔과 AMD가 x86 명령어 체계(ISA) 개선에 함께 나서고 있다. AI 연산용 ACE에 이어 성능 개선용 x86 아키텍처용 차세대 핵심 기술(Advanced Performance Extensions, APX)까지 공개하며 Arm 서버 CPU 확산에 대응한 공동 전선을 구축했다.

양사는 AI 관련 연산을 CPU 차원에서 실행하기 위한 표준 ISA인 'ACE' 제정을 추진중이며 최근 더 많은 레지스터로 성능을 확장한 'APX'를 공개했다.

내부 구현 방식은 각사 CPU 설계에 따라 달라도, 명령어 동작 규격은 통일해 소프트웨어 호환성을 높이겠다는 것이다.

이는 Arm 지적재산권(IP)을 활용한 서버·데이터센터용 프로세서가 잇달아 등장하는 가운데 x86 생태계 경쟁력을 강화하기 위한 시도로 해석된다.

인텔·AMD, 2024년 10월 자문 그룹 결성

인텔과 AMD는 2024년 10월 레노버 연례 행사 '테크월드 2024' 기간 중 x86 명령어의 호환성은 유지하고 확장성을 강화하기 위한 'x86 생태계 자문 그룹'을 결성했다.

양사는 당시 "AI 워크로드, 칩렛(Chiplet) 설계, 3D 패키징, 시스템 아키텍처의 진화가 가속화되는 상황에서 x86의 역할은 오히려 더 중요해지고 있다"고 강조했다.

이 그룹에는 델테크놀로지스, 메타, 레노버, 구글, 마이크로소프트, 오라클, 레드햇, HP 등 PC·서버·소프트웨어 업체가 모두 참여중이다.

인텔은 2023년 16비트 관련 요소를 완전히 걷어낸 새 ISA인 'x86-S'를 추진했지만 자문그룹 출범 이후 이를 중단하기도 했다.

자문 그룹, 출범 이후 표준안 지속 개발

x86 생태계 자문 그룹은 출범 이후 기존의 복잡한 인터럽트 모델을 단순화하고 지연 시간을 줄이는 새로운 인터럽트 처리 구조인 'FRED', 메모리 관련 보안 문제를 강화할 수 있는 기술 '체크태그(ChkTag)' 등을 공동 개발했다.

이 중 '체크태그'는 메모리 공간에 일종의 꼬리표(태그)를 붙여 프로그램이 메모리에 접근할 때 이를 확인(체크)한다. 메모리 관련 보안상 문제를 해결할 수 있는 수단으로 이르면 내년부터 양사 새 프로세서에 적용될 가능성이 있다.

양사는 AI 연산을 CPU 차원에서 처리하기 위한 새 ISA인 'AI 연산 확장(ACE)'도 함께 정의했다. AI 연산에 자주 쓰이는 2차원 행렬 연산을 GPU뿐 아니라 CPU에서도 효율적으로 처리할 수 있도록 표준화했다.

연산 효율 높인 새 ISA 'APX' 제안

x86 생태계 자문 그룹은 29일(현지시간) 공식 블로그를 통해, 일반적인 연산을 담당하는 '범용 레지스터(GPR)'를 현행 16개에서 최대 32개까지 늘린 새 체계인 '고급성능확장(APX)'에 대한 상세 내용을 공개했다.

'레지스터'는 CPU 내 각종 연산 회로에 가장 가까운 초고속 저장장치로 각종 연산에 필요한 데이터를 담는다. 이 레지스터 수를 최대한 늘려서 더 많은 값을 저장하고 불필요한 데이터 입출력을 줄이겠다는 것이다.

자문 그룹은 "APX는 CPU 코어가 차지하는 면적이나 전력 소비를 크게 높이지 않으면서 성능을 높이기 위한 용도로 설계됐다"며 "레지스터 증가로 메모리 접근 과정에서 발생하는 전력 소비와 지연시간을 줄이고, 데이터 처리 명령 효율도 높일 수 있다"고 설명했다.

APX는 레지스터 확대 외에도 조건부 명령어를 늘려 분기 예측 실패로 인한 성능 저하를 줄이는 방향으로 설계됐다.

데이터센터 내 Arm CPU 비중 증가추세

현재 대부분의 AI 서비스는 클라우드 상에서 실행된다. 이를 뒷받침하는 주요 클라우드 서비스 업체는 Arm 네오버스 IP를 활용한 프로세서를 자체 개발해 투입하고 있다.

또 Arm 역시 지난 3월 네오버스 IP 기반 자체 제작 프로세서인 'AGI CPU'를 공개했다. 인텔 제온과 AMD 에픽 등 기존 x86용 프로세서의 입지가 좁아지고 있는 것이다.

시장조사업체 카운터포인트리서치는 지난 4월 "맞춤형 반도체 기반 AI 서버 시장에서 Arm 기반 프로세서 점유율은 작년 약 25%지만 2029년에는 최소 90% 이상을 차지할 것"이라고 전망했다.

인텔·AMD, x86 호환성 바탕으로 확장 나서

인텔과 AMD는 Arm 진영이 갖지 못한 기존 x86 기반 응용프로그램 호환성으로 맞서고 있다. 기존 구축된 운영체제와 응용프로그램 등에서 호환성을 유지하며 성능을 높이겠다는 것이 APX의 기본 구상이다.

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자문 그룹은 "APX에 최적화되지 않은 기존 소프트웨어와 호환성은 유지 예정이며 재컴파일 시 APX를 활용할 수 있다. 컴파일 없이 실행되는 워크로드도 런타임이 업데이트되는 대로 혜택을 볼 수 있을 것"이라고 전망했다.

이어 "APX의 기능 추가는 기존 x86 ISA의 가변 길이 명령어 인코딩 구조 때문으로 호환성을 유지하면서 최소한의 변경으로 구현할 수 있는 장점 때문"이라고 설명했다.