[디지털 라이프] CPU

PC 진두지휘 '두뇌' 진화하는 스마트폰

컴퓨터를 구매하려고 할 때 가장 먼저 컴퓨터의 사양을 살펴봐야 한다. 하지만 뭔가 알 수 없는 내용들만 가득하다. 그 중 'CPU'가 가장 중요하단 이야기는 어디선가 들은 기억은 있지만 인텔 펜티엄, 코어 등 정작 그 의미를 가늠할 수 없는 암호들로만 채워져 있을 뿐이다. 컴퓨터의 성능을 가늠하는데 가장 중요한 CPU. 과연 이것은 무엇일까?

◆CPU(Central Processing Unit)

CPU는 '중앙처리장치'라고 할 수 있는 컴퓨터의 두뇌에 해당하는 것이다. 입력 받은 명령어를 해석, 연산한 후 데이처 처리를 실행해 출력하는 역할을 담당한다. 프로그램 카운터, ALUC(산술논리연산부), 각종 레지스터, 명령해독부, 제어부, 타이밍 발생회로 등으로 구성돼 있으며 하나의 칩(IC) 속에 들어가 있다.

CPU의 가장 기본적인 역할은 계산을 하는 것이다. 이를테면 사용자가 '0+1='이라는 명령을 내리면 CPU는 이를 계산해 '1'이라는 결과를 모니터로 내보낸다. 이런 과정은 계산뿐만이 아니라 문서나 그림, 음악, 동영상, 게임 등 다양한 데이터를 처리하는데도 동일하게 적용된다. 컴퓨터는 데이터를 0과 1로만 구성된 디지털 신호의 조합이기 때문이다.

PC의 크기와 성능을 논할 때는 보통 그 외양을 말하는 것이 아니라 '마이크로' 세계에 있는 CPU를 의미하는 것이다. 똑같은 설계도를 바탕으로 만든 CPU라도 사이즈를 줄이면 성능이 몇 퍼센트 올라가기 때문이다. 그 원리는 전기로 움직이는 CPU와 반도체는 전기가 잘 통할수록 성능이 높아진다는데 바탕을 두고 있다. 전기가 잘 통한다는 것은 좋은 성능을 의미하기 때문이다. 반도체 내부에 얽혀 있는 배선의 길이를 줄이면 전기가 움직이는 경로가 짧아져 당연히 전기의 흐름을 방해하는 저항도 줄어든다. 엔지니어들이 CPU와 반도체의 크기를 줄이려고 애쓰는 이유는 여기에 있다.

최근 사용자가 급격히 증가하고 있는 스마트폰 역시 그 진화의 핵심은 'CPU'에 있다. 최근 LG전자는 세계 최초로 공개한 듀얼코어 프로세서 적용 스마트폰 '옵티머스 2X'는 기존의 스마트폰에 비해 속도와 성능을 2배 이상 강화한 것이다. 하나의 칩 안에 연산처리기능을 하는 코어 2개를 연결해 기존 칩의 2배 속도를 낼 수 있도록 만든 CPU인 '듀얼코어' 프로세서를 채용하고 있어 고용량 애플리케이션 실행속도가 2배 이상 빨라지고 전력 소모량이 적은 장점이 있다.

◆클럭? 코어? 캐시? 아키텍처?

이러한 연산 속도는 CPU의 종류마다 다르다. CPU의 속도를 나타내는 대표적인 단위는 '클럭'(clock)이다. 1초당 CPU 내부에서 몇 단계의 작업이 이뤄지는지를 측정해 주파수 단위인 헤르츠(㎐)로 나타낸 것이다. 당연히 클럭 수치가 높을수록 컴퓨터의 작동 속도가 빨라진다.

이런 클럭은 기하급수적으로 증가해왔다. 세계 최초의 CPU로 1971년에 등장한 '인텔(Intel) 4004'의 최대 동작 클럭은 740㎑(74만㎐)였지만, 2010년 '인텔 코어(Core) i7 960'의 동작 클럭은 3.2㎓(32억㎐)에 달하는 것. 30년의 세월 동안 무려 4천300배나 그 처리 속도가 빨라진 셈이다.

문제는 클럭 숫자만 기하급수적으로 증가한 것이 아니라 하나의 CPU에 2, 3개의 코어를 함께 집어넣는 기술 또한 함께 발전한 것이다. 코어(Core)란 CPU에 내장된 처리회로의 핵심 부분. 예전에는 1개의 CPU당 1개의 코어(Single Core)만을 가지고 있는 것이 당연했지만 지금은 하나의 칩 안에 연산처리기능을 하는 2개, 4개의 코어를 한꺼번에 넣어 그 속도를 2배, 4배로 증가시키는 기술이 가능해진 것이다. 이 때문에 지금은 CPU속도를 따질 때 클럭과 함께 코어의 수도 함께 살펴야 한다.

CPU에 내장된 캐시(Cache)의 용량도 살펴야 한다. 캐시란 CPU 내부의 임시 저장공간으로서, CPU가 작업을 할 때 자주 사용하는 데이터를 보관해 두는 역할을 한다. 캐시의 용량이 작으면 CPU에 비해 동작 속도가 훨씬 느린 주기억장치(RAM)나 보조기억장치(하드디스크, CD-ROM 등)로부터 CPU가 직접 데이터를 불러들이는 빈도가 높아지는데, 이렇게 하면 컴퓨터의 전반적인 처리 속도가 크게 저하되기 때문이다. 같은 클럭 속도와 코어 수를 가졌다고 하더라도 2차 캐시가 내장돼 있느냐 유무에 따라 또 속도가 달라진다.

마지막으로 알아둬야 할 것이 '아키텍처'(architecture)다. 아키텍처란 컴퓨터 시스템의 기본 구조 및 설계 방식, 그리고 제조 공정까지 포함하는 개념인데, 클럭 속도나 코어의 수, 캐시의 용량이 같더라도 아키텍처가 다른 CPU는 성능에 차이가 나기 때문이다. 흔히 사용되는 인텔 CPU의 경우 넷버스트, 코어, 네할렘 아키텍처인가에 따라 성능 차이를 보인다. 따라서 CPU끼리 성능을 비교하고자 할 때는 일단 아키텍처가 같은 제품끼리 분류한 후에 클럭이나 코어, 캐시 등의 우열을 따져보는 것이 바람직하다.

한윤조기자 cgdream@msnet.co.kr