CPU 코어, 쓰레드, 클럭, 캐시메모리의 의미
[작성일 : 2021년 6월 9일]
중앙처리장치라는 이름을 가진 만큼, CPU는 컴퓨터의 핵심입니다. 그만큼 컴퓨터를 선택할 때 중요한 장치이기도 합니다. CPU를 고를 때 접하는 것이 코어, 쓰레드, 클럭, 캐시메모리와 같은 용어들입니다. 이 포스팅에서는 CPU 코어, 쓰레드, 클럭, 캐시메모리가 무엇을 의미하는지에 대해 알아보겠습니다.
글의 순서
CPU의 역할
CPU의 특징을 설명해주는 요소들
CPU 코어, 쓰레드, 클럭, 캐시메모리
CPU의 역할
CPU의 성능을 예측할 수 있는 요소인 코어, 쓰레드, 클럭에 대해 알아보기 전에 컴퓨터에서 CPU가 하는 역할을 다시 짚어보겠습니다. CPU는 컴퓨터 시스템에 부착된 모든 장치의 동작을 제어하고, 명령을 실행하는 장치입니다. CPU는 제어장치(control unit)와 연산장치(arithmetic logic unit, 산술논리장치), 그리고 레지스터로 구성되며, 이 구성장치들은 내부버스로 연결되어 있습니다.
명령 또는 데이터를 입력하면, 이 자료가 메모리에 저장되고, 중앙처리장치는 메모리에 있는 자료를 불러와 명령을 처리한 후 그 결과를 다시 메모리에 저장시킵니다. 메모리에 저장된 처리결과를 출력값으로 보여주는 일련의 과정이 폰 뉴만 아키텍처에서 작동하는 방식입니다.
CPU의 특징을 설명해주는 요소들
2020년 11월에서는 AMD에서 ZEN3 아키텍처의 라이젠 5000 시리즈라는 CPU가 출시되었습니다. 2021년 3월에는 데스크탑 CPU의 대표주자인 인텔에서 11세대 코어 프로세서인 로켓레이크 S를 발표했습니다. 또한 2020년 11월에는 애플도 M1이라는 CPU를 개발하여 맥북부터 아이맥, 아이패드에까지 탑재하고 있습니다.
라이젠 5800X와 인텔의 코어 i7-11세대 11700K 라는 CPU의 특징을 설명해주는 요소들을 각각 나열해보면 다음과 같습니다.
▶ 7nm / 8코어 / 16쓰레드 / 기본 클럭: 3.8GHz / 최대 클럭: 4.7GHz / L3 캐시: 32MB / TDP: 105W / PCIe4.0 / 메모리 규격: DDR4 / 3200MHz / 내장그래픽: 미탑재
▶ 14nm / 8코어 / 16쓰레드 / 기본 클럭: 3.6GHz / 최대 클럭: 5.0GHz / L3 캐시: 16MB / TDP: 125W / PCIe4.0 / 메모리 규격: DDR4 / 3200MHz / 내장그래픽: 탑재
이와 같이 CPU를 제대로 고르기 위해서는 CPU 코어, 쓰레드, 클럭, 캐시메모리와 같은 용어들을 이해할 필요가 있습니다. 가장 이해하기 쉬웠던 설명을 유튜버 체크잇CHECK IT.에서 보고 요약해 보았습니다.
CPU 코어, 쓰레드, 클럭, 캐시메모리
코어(core)는 CPU 안에서 물리적인 연산(데이터 처리)을 담당하는 곳입니다. 쓰레드(thread)는 운영체계(OS, Operating System)가 이해하고 있는 작업 단위를 뜻합니다. 최초에는 코어 1개 당 쓰레드도 1개였는데, 작업의 효율을 올리기 위해서 점차 2개 이상의 쓰레드를 사용할 수 있게 만들었습니다.
라면 음식점에서 만들어 내는 라면에 빗대어 설명해보겠습니다. 코어는 주방에 있는 요리사입니다. 쓰레드는 라면을 끓일 수 있는 가스렌지의 가스불 입니다. 이 주방에서의 작업 목표는 주문받은 라면을 빠르게 요리해서 주방 밖으로 내보내는 것입니다.
▶ CPU 코어, 쓰레드
요리사의 능력이 좋으면, 좋은 품질의 라면 한그릇을 빠르게 만들어낼 수 있습니다. 이는 코어의 능력이 좋으면 복잡한 연산을 빠르게 수행할 수 있다는 것과 연결됩니다. 또한 요리사가 많으면 주문 받은 라면을 빠르게 만들 수 있듯이, 코어가 많으면 컴퓨터의 처리속도가 빨라집니다. 마찬가지로 가스렌지의 가스불 개수가 많아지면 라면을 빠르게 만들 수 있습니다. 쓰레드가 많을수록 작업을 처리하는 속도가 빨라집니다. 가스불 개수가 2개인 것이 쓰레드가 2개인 것과 대응된다고 보시면 됩니다.
최초에는 코어 1개 당, 쓰레드도 1개였습니다. 이 말은 요리사 1명이 가스렌지 가스불 1개로 끓여냈다는 것과 같은 의미입니다. 요리사와 가스렌지를 늘려가다가, 요리사 수를 더 이상 늘릴 수 없는 상황에서, 주문 처리 속도를 더 높이기 위해서 요리사 1명당 가스불 2개인 가스렌지를 지급했습니다. 이는 컴퓨터도 코어 숫자를 늘려서 처리속도를 높이다가, 더 이상 효율이 좋아지지 않자, 쓰레드를 늘린 것이 바로 가스불 2개로 늘린 것과 같은 개념입니다.
▶ 클럭
CPU의 클럭에 나와 있는 숫자는 코어 하나 당 일을 처리하는 속도를 의미합니다. 요리사의 요리속도가 이에 대응됩니다. 주방에 많은 요리사가 있더라도, 요리사들의 요리속도가 느리다면, 주문을 처리하는 속도가 떨어집니다. 좀더 능력있는 요리사일수록 더 많은 라면을 끓여낼 수 있듯이 말입니다. 코어가 일을 처리할 수 있는 능력을 클럭이라고 보시면 됩니다.
클럭과 코어수를 늘린다면 그만큼 처리속도는 빨라집니다. 그런데, 요리사가 빠르게 움직이는 만큼 땀도 많이 나듯이, CPU에서 클럭 속도수가 늘어나면 열도 많이 발생되고, 함께 관리할 것들이 늘어나기 때문에 적절한 조화가 중요합니다. 보통 코어 수가 적은 CPU일 때, 클럭 수가 높은 편입니다.
▶ 캐시메모리
캐시메모리는 속도가 빠른 장치와 느린 장치의 사이에서 두 장치의 속도차로 인한 병목 현상을 줄이기 위해서 설치한 메모리입니다. CPU는 빠르고 메모리는 CPU보다 느리기 때문에 CPU와 메모리 사이에 캐시메모리가 있습니다. 캐시메모리는 CPU에서 빠르게 처리된 데이터를 메모리로 옮길 때 점진적으로 속도를 줄일 수 있도록 합니다. 라면 음식점 주방에서 끓여진 라면이 손님에게로 가기 전 놓여지는 테이블이라고 생각하시면 되겠습니다. 테이블이 클수록 좀 더 매끄럽게 일이 진행되듯이, 컴퓨터에서도 캐시메모리의 용량이 클수록 좋다고 생각하시면 되겠습니다.
마치며 …
CPU는 컴퓨터 시스템에 부착된 모든 장치의 동작을 제어하고, 명령을 실행하는 장치입니다. CPU를 고를 때 접하는 것이 코어, 쓰레드, 클럭, 캐시메모리와 같은 용어들입니다. 이 포스팅에서는 이들이 무엇을 의미하는지를 라면 음식점에서 만들어 내는 라면에 빗대어 설명해보았습니다.
요리사는 CPU 코어, 가스불은 CPU의 쓰레드, 요리사의 요리 속도는 CPU의 클럭, 끓여진 라면이 손님들한테 가기 전에 놓이는 테이블은 CPU의 캐시메모리와 각각 대응됩니다. 요리사가 많으면 주문 받은 라면을 빠르게 만들 수 있듯이, CPU 코어가 많으면 컴퓨터의 처리속도가 빨라집니다. 가스불 개수가 많을수록, 요리사의 요리속도가 빠를수록 라면을 빨리 만들어낼 수 있듯이, CPU 쓰레드 수가 많을수록 클럭 수가 높을수록 처리속도가 빨라집니다. 테이블이 넓을수록 손님 식탁으로 갈 때 여유있고, 매끄럽게 일이 진행되듯이, 캐시메모리의 용량이 클수록 좋은 것입니다. 이 포스팅이 최신 CPU 기술을 이해하는데 도움이 되었기를 바랍니다.
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참고자료
[1] 체크잇CHECK IT., CPU 개념인 코어, 스레드 , 클럭, 캐시메모리 간단하게 설명해드리겠습니다.