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컴퓨터 / 하드웨어 : 컴퓨터와 하드웨어, 주변기기에 관련된 이야기, 소식, 테스트, 정보를 올리는 게시판입니다. 2016년 7월 이전의 글은 다음 링크를 참조하세요. 구 하드웨어 뉴스 / 구 디지털 뉴스 / 구 하드웨어 포럼 / 구 뉴스 리포트 / 구 특집과 정보 / 구 스페셜 게시판 바로가기

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저번에 핫했던 글도 그렇고 다른사이트에서도 좀 몇번 시끄러웠던 이야기인지라 생각난김에 시스템에서의 메모리 접근 레이턴시가 정확히 어떻게 결정되는가에 대한 이야기를 정리해봅니다. 

 

일반적인 시스템에서 메모리에 접근하는데 소요되는 레이턴시는 아래와 같습니다.

system_latency.png

(이미지 출처 : https://www.anandtech.com/show/2427/5 )

 

적당히 세부요소들이 제대로 나와있는 마땅한 그림을 찾지 못해서 쌍팔년도[...] 그림을 가져왔는데, 뭐 현재도 크게 다르진 않습니다. MCH가 이제는 CPU 다이 속으로 들어왔다는 것과, 고리짝시절의 굼뱅이 같은 FSB가 지금은 훨씬 더 빠른 링버스/메시/인피니티패브릭/CCI 등의 On-die 버스로 대체되었다는 것을 제외하면 기본 틀은 동일합니다.

 

A : CPU가 데이터 요청을 발행하는 단계입니다. 모든것의 시작점입니다.

B : 이제 CPU가 캐시들을 뒤적거려서 없으면 멤컨에 요청하는 단계입니다. 각 캐시의 레이턴시가 누적됩니다.

C : MCH가 코어에서 명령을 받아서 실제 메모리의 물리적인 주소와 필요한 명령으로 변환하는 단계입니다.

D : 명령이 이제 램 뱅크로 내려갑니다.

E : 램 모듈에 내려진 명령이 처리되어 데이터가 버퍼를 거쳐 MCH로 전송됩니다. 여기서 관여하는게 바로 램타입니다. 제가 설명하기엔 솜씨가 부족하기에 정말 친절하게 설명된 유튜브 영상 링크로 대체합니다. 

링크 -> https://youtu.be/x3jGqOrXXc8

F : MCH가 램에서 보내지는 데이터를 CPU와 연결된 데이터 버스의 클럭과 박자를 맞춰줍니다.

(그림에선 FSB고, 요즘의 CPU에선 링버스/메시/IF/CCI 등의 각 제조사의 On-die 버스가 되겠습니다.)

G : MCH가 CPU로의 데이터 전송을 마무리 합니다.

 

현대의(물론 최소 10년도 더 전의 이야기지만) CPU들에서 멤컨이 통합되면서 데이터버스와 멤컨 자체의 작동속도가 비약적으로 향상되면서 멤컨 자체와 데이터버스에서 소요되는 레이턴시가 많이 줄었지만 반대로 L3캐시가 추가되어 캐시가 한단계 더 늘기도 했고, 데이터 버스에서 각 코어간의 일관성을 유지시키는 과정에서 발생하는 레이턴시도 있어서 실질적으로 그시절이나 지금이나 또이또이 하긴 한데 근소하게 좀 더 줄긴 했습니다.

 

그래서 POP라던가 MCP처럼 단순히 메모리 칩을 가까이 붙여놓기만 하는걸론 레이턴시가 줄지 않는 겁니다. 규격 내에서 요구되는 물리적인 수준을 충족시킬 수 있다면 레이턴시 자체는 정말 한뼘도 채 안되는 그 짧은 거리에 영향을 받는게 아니니까요. 메모리 접근 레이턴시를 단순히 물리적인 거리로 오해하는 분들과 키배가 많이 발생하는 부분입니다.

 

물론 메모리를 빠르게 하기 위해선 가까이 있어야 하는것은 사실입니다. 물리적으로 가까우면 우선 더 적은 전력으로 더 안정적으로 더 빠르고 넓게 작동할 수 있습니다. 클럭이 높을수록, 버스 폭이 넓을수록 물리적으로는 더 민감해지는데, 거리가 멀어질수록, 중간에 다른 구성요소가 낄수록 Clock Skew와 노이즈가 심해지고 따라서 당연히 안정적인 작동이 힘들어집니다. 중간에 잡상인(고상하신 말론 오버헤드라고도 합지요...)을 여럿 끼워가면서 거리를 어찌저찌 연장을 할 수는 있습니다만 그만큼의 소비전력과 지연이 발생하고 느려지겠지요.

 

그리고 이게 캐시나 EDRAM 같이 동작이 더 빠른 메모리일수록 CPU에 밀접하게 배치되어있는 이유입니다. 그만큼 밀접해야 그만큼의 속도를 용이하게 달성할 수 있으니까요. 즉, 가까운 물리적 거리는 낮은 레이턴시와 빠른 작동속도를 위한 "필요조건" 입니다. "충분조건"이 아니고요.



  • profile
    title: 헤으응헤으응      귀여운건 프사로 해야돼용 2021.04.13 00:15
    CPU 안에 메모리가 들어가면 오우야 엄청나겠네용!
  • profile
    title: 고양이설아      ShellCat ː 雪雅 - 1st shell 2021.04.13 00:23
    cpu 내부에 연산 저장용 메모리로 레지스터라고 있습니다..
    메모리 종류중에 젤 비싼놈입니다.
  • ?
    RuBisCO 2021.04.13 00:27
    그게 바로 캐시지요
  • ?
    analogic 2021.04.13 16:14
    캐시하고는 좀 다릅니다.
    CPU의 연산에 직접 쓸 수 있는 넘이라...
  • ?
    RuBisCO 2021.04.13 16:15
    설아님 댓글에 단게 아니고 헤으응님 댓글에 대한 답입니다
  • ?
    NPU 2021.04.13 00:35
    M1이 거리가 짧아서 레이턴시가 짧다고 아시는 분들이 많더라고요. 좀 나은 LPDDR4X 수준인데..
  • ?
    Unnamed 2021.04.13 00:37
    당초에 스냅드래곤이나 엑시노스 몇몇 모델은 SoC 위에다가 올려버리는 POP 패키지인데 걔네들은 뭐 다른 소리 없었죠.
  • profile
    qua1121      대학원 후 스타트업의 길을 걷습니다. 날 죽여줘... 2021.04.13 01:21
    사실 이건 오실로스코프만 찍어봐도 답이 나오는 문제인데 말이죠.
  • profile
    군필여고생쟝- 2021.04.13 01:56
    몇 cm 가는데 광속으로 몇 ns급 차이로 차이나는것도 아닌걸 생각해보면 쉬울듯 합니당 ㅎ
  • profile
    title: 하와와360ghz      파이토치로 이주하였습니다 ::: 5800X+RTX3080 2021.04.13 03:11
    신용도 문제까지 생각하면 물리적으로 가까운게 좀 더 이득이겠지요. 다만 링크 신용도가 어느정도 된다면, 무작정 가까이 두는 비싼 칩보다 경제적일 수 있다 란 아이디어로 클러스터 컴퓨팅 등등을 개발한거지, 실제론 가깝고 붙어 있는게 좋죠. 원칩 체제가 가진 가장 큰 단점이, 유지보수인걸 생각하면 다 붙여둔것 보다 자주 갈아야할 파트를 떼는게 좋고.. 물론 둘 사이를 붙여두면 좋은 점은 메모리 레벨로 그냥 내리는것 말고 L4영역으로 더 가까운 레벨로 처리한다면 좀 더 빠를 수 있습니다. 프로그래밍 기법이나, 제조사의 튜닝 기법의 영역이니 그렇다... 정도로...
    단순히 A라서 B가 맞아라고 하는 사람들에겐 꽤 좋은 정보인것 같습니다.
  • ?
    늘보 2021.04.13 05:31
    SOC정도는 되야지.. 패키징 정도로는 의미없죠..
  • ?
    마라톤 2021.04.13 07:31
    좋은 정보 감사합니다. ^_^
  • profile
    title: 공돌이방송 2021.04.13 08:40
    CPU와 함께 패기징할때 가장 큰 장점은 CPU의 메모리 콘트롤을 설계할때 패기징할 메모리만 대응하는 맞춤형 효율성과 당대 양산되는 것 중 가장 앞선 메모리가 들어갈 확율이 대단히 높은 점 같습니다.

    이부분은 앞으로 더 크게 발전될 여지가 있고 버스를 더 쉽게 늘리는 방식으로 빠른속도와 용량을 늘리며 발전될 여지가 매우 클 것 같습니다.
  • ?
    RuBisCO 2021.04.13 09:08
    정확히는 단가가 저렴해지죠. PCB 위에다가 DIMM 슬롯과, 그 슬롯과 CPU 사이를 연결하는 패턴이 추가되면 그 자체도 돈입니다. 특히 이전 글에도 나온 이야기지만 그런 고클럭의 회로는 만들기가 빡세죠.(=돈잡아먹는 귀신) 통상의 메인보드에 DIMM 슬롯 한쌍이 들어갈 때마다 전체 단가에서 몇달러 정도가 추가된다고 들었는데, 일체화시켜버리면 이걸 아낄 수 있습니다. 용량장사도 덤으로 할 수 있고요.
  • profile
    냠냠이 2021.04.13 10:04
    진짜 돈지랄 제대로 해서 SRAM을 16기가나 달면 얼마나 빨아질까요..궁금.. 아키텍쳐가 다르지만 파워 아키텍쳐는 256MB씩 달아서 SRAM이 1기가에 달하는 제품이 있던데요
  • profile
    title: 공돌이방송 2021.04.13 10:38
    현제 CPU의 능력과 SSD 성능이 최적화가 안되어 의외로 큰 차이는 안 날것 같고 대신 끔찍한 발열이라는 예상이외 변수가 기다릴 것 같습니다.

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