CPU 성능이 정체됐다는 말은 이제 상식처럼 통한다. 무어의 법칙 둔화, 공정 미세화의 한계, 세대 교체마다 실망스러운 향상 폭이 그 근거로 자주 인용된다. 그런데 데이터베이스·성능 분야 연구자 대니얼 르메르는 실제로 시장에서 살 수 있는 데스크톱 칩을 예로 들어 이 통념에 반론을 제기한다. 그는 AMD 라이젠 7의 3D V-캐시 8코어 제품 세 가지, 즉 2022년의 5800X3D(Zen 3), 2023년급의 7800X3D(Zen 4), 2024년의 9800X3D(Zen 5)를 비교했다. 코어 수와 캐시 구성이 유사해 세대 간 순수 아키텍처 차이를 견주기에 좋은 대조군이다.
Geekbench 6 기준으로 이 2년 사이 성능은 약 50% 올랐다. 2024년 칩은 2022년 칩보다 싱글코어에서 47%, 전체 코어에서 58% 빠르다. 흥미로운 것은 이 향상의 출처다. 흔히 성능 상승을 클럭 상승으로 설명하지만, 최대 부스트 클럭은 4.5GHz에서 5.2GHz로 15% 오르는 데 그쳤다. 즉 절반의 성능 향상 중 클럭이 기여한 몫은 작다. 나머지는 클럭이 아닌 다른 곳에서 나왔다는 뜻이다.
트랜지스터를 성능으로 바꾸는 법
답은 트랜지스터 예산의 재배치에 있다. 트랜지스터 수는 약 110억 개에서 160억 개로 50%가량 늘었는데, 늘어난 대부분이 캐시가 아니라 코어 내부로 투입됐다. 그리고 그 트랜지스터는 코어를 '더 넓게' 만드는 데 쓰였다. 사이클당 최대 디스패치 폭은 6개 명령에서 8개로 늘었고, 정수 ALU는 4개에서 6개로 증가했다. 재정렬 버퍼(reorder buffer)는 256개에서 448개 엔트리로 커졌다. 이는 프로세서가 더 많은 명령을 동시에 대기시켜 두고 실행 순서를 더 유연하게 스케줄링할 수 있게 해, 파이프라인의 빈틈을 메우는 능력을 키운다.
캐시도 코어에 밀착한 계층이 두꺼워졌다. 코어당 L2 캐시가 512KB에서 1MB로 두 배가 됐고, L1 데이터 캐시는 32KB에서 48KB로 늘었다. 여기서 말하는 것은 마케팅의 주역인 3D V-캐시(L3)가 아니라, 실행 유닛 바로 곁에서 데이터 지연을 줄이는 상위 계층 캐시다. 더 넓어진 코어에 더 많은 데이터를 끊김 없이 공급하기 위한 균형 잡기인 셈이다.
Zen 5의 SIMD는 다른 기계
데이터 병렬 처리, 즉 SIMD 측면에서 Zen 5는 앞 세대와 성격이 다른 물건이다. Zen 3와 Zen 4는 256비트 SIMD 연산 유닛 4개를 가졌지만, Zen 5는 512비트 유닛 4개를 갖췄다. 메모리 대역도 여기에 맞춰 넓어져 사이클당 512비트 로드 2회, 512비트 스토어 1회가 가능하다. 벡터 폭이 두 배가 됐다는 것은 과학 계산, 미디어 인코딩, 데이터 파싱처럼 벡터화가 잘 되는 작업에서 세대 간 격차가 범용 정수 작업보다 훨씬 벌어질 수 있음을 의미한다.
실무자 입장에서 이 관찰이 주는 시사점은 분명하다. 성능 향상이 클럭이 아니라 명령 수준 병렬성(ILP)과 벡터 폭 확대에서 나온다면, 소프트웨어가 그 폭을 활용하지 못할 때 향상 폭도 반감된다. 의존성 사슬이 긴 코드, 분기 예측이 어려운 코드, 벡터화되지 않은 루프는 넓어진 코어의 이점을 온전히 받지 못한다. 반대로 데이터 병렬성이 풍부하고 캐시 지역성이 좋은 코드일수록 세대 교체의 이득이 크다. 컴파일러 플래그, AVX-512 활용, 자료구조의 캐시 친화적 배치 같은 최적화가 하드웨어 세대차만큼의 실효 성능을 좌우할 수 있다는 얘기다.
다만 이 분석에는 명확한 한계가 있다. 근거가 주로 Geekbench 6라는 단일 벤치마크에 기대고 있어, 실제 워크로드에서의 체감 향상은 다를 수 있다. 벤치마크 점수는 여러 하위 테스트의 종합 지표이며, 특정 서버 부하나 지연 민감형 작업의 특성을 그대로 반영하지 않는다. 또한 8코어 데스크톱 칩에서 확인된 경향을 다른 코어 수나 세그먼트로 곧장 일반화하기도 어렵다.
르메르는 다음 단계로 Zen 6를 지목하며, AMD가 1GB의 L3 캐시를 갖춘 256코어 에픽(Venice) 부품을 언급하고 있다고 전한다. 데스크톱 코어가 어떤 모습일지는 아직 공개되지 않았다. 분명한 것은 지난 2년의 향상이 마법이 아니라 트랜지스터를 코어 폭과 벡터 처리에 재투자한 공학적 선택의 결과라는 점이다. CPU가 지루해졌다는 통념과 달리, 성능을 끌어올리는 여지는 여전히 코어 내부에 남아 있으며, 그 여지를 활용하는 몫의 상당 부분은 소프트웨어 쪽에 있다.