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보드나라/케이벤치

CPU 혁신 선두는 바로 나, AMD 라이젠 7 5800X

하나로 뭉쳐 강해진 Zen3 아키텍처로 인텔과 정면 대결

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PC CPU 시장에 일대 혁신을 불러온 라이젠 시리즈가 벌써 4세대에 이르렀다.

그동안 4코어에 머물고 있던 메인스트림 CPU 시장에 다코어 경쟁을 다시 불러왔고, 하이엔드 모델에서나 볼 수 있던 16코어 모델이 메인스트림 모델로 나왔다. AMD 라이젠은 세대를 거치면서 크고 작은 변화가 있었지만, 이번 Zen3 아키텍처의 라이젠 5000 시리즈는 특별히 주목할 점이 있다.

바로 CPU의 기본 구조였던 CCX가 4코어기반에서 8코어 기반으로 변화한 것.

이를 통해 전체 L3 캐시가 동일해도 라이젠 3000 시리즈는 한 다리 건너야하는 경우라도, 라이젠 5000 시리즈에서는 코어당 L3 캐시 용량이 두 배로 늘어난 효과를 제공하며, 메모리 레이턴시 개선을 이끌어 내고, 그동안 경쟁사에 비해 고질적인 약점으로 지적받아온 게임 성능 개선도 기대된다.

그 외에도 메이저 넘버가 바뀐 만큼 크고 작은 아키텍처 변화가 있었는데, 이번 기사에서는 Zen2 아키텍처 기반 라이젠 3000 시리즈와 비교해 Zen3 아키텍처의 라이젠 5000 시리즈가 어떤 차이를 보이는지 알아보는 시간을 갖도록 하겠다.

Zen3, 싱글 스레드/ 레이턴시/ 전성비 추구

AMD의 Zen3 아키텍처는 기본적으로 인텔에 비해 약점으로 지적받아온 싱글 스레드 성능과 레이턴시를 개선하는데 중점을 두면서도, 꾸준히 강조해온 소비전력 대 성능비를 개선하는데 중점을 둔 것이 특징이다. 기사 초기에 언급한 4코어 CCX에서 8코어 CCX로의 변화가 대표적인 변화이지만, Zen2 아키텍처와 비교해서도 세밀하게 개선되었다.

프론트 엔드 단에서는 분기 예측 향상을 위해 L1 BTB가 512서 1024로 두 배 늘어난 반면 L2 BTB는 7K서 6.5K로 줄어들었다. ITA(indirect target array)는 1K서 1.5K로 50%늘어 잘못된 예측에 위해 발생하는 레이턴시를 줄이고, 대부분의 분기 예측에서 버블을 줄였다.

OP 캐시 페치(fetches)시 시퀀싱 속도를 높이고, 파이프에서 I 캐시와의 스위칭 정밀도를 높이면서 예측 실패시 회복 성능과 함께 분기 예측 정확성을 높였다.

Zen3 아키텍처는 프론트 엔드단에서 꺼내온 자료를 처리하는 실행 엔진에서도 튜닝이 가해졌다.

정수 연산 관련 스케쥴러는 92에서 96으로, 물리 레지스터 파일은 180에서 192로, 사이클당 이슈는 7에서 10으로, ROB는 224서 256으로 늘었다. ALU와 AGU는 각각 4개와 3개로 Zen2와 동일하지만 2개의 대역폭 조절 장치 BRU(Bandwidth Regulation Unit)이 더해졌다.

2개의 BRU중 1개는 ALU 역할을 겸하며, 사이클 당 이슈도 Zen2의 3개에서 10개로 늘었고, 개별적으로 ALU와 AGU를 제어하던 스케쥴러는 Zen3에 와서 ALU와 AGU가 공유하는 방식으로 조정되었다.

부동 소수점(Floating Point)엔진과 관련해서는 대역폭이 2 늘고, FMAC 사이클도 1 빨라지는 개선이 이뤄졌다.

한편, 로드/ 스토어 처리는 더 많은 실행 리소스 처리를 위해 전반적인 대역폭 확대가 이뤄졌는데, 로드/ 스토어 대역폭 모두 Zen2와 비교해 1이 늘어났으며, 스토어 큐 엔트리도 48에서 64로 확대되었다.

로드/ 스토어 동작의 유연성을 확대하는 한편 메모리 의존도 탐지 개선, TLB의 테이블 워커(table walkers) 4 증가한 것이 특징이다.

한편, 캐시 정책과 관련해서는 L1D 캐시의 로드/ 스토어가 각각 2/ 1에서 3/ 2로 확대되었고, L3 필터링과 캐시 전송 성능 개선을 위해 L2 태그가 L3에 복제되며, 8코어 단일 CCX 구조로 변하면서 32MB로 늘어난 공유 L3 캐시는 시스템 메모리 의존도를 낮추고, 코어간 레이턴시와 캐시 레이턴시 감소 효과를 제공한다.

지난 10월 5일 온라인으로 발표에서도 언급되었지만, 메모리 컨트롤러와 PCIe Lane등 I/O 기능을 제공하는 라이젠 5000 시리즈의 cIOD는 Zen2와 완전히 동일하고, 이에 라이젠 5000 시리즈의 공식 지원 메모리 클럭은 라이젠 3000 시리즈와 동일한 DDR4 3200MHz이다.

한편, 라이젠 5000 시리즈를 위한 신규 메인보드 칩셋은 나오지 않지만 500 시리즈 칩셋 보드는 제품 출시와 함께 지원 바이오스가 배포되고, 400 시리즈 칩셋 메인보드는 2021년 부터 라이젠 5000 시리즈 지원 바이오스 배포가 예정되어 있으므로, 라이젠 5000 시리즈 구매자는 이 점을 감안할 필요가 있다.

Zen3 아키텍처는 전체적인 튜닝을 통해 AMD 자체 테스트 결과 25 종류의 작업에서 평균 19%의 IPC 상승을 이뤄냈으며, 전력 효율 상승은 물론이거니와 눈에 띄는 싱글 스레드 성능 개선, 경쟁사 대비 약점으로 지적받아온 게임 성능을 큰 폭으로 업그레이드해냈다는 것이 AMD측의 주장이다.

그렇다면 당연히 검증 과정이 따라야할 것.

8코어 메인스트림 모델인 라이젠 5 5800X와 라이젠 5 3800X의 비교 테스트 진행 결과를 정리해 보겠다.

TDP는 동일, 전력과 발열은 높아져

Zen2 아키텍처 기반 라이젠 3000 시리즈와 Zen3 아키텍처가 사용된 라이젠 5000 시리즈의 비교에 라이젠 7 3800X와 라이젠 7 5800X를 쓴 것은 두 제품이 각 라인상 대응되는 모델인데다 8코어 16스레드, TDP 105W, 단일 CCD 구성으로 모든 면에서 유사하며, 비용면에서 가성비를 노리는 메인스트림 사용자들에게 대중적인 솔루션인 점을 감안했다.

단지, 런칭 가격은 라이젠 7 3800X가 399달러, 라이젠 7 5800X가 449달러로 50달러 높아졌고, 레이스 프리즘 쿨러가 번들되던 전세대 모델과 달리 쿨러가 번들되지 않아 사실상 가격 인상폭은 그 이상이다.

AMD는 라이젠 7 5800X와 같이 쿨러가 번들되지 않는 모델 구매자를 위해 서드파티 쿨러 권장 리스트를 제공하는데, 이번 기사에서는 그 중 140mm 2열 일체형 수랭 쿨러인 커세어 하이드로 시리즈 H115i RGB 플래티넘을 이용한 환경에서 테스트를 진행했다.

쿨러가 번들되지 않는 라이젠 CPU 사용자를 위한 권장 쿨러 리스트는 AMD 홈페이지서 확인할 수 있다.

그 외 테스트 시스템은 게이머들의 핫 아이템 중 하나인 지포스 RTX 3080을 이용했고, 메모리는 각 제품의 공식 지원 클럭인 DDR4 3200MHz에 맞춰 설정했으며, 운영체제는 윈도우 10 프로 2004 64bit 버전 환경에서 진행되었다.

쿨러없는 라이젠 5 5800X의 발열과 소비전력은?

비록 동작 클럭이 높아졌다고는 해도 동일한 TDP에 전력 효율 개선에 집중한 Zen3 아키텍처 기반의 라이젠 7 5800X에 쿨러가 번들되지 않는데 의문을 느끼는 네티즌들이 분명 있을 것이다. 기자 역시 그러한 네티즌 중 한 명으로, 본격적인 성능 검증에 앞서 실제 소비전력과 발열 정도를 우선 체크했다.



라이젠 7 5800X의 온도와 소비전력은 프라임95, 블렌더 클래스룸 데모 파일의 렌더링을 거치며 테스트했는데, 부팅 후 5분 간 아무런 작업을 하지 않은 아이들 상태에서는 라이젠 7 3800X의 온도에 특별한 차이는 없었다.

프라임95의 SmallFFTs 테스트는 거의 모든 자원을 소비하는 테스트인 만큼 두 제품의 온도가 약 1℃ 차이에 그쳤지만, 블랜더를 이용한 데모파일 랜더링 시에는 라이젠 7 3800X보다 라이젠 7 5800X의 온도가 약 8℃ 가량 높게 측정되었다.

위 온도 테스트 중 측정한 전체 시스템 소비전력은 두 모델이 동일 TDP임에도 프라임95 테스트에서는 라이젠 7 3800X가 최대 25W 더 높게 측정되었고, 블랜더 렌더링 테스트에서는 약 7W 더 높게 측정되었다.

Zen3 아키텍처의 라이젠 7 5800X는 Zen2 아키텍처의 라이젠 7 3800X보다 동일 작업에서 더 높은 열을 발생시키며, 소비전력도 늘어났다. 아키텍처 개선에 따른 전력 효율 증가분을 클럭 확보에 투자함에 따라 소비전력 증가를 피할 수 없었고, 이는 곧 발열(온도) 상승으로 이어진 것으로 판단된다.

결과적으로 TDP 자체는 동일하지만 라이젠 7 5800X를 포함한 Zen3 아키텍처 기반 라이젠 시리즈의 소비전력과 발열 모두 상승한 것으로 판단되며, 이는 현재 발표된 모델 중 라이젠 5 5600X를 제외한 모두에 번들 쿨러 제공이 이뤄지지 않은 요인이 된 것으로 볼 수 있다.

평균 20%대 수준 높아진 성능

소비전력과 발열이 높아진데다 성능과 가격만 올랐다면 욕을 푸짐하게 퍼부어주겠지만, 테스트를 진행하며 확인한 라이젠 7 5800X의 성능은 충분히 그럴만 했다는 것이 기자의 판단이다.

그렇다면 Zen3 아키텍처의 라이젠 7 5800X는 전세대 동급 라인업 모델인 라이젠 7 3800X와 비교해 얼마나 개선되었는지, 그 테스트 결과를 정리했다.



최대 6배 높아진 코어간 대역폭, 36% 증가한 멀티미디어 성능

Sisoftware Sadra 2020.11.30.80 버전을 이용해 라이젠 7 5800X의 기본 성능을 우선 비교했다.

라이젠 7 3800X와 비교해 연산 성능은 약 17%, 멀티미디어 성능은 약 36% 증가했다. 코어간 대역폭은 최상의 경우 라이젠 7 3800X와 라이젠 7 5800X간 차이가 거의 나타나지 않았지만, 최악의 경우는 라이젠 7 5800X가 무려 여섯 배나 높아졌다.

이는 CCX 구조가 4코어 기반인 라이젠 7 3800X와 8코어 기반으로 재설계된 라이젠 7 5800X의 차이를 극명하게 보여준 것이다.

한편, 코어간 레이턴시는 최상/ 최악의 경우 세대간 차이가 거의 없는 것으로 나타났지만, 메모리 레이턴시는 라이젠 7 5800X에서 9ns 빨라졌다. 라이젠 7 3800X와 메모리 컨트롤러가 포함된 cIOD 칩렛이 동일하지만, CPU 아키텍처 개선에 따른 효과로 풀이된다.

일반적인 PC 사용 경험, 평균 10% ~ 20% 개선

일상적인 PC 작업 환경의 성능을 측정하는 PCMark10 기준으로 라이젠 7 5800X는 라이젠 7 3800X와 비교해 대략 10% 정도 높은 성능을 보여준다.

세부적으로 웹 브라우징과 직장인들과 학생들의 과제, 작업에 빠질 수 없는 워드 및 스프레드시트 작업, 사진 편집과 영상 편집 성능을 정리했다.

라이젠 7 5800X는 웹 브라우징 성능은 약 7%, 사진 편집과 문서 작업은 약 10%, 스프레드시트 작업 약 13%, 영상 편집에서 약 18% 더 높은 성능을 내주는 것으로 확인되었다.

참고로, PCMark10의 각 테스트는 오픈소스 기반 프로그램으로 진행되므로, 유료 프로그램인 MS 오피스나 어도비 크리에이트브 수트 등의 프로그램 성능과는 차이가 발생할 수 있다는 점은 감안하고 결과를 보기 바란다.

한편, 윈도우 10 20H2 부터 기본 브라우저로 통합된 크로뮴 기반 엣지 브라우저를 이용한 HTML5 및 자바스크립트 기반 웹 경험을 측정하는 WebXPRT3 테스트 결과를 보면, 전체적으로 라이젠 7 5800X가 약 21% 나은 경험을 제공하는 것으로 측정되었다.

사전 편집과 앨범 정리, 노트 암호화 및 OCR 스캔, 그래프 표시, 온라인 학습 등 전체적인 웹 경험 모두 라이젠 7 5800X가 뛰어나며, 특히 코로나19 시국에 높은 관심을 받고 있는 온라인 학습 관련 항목은 약 25% 가량 더 높은 성능을 발휘한다.

라이젠 7 5800X, 전문적 작업서 최대 275% 수준 성능

앞서 진행된 테스트는 주로 멀티 코어 활용도가 낮지만 일상에서 자주 사용하는 프로그램 위주로 진행되었는데, 지금부터는 멀티 코어 활용도가 높고, 조금은 전문적인 프로그램 위주로 성능을 확인하겠다.

대표적인 CPU 성능 벤치마크 툴인 시네벤치 R15와 R20에서 라이젠 7 5800X는 멀티스레드 테스트서 약 20%, 싱글 스레드 데스트서 각각 27%와 21% 높은 성능을 기록했다.

블렌더 2.91과 코러나 1.3, Pov-Ray 3.7을 이용해 추가적인 렌더링 성능도 측정했다.

라이젠 7 3800X와 비교해 라이젠 7 5800X가 블렌더의 경우 약 17%, 코로나 1.3과 Pov-Ray 3.7 기준으로는 각각 26.7% 및 22.4% 높은 성능을 내준다.

Sisoftware Sadra 2020.11.30.80 버전을 통해 추가적인 CPU의 연산 성능을 비교했는데, 암호화 성능은 라이젠 7 5800X가 비교군 대비 275%에 달하는 성능을 내주었고, 인공지능 처리 성능은 45% 더 빠른 성능을, 금융 분석과 과학 분석 성능은 약 30%와 22% 더 빠른 성능을 발휘하는 것으로 측정되었다.

x.265 코덱 기반의 동영상 변환 성능 비교 툴인 HWBOT x.265 벤치마크 결과를 보면, Full HD와 4K 모두 라이젠 7 5800X가 라이젠 7 3800X보다 약 20% 더 빠른 처리 성능을 내준다.

단지, 샘플 영상과 변환 영상 설정등에 따라 동일 시스템이라도 동영상 변환 성능이 다르게 측정될 수 있다는 점은 감안하고 보자.

마지막으로 데이터 보안과 공유면에서 편의를 제공하는 압축 프로그램 중 7-zip과 WinRAR의 성능도 비교했다. 7-zip에서는 라이젠 7 5800X가 평균적으로 약 24% 높은 성능을 발휘하였고, WinRAR에서는 무려 두 배에 달하는 성능을 내주는 것으로 측정되었다.

VGA 1~2등급 수준 게임 성능 Up, 라이젠 7 5800X의 게임 성능은?

라이젠 7 3800X와 비교한 라이젠 7 5800X의 CPU 성능은 평균적으로 20% ~ 30% 높은 것으로 측정되었고, 일부 테스트에서는 2배 이상의 성능도 발휘하는 것으로 나타났다. Zen3의 IPC가 19% 증가한데다, 부스트 클럭이 200MHz 높아진 점을 감안하면 주목할만한 성능 개선이다. 

그렇다면 메인스트림 사용자층의 주요 업그레이드 요인으로 꼽히는 게임 성능은 어떤지도 테스트했다.



3DMark의 CPU 성능 테스트 결과를 정리하면, 여기서도 라이젠 7 5800X는 약 20% 높은 성능을 보여준다. 단지, GPU 스코어는 그래픽 카드가 동일한 때문인지 거의 오차 수준의 성능 차이를 보여주는데 그쳤다.

가상현실 성능 비교를 위한 VRMark에서는 DX11 기반으로 설계된 Orange Room 테스트에서는 라이젠 7 5800X가 약 35% 높은 성능을 발휘하는 것으로 나타났지만, DX12 기반의 Cyan Room과 차세대 VR 경험을 위한 5K 렌더링 성능을 보는 Blue Room에서의 성능 차이는 약 3%와 1% 수준으로 나타났다.

그렇다면 실제 게임에서의 성능 차이는 어떨까? 스팀 하드웨어 조사 결과 가장 많은 게이머들이 사용 중인 Full HD 해상도에서 테스트한 결과를 정리했다.

다행히 라이젠 7 5800X는 테스트한 모든 게임에서 눈에 띄는 성능 향상을 나타냈는데, 문명 6에서는 무려 약 80프레임이나 성능이 올랐고, 포르자 호라이즌 4는 약 30프레임의 성능 향상이 관측되었다.

비율로 환산하면 약 37%와 24% 높아진 성능으로, 이정도면 최소 한 등급에서 두 등급으로 그래픽 카드를 업그레이드할 때 가능한 수치다. 추가로 기어스 5와 FF14 칠흑의 반역자에서도 약 20%의 성능 향상이 관측되었으며, 그외 게임에서도 대략 10% 가량의 게임 성능 향상이 있었다.

라이젠 7 5800X, 최대 여덟배 가까이 강력해진 싱글 스레드 성능

앞서 살펴본 성능은 시네벤치를 제외하면 모두 멀티 스레드 기반 성능이다. 물론 최신 프로그램들이 폭 넓게 멀티 코어/ 스레드를 지원하고 있는 만큼 해당 테스트로도 Zen3 아키텍처의 특성을 보는데 충분하다고 판단되지만, AMD는 Zen3 라이젠의 특성으로 강화된 싱글 스레드 성능을 내세우고 있다.

따라서 이번 단락에서는 라이젠 7 5800X와 라이젠 7 3800X의 싱글 스레드 성능을 비교했다. 연산 성능과 멀티미디어 성능은 라이젠 7 5800X가 약 25%, 캐시/ 메모리 대역폭은 라이젠 7 5800X가 약 20% 높다.

Sandra로 측정한 라이젠 7 5800X의 싱글 스레드 성능은 라이젠 7 3800X 대비 인공지능 성능 약 166%, 과학 분석 약 178%, 암호화 성능은 무려 여덟배에 가까운 790%에 달하는 성능을 내준다.

암호화 성능의 경우 두 CPU가 멀티 스레드에서도 약 세 배에 달하는 상당한 차이를 보였지만 싱글 스레드에서는 그 이상의 성능 차이를 보였는데, 이는 반대로 말하면 Zen3 라이젠이 멀티 스레드 작업시 싱글 스레드의 성능 활용도가 Zen2 라이젠보다 상대적으로 낮아진다는 반증으로 볼 수 있다.

라이젠 7 5800X는 7zip의 싱글 스레드 테스트에서 라이젠 7 3800X 대비 약 124%, WinRAR 싱글 스레드 테스트 결과는 약 200% 수준의 성능을 내주는 것으로 테스트 되었다.

라이젠 7 5800X, 확실한 성능에 비례한 가격

Zen3 아키텍처가 도입된 8코어 메인스트림 CPU인 라이젠 7 5800X의 성능을 정리하면, 전세대 동급 라인업 모델인 라이젠 7 3800X 대비 최소 10% 대에서 평균 20% 대, 높은 수준으로는 40% 대까지 성능이 높아졌고, 일부 제한적인 조건에서는 수 배 이상의 성능도 기대된다.

특히, 메인스트림 유저들의 주요 업그레이드 요인인 게임 성능도 10% ~ 20% 가량 확실히 업그레이드되어, 아마도 마지막 AM4 소켓 라이젠이 될 라이젠 5000 시리즈는 8코어 CCX 구조와 아키텍처 튜닝을 통해 업그레이드하는 확실한 가치를 제공할 것으로 판단된다.

단지, 이번 기사의 주인공이었던 라이젠 7 5800X는 CPU 자체의 50달러에 달하는 가격 상승과 최소 일체형 2열 수랭 쿨러를 별도 구매해야 하기 때문에 실질적인 가격 인상폭은 최소 평균적인 성능 향상폭에 준한다고 판단된다.

가격보다 성능을 우선시한 사용자 비중이 높을 것으로 판단되는 라이젠 9 3950X 같은 하이엔드 모델의 후속 모델이라면 처음부터 쿨러가 번들되지 않았기에, 확실한 성능 향상이 뒷받침 되준다면 50달러에 달하는 가격 인상에 대한 저항감이 크지 않을 것이다.

그러나 라이젠 9 5900X와 라이젠 7 5800X는 전세대 동급 모델에 쿨러가 번들 되었던데다, 특히 라이젠 7 5800X는 상대적으로 가격에 민감한 메인스트림급 모델이기에, 라이젠 9 5900X보다 실질적인 가격 인상분에 대한 일부 소비자들의 심리적 거부감이 상대적으로 크리라 예상된다.

장기적으로 보았을 때 라이젠 7 5800X의 높아진 성능이 가격 인상분을 충분히 만회할 수 있을 것인가?

그 판단에 따라 라이젠 7 5800X를 보는 소비자들의 평가는 달라질 것이다.

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보드나라/케이벤치

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