[IT강의실] CPU? GPU? APU? 비슷한 컴퓨터 용어 바로 알기

[IT동아 김영우 기자] 중고등학교 때부터 배우는 것이 바로 컴퓨터의 기본적인 구조다. 중앙처리장치, 주기억장치, 보조기억장치, 입출력 장치 등의 용어는 컴퓨터에 별로 관심이 없는 사람이라도 왠지 익숙할 것이다. 다만, 이 정도의 지식을 알고 있다고 해도 실제로 컴퓨터 구매에 나서다 보면 혼란스럽기 마련이다. 중앙처리장치를 CPU라고 하는 건 알겠는데, 클럭은 뭐고 쿼드코어는 무슨 의미인지, GPU나 APU는 이름이 비슷한데 무슨 차이가 있는지 아리송하기 마련이다.

필자 역시 이에 관련한 질문을 자주 받는다. 그래서 이번 시간에는 헷갈리는 컴퓨터 사양 관련 용어, 특히 ~PU로 끝나는 프로세서에 관한 개념을 정립해보는 시간을 가져보기로 하자. 이들 모두 프로세싱 유닛(Processing Unit), 즉 프로세서(processor, 처리기)라는 범주에 있다는 것은 동일하고, 연산 기능을 가지고 있다는 점에서도 같지만, 역할과 등장 배경이 조금씩 다르다. 참고로 이런 개념은 일반적으로 생각하는 컴퓨터인 'PC'외에도 스마트폰이나 태블릿, 비디오 게임기와 같은 다른 컴퓨터 관련 장치에서도 거의 동일하게 적용이 가능하다.

CPU(Central Processing Unit) – 범용 연산 능력을 중시하는 컴퓨터의 두뇌

CPU란 중앙처리장치라는 이름 그대로 컴퓨터의 중심에 위치하여 시스템 전반을 이끄는 장치다. 입력 받은 명령을 해석 / 연산 한 후, 이를 통해 결과 값을 출력 장치로 전달한다. 컴퓨터 시스템의 두뇌라고 할 수 있는 가장 중요한 부품이기 때문에 CPU의 성능에 따라 해당 컴퓨터 시스템 전반의 등급이나 가격이 결정되는 경우가 많다.

컴퓨터 CPU의 세부 사양을 살펴볼 때 유심히 볼 것은 클럭(동작속도)의 수치와 코어(핵심 회로)의 수, 그리고 캐시 메모리(임시 저장소)의 용량 등이다. 클럭 수치가 높으면 단일 작업을 빠르게 처리하는 데 유리하며, 코어의 수가 많으면 멀티태스킹(다중작업)을 하거나 멀티코어 연산에 최적화된 프로그램을 구동하는데 이점이 있다. 그리고 캐시 메모리가 넉넉하면 덩치가 큰 프로그램을 구동하거나 자주 하는 작업을 반복 처리할 때 작업 효율을 높일 수 있다.

< 8개의 코어를 갖춘 옥타코어 CPU인 'AMD FX' 프로세서의 내부 구조>

예전의 CPU는 높은 클럭을 추구하는 경향이 있었으나, 이는 소비전력이 올라가는 부작용이 있어 최근에는 클럭을 높이기 보다는 코어의 수를 늘려 성능을 높이는 것이 대세다. 2개의 코어를 가진 듀얼코어(Dual Core) CPU, 4개의 코어를 가진 쿼드코어(Quad Core) CPU는 이미 대중화되었으며, 일부 고급 제품에는 6개의 코어를 가진 헥사코어(Hexa Core), 8개의 코어를 가진 옥타코어(Octa Core) 형태도 도입되고 있다.

다만, 최근의 컴퓨터 역시 CPU의 중요성은 빼 놓을 수 없지만, 프로그래밍의 진화 및 콘텐츠 이용 패턴의 변화로 인해 예전의 컴퓨터만큼 CPU에 의존하지는 않고 있다. 이를테면 게임을 구동하거나 멀티미디어 작업을 할 때 예전에는 거의 CPU의 성능에만 의존했지만, 최근에는 GPU와 같은 외부 프로세서의 역할이 더 큰 경우도 많다. 대표적인 PC용 CPU로는 인텔의 '코어' 시리즈나 '펜티엄' 시리즈, AMD의 'FX' 시리즈나 'A시리즈' 등이 있으며, 모바일 기기용으로는 퀄컴의 '스냅드래곤' 시리즈, 삼성의 '엑시노스' 시리즈 등을 들 수 있다.

다만, 스냅드래곤이나 엑시노스와 같은 모바일 프로세서는 CPU 기능 외에 입출력용 제어기, 통신 장치 등도 하나의 칩으로 결합된 경우가 많기 때문에 SoC(System-on-a-Chip)로 분류하는 것이 더 일반적이다. 그리고 PC용 프로세서 역시 AMD의 A시리즈와 같이 CPU와 GPU의 원칩화를 중시하는 제품은 APU(Accelerated Processing Unit)로 따로 분류하기도 한다.

GPU (Graphics Processing Unit) – 그래픽 성능에 큰 영향을 미치는 특화 프로세서

컴퓨터, 특히 PC에서 그래픽 데이터를 모니터로 전달하는 부품을 그래픽카드라고 한다. 과거의 그래픽카드는 CPU에서 연산한 내용을 그대로 모니터에 전달하는 변환기의 일종에 불과했다. 하지만 각종 멀티미디어 콘텐츠, 특히 게임에 높은 연산능력을 중시하는 3D 그래픽이 본격적으로 도입되면서 그래픽 처리를 CPU에만 의존하는 형태는 한계를 보이기 시작했다.

이로 인해 1990년대 중반에 들어 고속 그래픽 처리에 특화된 전용 프로세서가 그래픽카드에 탑재되는 경향이 본격화된다. ATi(이후 AMD에 합병)나 S3, 3DFX, 엔비디아 등이 이러한 그래픽 특화 프로세서를 다수 출시하며 성능이 향상된 그래픽카드가 하나 둘 출시되기 시작했다. 다만, 이런 그래픽 프로세서가 'GPU(Graphics Processing Unit)'라는 이름으로 불리게 된 건 1999년에 엔비디아가 '지포스' 칩을 출시한 이후다. 이전에는 '그래픽 프로세서'나 ‘비디오 어댑터’ 등으로 불리곤 했으나, 엔비디아에서 주창한 ‘GPU’라는 용어가 워낙 강한 인상을 준 나머지, 이후에는 이것이 거의 일반명사화 되었다.

< 그래픽카드의 중심에 탑재된 GPU의 모습>

고성능 GPU를 탑재한 컴퓨터는 CPU의 성능이 좀 떨어지더라도 높은 3D 그래픽 처리능력을 갖추게 되기 때문에 게임 구동능력이 한층 향상된다. 그리고 최근에는 그래픽 처리뿐 아니라 이외의 범용 작업에도 GPU의 처리 능력을 보태는 이른바 'GPGPU(General Purpose computing on Graphics Processing Units)' 기술이 점차 주목 받고 있다. 동영상의 구동 및 변환, 그래픽 편집, 그리고 환경 변화 예측 프로그램 등에 GPGPU 기술이 적극적으로 도입 중이다. 대표적인 GPU로는 엔비디아의 '지포스' 시리즈, AMD의 '라데온' 시리즈가 대표적이다. CPU나 메인보드에 내장되는 그래픽 기능을 제외하면 2015년 3월 현재 시중에 팔리는 PC용 그래픽카드에는 거의 대부분 양사의 GPU가 탑재된다.

APU(Accelerated Processing Unit) - CPU와 GPU의 융합을 중시하는 통합 프로세서

복수의 부품을 하나로 만들면 제품의 구조를 단순화할 수 있을 뿐 아니라, 소비전력 절감 및 제품 단가 인하 등의 부수적인 이점도 기대할 수 있다. PC의 구성품 중에서 덩치도 큰 편이고 가격도 비싼데다 소비전력도 높은 부품인 그래픽카드를 제거하기 위한 노력도 그런 일환이었다. 초기에는 그래픽 처리 기능을 메인보드 칩셋에 내장, 그래픽카드 없이 화면출력을 하는 시도가 이루어졌다. 인텔에서 1999년에 첫 출시한 810 메인보드 칩셋 등이 대표적인 예인데, 비용 절감 효과는 있었지만, 성능 면에서는 그다지 좋은 평가를 받지 못했다.

그래서 2000년대 들어와 본격적으로 추진된 것이 바로 CPU와 GPU의 융합이었다. 두 프로세서 사이에 버스(데이터 전달 과정)를 공유하고 신호 교환 경로를 단축, 한층 높은 성능을 실현함과 동시에 GPGPU의 효율을 높이는 것이 목표였다. 특히 AMD는 2006년, GPU 업체인 ATi를 인수하고 CPU와 GPU의 통합을 목표로 하는 '퓨전(Fusion)' 계획을 발표했다. 그리고 이 통합 프로세서는 기존 CPU나 GPU와 구별되는 성능 가속 프로세서라는 의미인 'APU(Accelerated Processing Unit)'로 명명된다.

< APU는 CPU와 GPU를 하나로 융합한 프로세서라는 점을 강조하고 있다>

AMD APU의 첫 번째 제품인 1세대 E시리즈 및 A시리즈(코드명 브라조스, 라노)는 2011년에 출시되었다(코드명 브라조스, 라노). 다만, APU 계획을 본격적으로 주창한 것은 AMD였으나, CPU + GPU 형태를 가진 통합 프로세서의 실제 시장 투입 시기는 인텔이 좀 더 빨랐다. 인텔은 2010년에 1세대 코어 시리즈의 후반기 모델(코드명 클락데일, 애런데일)에 GPU 기능을 포함해 출시한 바 있다.

2015년 3월 현재, 시중에 팔리는 일반 PC용 프로세서의 대부분이 GPU를 내장하고 있다. 내장 GPU의 성능이 눈에 띄게 발전하고 있는데다 GPGPU 기술 역시 확대되고 있어 이런 경향은 앞으로도 가속화 될 것으로 보인다. 다만, 가격과 상관 없이 절대적인 게임 구동능력을 중시하는 매니아 대상 게이밍PC를 위한 별도 GPU 탑재형 그래픽카드 역시 아직은 시장에 공존하고 있다.

현재 판매중인 대표적인 CPU + GPU 통합 프로세서 제품은 HD그래픽스 GPU를 내장한 인텔의 코어 i3 / i5 / i7 시리즈, 그리고 라데온 GPU를 내장한 AMD의 A4 / A6 / A8 / A10 시리즈 등이다. 참고로 인텔은 자사의 CPU + GPU 통합 프로세서를 APU라고 부르지는 않지만, 위키피디아와 같은 용어 사전에서 이 역시 APU의 사례라고 서술하는 등, 넓은 의미에서 최근의 PC용 프로세서는 대부분 APU의 형태를 지향하고 있는 셈이다.

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글 / IT동아 김영우(pengo@itdonga.com)