컴퓨터의 핵심, CPU와 GPU에 대하여
얼마 전 있었던 수능에서 국어 비문학 지문에서 3D 기술과 관련된 지문이 나왔는데, 그 안에 CPU와 GPU의 차이가 간략하게 나와있었습니다. CPU와 GPU는 조립식 컴퓨터를 사 본 사람들에게는 익숙한 이름인데요. 컴퓨터를 살 때뿐만 아니라, 최근 반도체 분야의 경쟁을 읽어낼 때 CPU, GPU를 아는 것은 중요합니다. 오늘은 CPU, GPU가 무엇이고 관련 업계의 흐름을 간단히 알아보겠습니다.
CPU는 Central Processing Unit의 약자로, 중앙처리장치를 의미합니다. CPU는 컴퓨터의 두뇌 역할을 수행하는데, 들어오는 데이터를 읽고 연산을 수행해 결과를 도출하는 기능을 수행합니다. CPU는 명령어가 입력된 순서대로, 직렬 처리 방식에 특화된 구조를 갖고 있습니다. 그렇기 때문에 일상적인 검색, 문서 작성 등을 더욱 빠르게 처리하는데 중점을 둔 부품이죠. 컴퓨터, 노트북, 스마트폰, 웨어러블 기기 등 무엇인가 입력을 받고 출력을 하는 기기에는 CPU가 탑재됩니다.
좋은 CPU는 당연히 빠른 CPU겠죠? CPU의 속도를 결정짓는 요인은 크게 3가지가 있습니다. 먼저, "클럭(Clock)"이라는 1초 당 전달되는 신호의 수를 나타내는 단위가 있습니다. 클럭은 CPU의 연산 속도가 얼마나 빠른지 나타내는 지표로, 클럭 속도가 높은 CPU가 성능이 좋습니다. 두 번째 요소는 "코어(Core)"입니다. 코어는 연산 처리를 담당하는 부품으로, 하나의 CPU에 여러 개의 코어를 탑재하면 연산을 분산해 수행하므로 연산이 더욱 빨라집니다. 듀얼코어, 쿼드코어 등 한창 광고에 많이 나왔던 단어가 기억나시죠? 세 번째 요소는 캐시 메모리입니다. 일반적으로 CPU의 연산 속도는 주변 부품보다 빠르기 때문에 주변 부품의 데이터 전송 속도가 CPU를 따라오지 못하는 경우가 많습니다. 이 경우를 대비해 CPU가 처리할 데이터를 미리 불러와 저장해두는 곳이 캐시 메모리입니다.
전통적으로 CPU의 강자는 인텔이었습니다. 인텔은 1971년 CPU를 최초로 개발했으며, 이후 CPU 사업을 메인으로 발전시키며 1위 자리를 굳건히 지켜왔습니다. 하지만 최근 2인자였던 AMD의 추격이 무서운데요. AMD의 CPU, 라이젠 시리즈가 최근 가성비 제품으로 떠오르며 인텔을 턱밑까지 추격했습니다. 조만간 AMD가 인텔을 넘어선다는 주장에 찬반이 나뉘며 많은 사람들이 양사의 경쟁을 지켜보고 있죠.
GPU는 Graphics Processing Unit의 약자로, 처음에는 복잡한 화면(그래픽)을 구현하기 위한 부품으로 세상에 등장했습니다. 흔히 게이밍 컴퓨터의 사양에 GPU 얘기가 빠지지 않는데, 그 이유는 게임의 그래픽을 잘 구현하기 위해서는 좋은 GPU가 필요하기 때문입니다. GPU는 병렬 연산 구조를 가지고 있어 복잡하고 다양한 명령을 한꺼번에 효율적으로 처리할 수 있습니다. 고해상도의 움직이는 화면을 구현하려면 1초에 12억 번 정도의 연산이 필요한데요. 여러 연산을 병렬적으로 수행하는 GPU가 이런 연산에 최적화되어있죠.
최근 GPU는 더욱 주목을 받고 있습니다. 그동안은 더 고사양의 게임을 하고, 더 해상도 높은 그래픽을 구현하는데 그 용도가 있었던 GPU였는데요. 이제는 딥러닝 분야에서 GPU를 빼놓을 수 없게 되었습니다. 딥러닝 연산에서는 엄청난 양의 데이터에 대해 연산이 필요한데, 이때 GPU를 이용하면 더욱 빠르게 계산을 끝낼 수 있습니다. 인공지능이 처음 등장했을 때 구글은 CPU 1000개(50억 원 규모)를 합쳐 인공지능 연산을 수행했는데, 엔비디아는 자사의 GPU 3개만 사용해도 같은 연산속도를 낼 수 있다고 주장했습니다. 실험 결과 이 주장은 사실로 드러났고 GPU는 인공지능 분야의 핵심 부품으로 자리 잡았습니다.
GPU 하면 엔비디아가 가장 먼저 떠오릅니다. GPU라는 단어를 처음 사용해 마케팅에 이용한 것도 엔비디아고, 아직까지 가장 유명한 GPU 그래픽카드는 엔비디아의 지포스 제품입니다. 엔비디아는 GPU 기술력을 바탕으로 CUDA라는 병렬 컴퓨팅 플랫폼을 만들어 인공지능 분야에 많은 도움을 주고 있습니다. GPU 시장에는 엔비디아 외에도 AMD 같은 경쟁자가 있으며, 최근 인텔도 다시 GPU 시장에 뛰어드는 모습입니다.