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[ACROFAN] [강좌] 고성능 네트워크 프로세서 제조사 '타일레라'

작성자
admin
작성일
2014-11-10 18:33
조회
991

컴퓨팅에 있어 성능은 언제나 ‘더 필요한’ 것이며, 프로세서들은 매년 성능이 향상된 신제품이 선보이지만 성능 수요는 언제나 이를 뛰어넘는다. 또한 성능 향상에 있어 언제나 발목을 잡는 것은 현실의 각종 물리적 한계들인데, 물리적인 크기나 전력 공급량 제한, 발열 등은 종종 상상력에 제동을 걸고 현실을 깨닫게 한다. 그리고 이를 극복하기 위해서는 주어진 현실 안에서 ‘효율’을 높이는 것이 강조된다.


이 ‘효율’을 높이기 위한 방법으로는 여러 가지 접근법이 시도되고 있다. 가장 대표적인 것이 공정과 아키텍처를 개선하고 동작 속도를 끌어올려 코어당 처리 성능을 높이는 것, 그리고 코어를 병렬 배치하고, 시스템을 병렬 배치해 분산 처리를 극대화하는 것 등이다. 물론 어느 쪽도 장점과 단점이 있고 한계가 있는 만큼, 이들 다양한 방법론은 시스템 상에서 구동되는 워크로드의 형태에 따라 사용이 결정된다.


그리고 이상적인 병렬 처리가 가능한 특정 워크로드에 가장 알맞는 구성은 다수의 코어를 배치하는 ‘매니 코어’ 형태다. 이미 GPU 혹은 코프로세서의 형태로 많이 활용되는 이 시장에서, 타일레라(Tilera)의 프로세서는 운영체제를 구동하는 메인 프로세서로 기능할 수 있는 ‘매니 코어’ 형태의 프로세서라는 데서 독특한 위치에 있다. 최대 72개의 코어를 탑재해 상용화된 타일레라의 프로세서들은 현재 멀티미디어 장비나 네트워크 장비 등 높은 병렬처리 효율이 요구되는 곳에 최적의 효율을 보인다.


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▲ 타일레라는 2004년 설립 이후 꾸준히 제품 지원을 늘려 가고 있다.


타일레라는 2004년에 설립된 팹리스 프로세서 업체로, 이 회사의 프로세서는 Anant Agarwal MIT 교수가 언급했던 메시(Mesh) 기반의 멀티코어 프로세서를 구현한 제품이다. 2007년 64코어를 탑재한 첫 세대 프로세서 등장 이후, 현재 세대에서는 9, 16, 36, 72코어의 제품이 선보이고 있고 이후 코어 수는 더욱 늘어날 계획이다. 메시 구조를 기반으로 각 코어와 구성 요소들을 고속 네트워킹으로 결합, 간단한 구조로 매니 코어 형태를 구성한 것이 특징이다.


프로세서의 특징 중 하나로는, 프로세서 자체로 시스템 구성이 가능한 매니 코어 프로세서라는 점인데, 이는 일반적으로 볼 수 있는 매니 코어 구성의 ‘액셀레이터’가 운영을 위한 별도의 프로세서가 필요한 데 비해 시스템 디자인을 간소화하는 효과가 있다. 각 프로세서 코어는 자체적인 아키텍처를 가지고 있으며, 현재 코어 별 64비트 지원과 1.2GHz 동작 속도, 3개의 실행 파이프라인 구성을 가지고, 32KB의 명령어 캐시와 데이터 캐시, 256KB L2, 그리고 최대 18MB의 공유형 L3 캐시를 가진다.


이들 코어는 프로세서 내부에서 저지연 고속 네트워크인 iMesh로 연결되어 있다. 코어간 인터커넥트는 5개 라인의 저지연 매시 네트워크로 구성되어, 최대 대역폭은 9코어 프로세서에서는 10Tbps, 그리고 72코어에서는 110Tbps 이상을 기대할 수 있을 정도다. 또한 ECC 지원 DDR3 메모리 컨트롤러가 모델에 따라 최대 4개까지 탑재되며, 네트워킹 인터페이스와 mPIPE 패킷 엔진, 압축과 암호화를 위한 가속기 등을 프로세서에 내장해 네트워킹 관련 애플리케이션에서 높은 기능과 성능을 기대할 수 있다.


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▲ 타일레라 TILE-Gx8072 프로세서 구성 (자료 출처 : tilera.com)


타일레라의 현재 세대 프로세서 Tile-GX 는 1.2GHz 코어를 최대 72개까지 하나의 패키징으로 묶으며, 이 때 72코어 구성 프로세서 Gx8072의 코어마크 기준 연산 성능은 단순히 수치로만 보면 2소켓급 x86 서버에서 얻을 수 있는 수준에 근접할 정도다. 물론 코어당 성능은 기껏해야 ARM Cortex-A9보다 좀 낮은 수준이지만, 최대 72코어의 병렬 처리가 높은 전체 성능을 기대할 수 있게 한다.


또한 낮은 동작 속도와 함께 높은 에너지 효율을 보여 주어, 1U급 폼팩터에서도 무난한 운영이 가능하다는 점도 특징이다. 각 프로세서 코어당 400mW 이하, 전체 프로세서 소비 전력도 36코어 구성에서 채 30W가 되지 않을 정도다. 운영은 현재 SMP 리눅스 커널과 GCC 등 GNU 툴셋에서 타일레라의 프로세서를 지원하고 있으며, x86에서의 포팅 작업도 비교적 수월한 것으로 알려져 있다.


현재 타일레라의 프로세서는 프로세서 이외에도 자체적인 레퍼런스 제품을 통해 공급되고 있으며, 1U 랙마운트 형태의 서버나, 기존 x86 서버에 탑재할 수 있는 애플리케이션 어댑터 형태, 전용 보드와 메모리 컨트롤러를 적용한 캐싱 솔루션 등으로 구성된다. 이 외에도 미크로텍의 CCR 시리즈 라우터는 타일레라의 프로세서를 이용한 첫 대량 양산 사례이기도 하며, 대만 및 중국의 하드웨어 개발 업체들에서도 타일레라의 프로세서를 탑재한 제품을 출시하기 위해 준비 중이다.


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▲ 미크로틱의 CCR 시리즈는 타일레라 TILE-Gx 기반 첫 양산 상용화 제품이다.


타일레라의 매니 코어 프로세서가 가장 효과적으로 사용될 수 있는 부분은 네트워크 장비 부분이다. 타일레라의 TILE-Gx 프로세서는 다양한 용도에 대응하기 위해 프로세서 이외에도 다양한 DSP 서브시스템을 갖추고 있으며, 특히 프로세서 차원에서 높은 성능의 네트워크 인터페이스와 패킷 처리 엔진, 암호화 엔진 등을 갖추고 있다. 이에 최상위 Gx8072 시리즈는 80~100Gbps 패킷 처리와 40Gbps SSL 처리 등이 가능하다.


타일레라 TILE-Gx 프로세서의 네트워크 지원은 인터페이스와 mPIPE 패킷 엔진으로 구성되며, 프로세서 코어 수로 나뉘는 제품 등급에 따라 성능이 다르다. 인터페이스 측면에서는 모델에 따라서 10Gbps XAUI는 2~8개, 1Gbps 인터페이스는 12~32개를 지원한다. 또한 이들 인터페이스와 연결되는 mPIPE는 15Mpps~150Mpps 성능을 제공하며, Gx8072에서 최대 처리량은 100Gbps 급에 달하고, 암호화 등을 지원하는 MiCA 엔진은 모델에 따라 10~40Gbps 급을 처리할 수 있다.


이런 제품 특징 덕분에 타일레라의 프로세서는 네트워크 장비, 특히 보안 장비 측면에서 많은 레퍼런스를 보우하고 있으며, 무선 장비에도 타일레라의 프로세서 사용을 검토하는 경우가 늘고 있다. 그리고 이 네트워크 장비 부분에서 미크로틱의 최상위 라우터 제품인 CCR 제품은 타일레라의 프로세서를 사용한 첫 양산 제품화 사례로 꼽히며, 초고성능 다기능 라우터 시장에서 높은 경쟁력을 보이고 있다.


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▲ 타일레라의 프로세서는 네트워크 이외에도 다양하게 활용을 기대할 수 있다.


이 외에도 타일레라의 프로세서가 강점을 보일 수 있는 부분으로는 멀티미디어 측면이 있으며, 특히 고도의 병렬화가 이루어진 비디오 컨퍼런싱, 실시간 방송 송출, NVR 등에서의 인코딩 작업에서 강점을 보인다. 이는 다수의 코어를 통한 병렬 처리 이외에도 H.264를 지원하는 자체적인 코덱의 지원, 그리고 코어 수준에서 멀티미디어와 SIMD 프로세싱을 위한 확장 명령어 체계를 갖추고 있기 때문이다. 또한 다양한 외부 인터페이스를 통한 외부 FPGA나 ASIC 등을 조합해 사용할 수도 있을 것이다.


또한 타일레라의 프로세서에서 가능성을 찾을 수 있는 부분으로는 저전력 고성능의 매니코어 아키텍처를 활용한 서버로의 활용이 꼽힌다. 64비트 구조를 지원하고 프로세서 당 최대 72코어를 가지며, SMP 리눅스 커널과 GNU 툴체인 레벨에서의 개발 환경 지원이 이루어지고 있는 만큼 서버로도 훌륭한 역량을 기대할 수 있다. 특히 아키텍처에 구애받지 않는 클라우드 서버나 웹 애플리케이션 서버, 캐싱 서버 등에서 높은 성능과 에너지 효율은 큰 기대를 받고 있다.


클라우드와 빅데이터 처리도 타일레라 프로세서의 매니 코어 기반 고성능을 활용할 수 있는 방안으로 꼽힌다. 또한 여러 개의 프로세서를 연결, 초고속 암호 처리 등의 병렬 컴퓨팅, 클라우드 기반의 HPC에서도 높은 성능과 효율을 동시에 얻을 수 있는 활용 방안으로 기대되고 있다. 이 외에도 매니 코어 구성 프로세서와 내장한 인터페이스 등을 기존의 시스템에서 가속기 형태로 활용하는 이종 컴퓨팅 구성에서도 충분히 활용할 수 있을 것으로 기대된다.