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ARMCC

미니 64비트 명령어셋... 서로 다른 길을 간 x64와 AArch64

  • ARMCC
  • 조회 수 3073
  • 2020.11.08. 22:07

뇌피셜을 풀어보자면 그 이유가 별 거 없다고 봐요...

 

AMD가 64비트 명령어셋인 x86-64 를 만든 시기는 2000년도 전후입니다...

 

1. CPU는 여전히 단일다이를 싱글코어가 다 차지하던 시절입니다. 트랜지스터를 아껴써야 하는 상황이었습니다.

2. x86-32는 명령어셋 자체의 결함에도 불구하고 클럭과 IPC를 여전히 순조롭게 올리던 시즌이었습니다. 

3. x86 외에도 MMX, SSE, 3D-NOW, 등의 여러 SIMD계열 확장 명령어들이나 넷버스트같은 클럭을 극단적으로 올리는 방식 등이 활발하게 개발되던 시기 입니다. 즉 x86자체의 성능향상에 지장이 있더라도 어차피 높은 성능이 필요한 부분은 SIMD명령어들이 커버해 주리라고 기대했던 시기죠.

 

때문에...

1. x86-64의 64비트 명령어셋은 기존 32비트 명령어를 그대로 수행할 수 있으면서도 64비트 명령어들이 덧붙는 방식으로 설계 됩니다.

2. 명령어를 덧붙이는 식으로 구성하면서 디코더도 단일 디코더를 확장하는 방식으로 구현 됩니다. 그러니 디코더에 들어갈 트랜지스터가 절약되죠.

3. 결과적으로 x86-64는 기존 x86-32 이래로 유구히 전해져 내려온 쓰레기같은 명령어 구조를 개선하지는 않았습니다. 사실 더 꼬아논 것에 가깝죠.

 

 

그리고 시간은 10여년이 흘러 2010년초...  이번에는 ARM이 64비트 명령어셋으로의 도약을 시도 합니다.

 

ARM이 당면한 전제조건은 격변했습니다.

1. 트랜지스터는 말 그대로 남아 돕니다. 얼마나 남아도냐 하면 모바일에 막 4코어를 때려박고 그런 시대가 왔습니다.

2. 명령어셋이 개떡같아도 클럭/IPC가 쑥쑥 올라가더라는 신화는 10년전에 끝났습니다.  더이상 명령어셋을 개판으로 방치할 여유가 없어졌습니다. (ARM32, 즉 AArch32도 80년대 중반에 개발된 실험적이었던 시도가 많았던 명령어셋이고 x86만큼 쓰레기급은 아니지만 쓸데없는 레거시가 만만찮은 그런 명령어셋입니다. )

3. 2000년대동안 단일코어 IPC향상의 대안이라고 생각했던 방식들의 한계가 뚜렷해 집니다. 넷버스트 망했고 불도저도 망했습니다. SIMD계열 명령어들은 가장 성공한 방식이기는 하지만 기본명령어의 IPC향상과는 별도의 영역을 형성하게 됩니다. 

 

트랜지스터는 남아도는데 IPC향상에 대한 요구는 더욱 커지고 그에 따라 명령어셋 효율화는 절박해졌습니다. 

디코더의 명령어해석 기능을 32비트와 64비트를 아예 별도로 더 만들어 놓는 게 유리해지는 환경이 조성된거죠.

그리고 실제로도 그렇게 AArch32의 32비트 명령어셋과 AArch64의 32비트 명령어셋은 아예 별개의 세트가 되었습니다.

 

트랜지스터는 모자라는데 명령어셋 효율화는 애초에 손댈 수조차 없을 지경이었고 IPC향상에 몰빵하지 않아도 그냥 깡설계 내지는 SIMD와 같은 다른 방법으로도 성능향상이 가능하리라는 희망에 차있던 2000년 전후의 x86과는 처한 환경이 전혀 달랐던 겁니다.  

 

그게 x86의 쓰레기 명령어 구조 해결에 대한 책임을 x86-64에는 물을 수 없는 이유이기도 합니다. 

댓글
10
1등 바보중
2020.11.08. 22:21

x86의 64비트 지원이 amd의 제안대로 가는게 아니라 인텔의 제안대로 갔다면 지금쯤 어땠을까요?

대혼란기는 어느정도 있을거리라고 생각하지만 최소한 성능은 지금보단 훨씬 수월하게 높일수있지 않았을까 싶기도 한데 말이죠

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ARMCC
글쓴이
ARMCC 바보중 님께
2020.11.08. 22:30

인텔의 그 제안은 완벽한 폭망이라는 것이 무엇인지를 더할나위없이 완벽하게 보여주면서 망했습니다.

 

성능도 망했어요. SPEC2000에서 FP연산부문에서만 1위를 몇 년 유지하다가 코어아키텍처가 나오면서 그대로 쳐밀립니다. INT부문은 애초부터 P4와 해머에 털리고요...

다이면적은 3~4배로 컸던 게 그꼴이 나버렸습니다. 

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바보중 ARMCC 님께
2020.11.08. 22:35

허미;; ia32와 64를 분리하려고 했다길래 arm32 64와 비슷한 방향일줄 알았는데 성능이 처참하네요.....

 

그냥 amd64고 ia64고 본체인 x86 태생이 누더기라 지금의 사태가 일러난거라고 생각하면 될까요?

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RuBisCO
RuBisCO 바보중 님께
2020.11.08. 23:17

명령셋 자체보다도 VLIW란것이 태생부터 문제를 안고 있는 함정카드입니다.

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ARMCC
글쓴이
ARMCC RuBisCO 님께
2020.11.09. 00:10

IA64류의 VLIW의 경우에는 명령어셋과 마이크로아키텍처와 직결되어있기 때문에 분리하는 게 의미가 없습니다...

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2등 PrismBlack
2020.11.08. 22:52

64비트를 넘어서서 한번에 128비트를 처리하는 시대가 온다면 그땐 또 어떻게 바뀌어 있을까요ㅎㅎ

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RuBisCO
3등 RuBisCO
2020.11.08. 23:43

게이트 절감 부분은 사실 의외로 AMD64가 대두되던 시절에는 시급한 안건은 아니었습니다. IA64가 보여준 바 있습니다만 당시에도 게이트카운트와 다이면적 증가 자체에는 굉장히 관대한 편이었습니다. 까짓거 성능만 좋으면 장땡이니 다이는 얼마든지 커져도 좋다고 테자스 같은 시도까지 할 정도였죠. 다이가 너무 작아서 팹이 논다고 1개 사면 1개 더드릴게요! 하고 기획되었던게 스미스필드였습니다. 지금의 다이면적에 소금맛이 날 정도로 쪼잔하게 구는 인텔이랑은 달랐던 시절이죠.

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ARMCC
글쓴이
ARMCC RuBisCO 님께
2020.11.09. 00:14

그때도 요즈음과 비슷하게 리테일용 다이 사이즈를 200mm2 내외로 잡았는데 그렇다고 해서 아주 관대하지도 않았던 게  예를 들면 S램 캐시 다이의 경우 펜프로 K6-III 공히 단가문제를 일으키다가 결국 원다이 통합은 공정이 충분히 작아진 후에야 가능했으니까요.    스미스필드의 1+1은 130-->90nm 축소가 너무 잘 일어난 게 원인이었다시피 하고...  

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나르자
나르자
2020.11.08. 23:56

그냥 레거시 소프트웨어 시장이 너무나 방대해서 버릴수 없었던 x86의 비극인거죠

반면 arm쪽은 신 시장 초기라, 레거시가 x86만큼 소중한 환경도 아니었고

그 차이가 지금을 만든거죠 뭐..

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ARMCC
글쓴이
ARMCC 나르자 님께
2020.11.09. 00:53

레거시 호환성 확보 여부는 초첨을 벗어난 부분입니다.

 

AMD가 취했던 방식과 ARM이 취했던 방식 모두 32비트 호환성은 완벽하게 보장하거든요.  

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