사용자 도구

사이트 도구


하드:크루소_프로세서

크루소 (Crusoe) 프로세서

크루소 프로세서 로고
크루소 TM5600

크루소 프로세서는 트랜스메타 사에서 제조했던 CPU의 종류를 지칭하는 명칭이다.

트랜스메타의 창업자인 데이브 디젤(Dave Ditzel)이 썬 마이크로시스템SPARC 프로세서를 만들던 당시, 러시아에서 합작 연구를 하던 MCST 연구소에서 러시아제 프로세서인 Elburs의 구조에서 잠재력을 확신하여 그 기술을 도입해 만든 프로세서이다. (정확히는 MCST 연구소에서 개발한 옐부르스 시리즈의 최신종인 E2K를 개량한 것이 크루소 프로세서이다)

크루소 프로세서들은 CISC나 RISC 등의 모든 기능을 하드웨어로 처리하도록 구성된 종래의 프로세서와 구조적인 차이를 가지고 있다. 베리 롱 인스트럭션 워드(VLIW (Very Long Instruction word)) 구조의 회로로 이루어진 코어로 이루어져 있는 것이 특징. 초기 크루소 프로세서는 VLIW 4개가 독립적인 파이프라인을 가지고 있으며, 각각의 파이프라인 4개가 독립적인 ALU를 가지는 구조를 가진다. 하나의 파이프가 32비트씩 명령어를 읽어오는 방식으로 구조를 표준화, 단순화 시키면서 CPU 회로 내의 비효율적인 면을 최소화, CPU 내부의 회로에서 비효율적인 전력소모를 하는 부분을 최소화 하는 것을 중심적 목표로 만들어진 CPU이다. (RISC 항목을 참조) 때문에 기타 CPU와 달리 프로그램 제작시에 고려해야 할 부분이 상당히 많은 것이 특징인데, 이 부분은 제조사인 트랜스메타 측에서 제공하는 컴파일러가 문제를 해결하도록 되어있다.

크루소 프로세서의 가장 큰 특징 중 하나는 명령어 변형 소프트웨어(Code Morphing Software, CMS)라고 알려져 있는, 일종의 가상 머신을 통한 CPU 명령어의 에뮬레이션 기능이 있다. 실행하려는 프로그램이 갖고 있는 기계어 명령어를, 실행할 크루소 프로세서가 지원하는 네이티브 명령어로 실시간 컴파일을 통해 변환해서 실행하는 방식을 취하고 있으며, 이를 통해서 단순화된 프로세서를 통해 다양한 프로세서의 명령어를 소화, 진행하는 것이 가능하다.

현재는 트랜스메타 자체가 실질적으로 기술 라이센스 부문만을 남기고 폐업상태이기 때문에 더이상의 신 제품은 나오지 않는다.

시대를 너무 잘못 타고나서 성능적으로 비교받다가 결국 실패해버린 제품이지만, 아톰프로세서 등이 팔리는 모양새를 보면 지금이라면 되려 각광 받을지도 모르는 프로세서였다. 말그대로 시대를 너무 앞서가서 기술적으로만 족적을 남긴 안타까운 제품군. 만약 크루소 프로세서가 지금처럼 완전 망하지 않고 어느정도의 쉐어만 유지할 수 있었어도 지속적인 개발을 통해 여타 CPU업체에 뒤지지 않는 물건으로 거듭날 수도 있었을지도 모르는데, 여러모로 아쉽다.

특징

명령어 변형 레이어

인코딩된 크루소 명령어

앞서 이야기 했듯 크루소 프로세서는 명령어 변형 레이어라는 에뮬레이션 공간을 두고 있으며, 이곳에서 명령어 변형을 통해 프로그램을 실행한다. 판매중이었던 크루소 프로세서는 판매를 위해서 x86 프로세서의 명령어를 사용하고 있는데, x86프로세서의 명령어는 수가 지나치게 많고 지저분하기로 유명하다. (현재 인텔조차 이 지저분한 명령어 때문에 아톰 등의 단순화된 RISC 프로세서에서 전력소모를 크게 못잡고 있다) 때문에 명령어를 전부 에뮬레이션으로 처리하는 크루소와 x86 명령어의 조합은 거의 최악에 가까운 것이어서, 크루소 프로세서를 장착한 소형 노트북 제품군을 처음 낸 후지쯔는 ‘제품의 특성을 감안해도 너무나 느리다’라는 항의를 끊임없이 들어야만 했다.

그러나 이러한 단점에도 불구하고 크루소의 명령어 변환 기능은 충분한 강점을 가지고 있다. 명령어 변환 기능은 x86프로세서에 한정되지 않는다는 것에 진정한 가치가 있기 때문이다. 예를 들어서 명령어 변환 소프트웨어의 명령어 셋트만 바꾸면 크루소 프로세서에서는 x86 뿐만이 아니라 Power프로세서알파칩, MIPS, ARM 등 다양한 프로세서를 전부 지원할 수 있다는 데 있다.

또한 명령어 변형 시스템에 의해서 시스템 아키텍쳐를 변형해도 호환성 문제가 생기지 않도록 하는 강점을 가지고 있다. 제 2세대 크루소 칩인 에피시온은, 제 1세대 칩의 128 비트 너비의 VLIW 코어 대신 256 비트 너비의 VLIW 코어를 갖고 있는데, 기본적으로 이러한 아키텍쳐 변화가 생기면 호환성 문제가 발생하게 되기 마련이지만, 크루소는 그러한 문제를 가지지 않는다. 이는 크루소 프로세서가 코드 모핑 레이어를 이용하고 있기 때문에 얻어지는 강점이다.

Advanced VLIW

크루소의 명령어 형태

크루소 프로세서는 x86명령어를 실행하지만 프로세서 내부 구조는 VLIW기반으로 이루어져있다. 바이너리 형태로 x86명령어를 읽어 명령어 변형 소프트웨어를 통해서 실시간으로 x86명령어를 크루소 프로세서에서 실행할 수 있는 형태로 변형, 프로세서의 VLIW 구조 내에서 연산을 처리하는 방식으로 구성되어있다. 이를 위해 트랜스메타는 VLIW 아키텍처를 개량한 Advanced VLIW 아키텍처를 채용하였다. 이 기술은 대부분 러시아의 옐브루스스 프로세서 시절에 완성된 것으로 거기에 x86프로세서의 명령을 디코딩 하기 위해서 약간의 변형이 가해진 형태이다.

이 아키텍쳐는 단순 VLIW와는 약간 다른 형태로 구성되어 효율과 속도 향상을 꾀하고 있는데, 종래의 VLIW 아키텍처에서는 동시에 실행할 수 없는 부분에 NOP(no operation)명령을 삽입하여 1개의 Fetch packet을 구성한다. 이는 명령어 길이가 전부 다른 x86프로세서의 명령어를 디코딩하는 과정에서 일률적인 길이가 나오지 못하는 것을 체크하기 위한 것으로, Advanced VLIW 아키텍처에서는 A~H의 8개의 명령을 하나의 Fetch packet에 모으고, 실행단계에서 그것을 여러 개의 실행 패킷에 나누어 좌측 실행 패킷부터 순서대로 실행하는 것이 가능하다. 그리고 실행 패킷이 Fetch packet에 다 들어가지 않는 경우에는 NOP명령을 삽입해야만 한다.

Fetch packet 구성을 보면 하나의 명령에 32비트를 할당하고, 그 중의 LSB에는 Dispatch할 때에 명령을 어디서 구분지을 것인가에 대한 정보가 들어간다.이 정보는 Fetch packet 내에서 우측에 인접하여 배치되는 명령과 병렬로 실행할 것인지 아닌지를 나타낸다. 이 비트가 0 이면, 그 명령이 경계가 되어 우측에 인접한 명령은 다음 실행 패킷에 속하게 된다.

롱런 (LongRun)

크루소의 특징, 원칩구조, 저전력, 고효율이라는 이슈는 크루소가 남긴 중요한 산물이다

크루소 프로세서의 가장 큰 특징 중 하나는 구조적 특성 때문에 프로세서의 부하가 전체 회로의 사용량과 비슷하다는 특징을 가진다. 때문에 프로세서의 사용량에 따라서 동작 클럭을 동적으로 변화시켜 전기소모를 줄이도록 하는 기능을 가지고 있다.

이러한 기능은 이전 세대에서도 유사한 형태로 일부 지원되고 있었으나 크루소 프로세서에서는 매우 세밀하고 정확하게 그 운용 형태가 확정되어 절전량이 늘어나면서 빛을 보게 되었다.

이 기술을 도입한 시기가 데스크탑 프로세서들이 절전기능을 거의 고려하지 않던 시기였기 때문에 여러모로 시대를 앞서간 판단과 기술이었다고 할 수 있다.

크루소가 남긴 것

이러한 시대를 앞서간 기술은 현재 트랜스메타가 사실상 망해서 사라진 지금도 여러 업체에서 살아남아 그 빛을 발하고 있다. 가장 큰 영향을 끼친 것은 역시 전력을 절약하기 위한 각종 방식과, VLIW를 이용한 프로세서의 구성 방식 등이다. 이 중 크루소에서 선보인 VLIW를 이용한 연산 분산에 관한 부분은 이후 거의 모든 프로세서에서 응용되어 사용되고 있다. 또한 크루소가 가져온 ‘데스크탑급 프로세서에서의 전원 절약 필요성’을 일깨워 현재 데스크탑을 빠른 속도로 잠식중인 노트북 프로세서의 개발 경쟁에 불을 지른 점이 매우 크다 할 수 있다.

예를 들어 전력 관리와 관련된 기술들은 수많은 노트북 업체와 프로세서에서 아직도 라이센스를 해서 사용하고 있을 정도이다. 소니, NEC 등의 업체가 노트북 분야에서 사이즈와 배터리 사용시간 관련으로 많은 앞선 걸음을 걸을 수 있었던 것이 이와 관련이 있다.

크루소 프로세서가 나오던 당시의 프로세서 시장은 인텔AMD가 클럭경쟁을 한창 하던 시기였다. 당시 인텔의 펜티엄3와 AMD의 애슬론이 클럭경쟁을 하며 누가 1GHz를 먼저 넘느냐고 한창 싸우던 시기였기 때문에, 성능의 향상은 곧 전력 소모로 이어지는 결과로 이어져 당시 소형 노트북 시장에서 크루소를 채용하는 업체가 등장했던 것이다.

인텔은 크루소 제품의 출시에 자사가 거의 점거하고 있던 노트북 시장에 위협적인 경쟁자가 난타난 것에 위기감을 느끼고 모바일 펜티엄3스피드 스텝 기술 등을 도입하게 된다. 이러한 절전과 구조 단순화의 방향성은 현재 인텔의 아톰 프로세서와 AMD의 지오드 프로세서로 그 명맥이 이어져 나간다고 할 수 있다.

CPU의 클럭 주파수를 변화시켜 소비 전력을 줄이는 인텔의 EIST 기술은 LongRun의 아이디어와 동일한 것이며, 트랜스메타는 이와 관련해서 2006년 특허권 침해로 인텔을 고소했고, 이듬해 인텔측에서 합의금을 주고 합의하게 되었다. 1)

제품 라인

1세대 크루소

1세대 특성과 2세대 이피시온에서 변한점

2000년 발매된 첫 크루소 제품라인. TM5400/5600 제품이 선보였으며, CPU내에 노스브릿지 기능을 통합해서 노트북 등에서 사용하기 좋도록 칩을 최소화 하고 있다. 그러나 기능적으로 당시 그래픽 칩을 연결하기 위한 AGP를 지원하지 않는 등 좀 떨어지는 면이 있다.

노트북이나 셋탑박스, 오피스용 저가형 PC 등에 채용되는 것을 목표로 제작되었으나, 당시 인텔과 AMD등이 노트북에 적합한 CPU를 주력제품 라인에 포함하지 않던 시기였기 때문에 소니, NEC, 후지쯔, 도시바, 카시오 등 특히 소형 노트북 시장이 활성화 되어있던 일본의 제조사들이 해당 칩에 많은 관심을 가지고 제품을 채용했다.

그러나 의욕적인 출발과 달리 동시기의 타사 CPU에 60~70%에 불과한 떨어지는 성능, 노트북 자체의 소형화로 인한 높은 가격 책정, 폐쇄적 하드웨어 제조사들의 한계로 CPU의 명령어 변환 소프트웨어(코드 모핑) 버전이 3.x대를 넘어서는 동안 업그레이드를 해주지 않는 등 문제점만에 부딪혀 낮은 점유율만을 남겼다.

2세대 크루소

2002년에 선보인 2세대 크루소는 명령어 변환 소프트웨어 4.2 버전을 올리고 클럭을 1GHz 이상으로 향상시킨 제품으로 선보이게 되었다. 이 때 선보인 TM5800 제품은 노트북 이외에도 태블릿PC의 채용도 기대되었다.

그러나 2003 년 인텔이 크루소 제품군에 대응하는 저전력 CPU 펜티엄M 라인을 선보이면서 점유하고 있던 시장을 지키는데 성공하고, 자사 생산라인을 가지지 않은 트랜스메타가 수율이 낮은 IBM 대신 TSMC를 선택해 생산을 시작하지만, 거듭해서 생산이 지연되는 등 여러 난관에 부딪혀 그나마 크루소 제품을 채용해주던 노트북 업체들도 채용 모델이 급감하게 된다.

이피시온 (Efficeon)

이피시온 TM8600

2004년 , 차세대 프로세서 ‘Astro’라는 코드명으로 불리며 제조된 ‘TM8000 Efficeon (이피시온)‘이 발매되었다. 제조시 TM8000 시리즈의 생산은 기본적으로 TSMC 에서 해왔으나, TM8800에 한해서는 제조 공정을 90nm로 전환하면서 후지쯔의 공장에서 생산이 되었다.

VLIW에서 실행 명령 수를 늘리고 내부 설계를 일신, 동일 클럭의 타사 프로세서의 80~90%까지 성능을 개선했고, 내장 노스브릿지에서 AGP를 지원하며, AMD에서 선보인 하이퍼 트랜스포트를 도입하면서 HT-Link 기능을 지원하는 등 블레이드 서버 등의 시장에도 채용될 수 있는 가능성을 제시하며 방향성을 개혁해냈다.

그러나 이 시기에 이미 노트북 제품군은 대부분 인텔의 펜티엄M 계열로 시장이 점령당해버린 상태여서 이피시온을 채택한 장비는 상당히 적었다. 일반 사용이 적었기 때문에 당연히 시장에서 크게 반응을 얻지 못했고, 마찬가지로 다른 분야에서도 지지부진한 상태가 계속되게 되었다.

너무나 낮은 시장 점유율로 시장 가망성이 없다고 생각되어진 이피시온이었으나, Spring Processor Forum 2006에서 열린 트랜스메타의 LongRun2 기술에 발표에서 ‘LongRun2를 탑재한 이피시온’이 만들어 되는 것이 알려졌으나, 결국 시장에는 선보이지 못하고 말았다.

상당히 높은 성능과 낮은 전력소모로 인해서 냉각팬이 돌지 않는 무소음 PC나, 마이크로 소프트의 FlexGO 컴퓨터에 탑재되거나, 삼성의 윈도우 XP가 탑재된 휴대 전화 단말기 SPH-P9000 등에 채택되기도 했다.

전체 계보도

크루소 제품 계보도
발매일 제품명 클럭 / 캐쉬 메모리 지원 버스 전력 생산/공정
2000.03 Crusoe TM3200 366/400 MHz
64+32KB/없음
SD 66/100/133 PCI 2W IBM
180nm
2000.03 Crusoe TM5400 500/533/600/677 MHz
64+64KB/256KB
SD 66/100/133
DDR 200/266/333
PCI 7.3W IBM
180nm
2000.08 Crusoe TM5600 500/533/600/677 MHz
64+64KB/512KB
SD 66/100/133
DDR 200/266/333
PCI 7.3W IBM
180nm
2001.06 Crusoe TM5800 700~800 MHz
64+64KB/512KB
SD 100/133
DDR 200/266
PCI 5.5~7.5W TSMC
130nm
2001.06 Crusoe TM5500 600~733 MHz
64+64KB/256KB
SD 100/133
DDR 200/266
PCI 6W TSMC
130nm
2003.01 Crusoe TM5900 800~1000 MHz
64+64KB/512KB
SD 100/133
DDR 200/266
PCI 6.5~9.5W TSMC
130nm
2003.01 Crusoe TM5700 667~733 MHz
64+64KB/256KB
SD 100/133
DDR 200/266
PCI 5.1W TSMC
130nm
2003.10 Efficeon TM8600 900~1100 MHz
128+64KB/1MB
DDR 266/333 AGP 4x
HT 800MHz
5~14W TSMC
130nm
2003.10 Efficeon TM8300 900~1100 MHz
128+64KB/512KB
DDR 266/333 AGP 4x
HT 800MHz
5~14W TSMC
130nm
2004.06 Efficeon TM8620 900~1100 MHz
128+64KB/1MB
DDR 266/333 AGP 4x
HT 800MHz
5~14W TSMC
130nm
2004.09 Efficeon TM8800 900~1600 MHz
128+64KB/1MB
DDR 266/333 AGP 4x
HT 800MHz
5~14W 후지쯔
90nm
1) 2007년 10월 24일에 트랜스메타는 특허 침해 건에 대해 인텔이 1억 5000만 달러와 앞으로 5년에 걸쳐 해마다 2000만 달러를 지불하는 것으로 합의했다

 

덧글

하드/크루소_프로세서.txt · 마지막으로 수정됨: 2011/11/30 10:33 저자 에리얼