CPU란 무엇인가?
CPU(중앙처리장치, Central Processing Unit)는 컴퓨터의 다른 하드웨어와 소프트웨어에서 전달되는 대부분의 명령을 해석하고 실행하는 역할을 맡는 핵심 부품입니다.
CPU를 사용하는 기기
CPU는 데스크톱과 노트북, 태블릿 컴퓨터는 물론 스마트폰, 심지어 평면 TV까지 다양한 기기에 탑재되어 사용됩니다.
데스크톱, 노트북, 서버용 CPU 시장은 인텔(Intel)과 AMD가 양대 산맥을 이루고 있으며, 스마트폰과 태블릿용으로는 애플(Apple), 엔비디아(NVIDIA), 퀄컴(Qualcomm)이 대표적인 제조사입니다.
CPU는 '프로세서', '컴퓨터 프로세서', '마이크로프로세서', '중앙 프로세서', 그리고 흔히 말하는 '컴퓨터의 두뇌' 등 여러 이름으로 불립니다.
한편 컴퓨터 모니터나 하드 드라이브를 CPU라고 부르는 경우가 있는데, 이는 완전히 잘못된 표현입니다. 이들 부품은 CPU와 전혀 다른 목적을 가진 별개의 하드웨어입니다.
CPU의 생김새와 위치
현대의 CPU는 대체로 작고 사각형 모양이며, 바닥면에 짧고 둥근 금속 접점이 많이 달려 있습니다. 일부 구형 CPU는 금속 접점 대신 핀(pin) 방식을 사용합니다.
CPU는 메인보드의 '소켓(socket)'(간혹 '슬롯(slot)')에 직접 장착됩니다. 핀이 아래를 향하도록 소켓에 끼운 뒤 작은 레버로 프로세서를 고정하는 방식입니다.
잠시만 작동해도 현대의 CPU는 상당히 뜨거워집니다. 이 열을 식히기 위해 CPU 위에 히트싱크와 쿨링 팬을 반드시 장착해야 하며, 보통 CPU 구매 시 함께 제공됩니다.
그 외에도 수랭(수냉식) 키트나 상변화 냉각 장치처럼 더 진보된 냉각 방식도 선택할 수 있습니다.
주의: 모든 CPU에 핀이 있는 것은 아니지만, 핀이 있는 제품은 핀이 쉽게 휘어질 수 있습니다. 특히 메인보드에 장착할 때는 각별히 조심해서 다뤄야 합니다.
CPU 클럭 속도
프로세서의 클럭 속도는 1초 동안 처리할 수 있는 명령의 수를 의미하며, 기가헤르츠(GHz) 단위로 측정합니다.
예를 들어 1초에 명령 하나를 처리하면 클럭 속도가 1Hz인 것이고, 실제 사례로 3.0GHz 클럭 속도의 CPU는 매초 30억 개의 명령을 처리할 수 있습니다.
CPU 코어
기기에 따라 싱글코어 프로세서를 쓰기도 하고, 듀얼코어 또는 쿼드코어 프로세서를 쓰기도 합니다. 두 개의 프로세싱 유닛이 나란히 작동하면 CPU가 매초 두 배의 명령을 동시에 처리할 수 있어 성능이 크게 향상됩니다.
일부 CPU는 하나의 물리적 코어당 두 개의 가상 코어를 만들어내는데, 이 기술을 '하이퍼스레딩(Hyper-Threading)'이라고 합니다. 가상화란 코어가 4개뿐인 CPU가 마치 8개인 것처럼 동작하게 하는 것으로, 추가된 가상 코어를 별도의 '스레드(thread)'라고 부릅니다. 다만 물리적 코어가 가상 코어보다 성능이 더 좋습니다.
CPU가 지원한다면 일부 응용 프로그램은 '멀티스레딩(multithreading)'을 활용할 수 있습니다. 스레드를 컴퓨터 프로세스의 한 조각으로 이해하면, 하나의 CPU 코어에서 여러 스레드를 사용한다는 것은 한 번에 더 많은 명령을 이해하고 처리할 수 있다는 뜻입니다. 여러 코어에서 이 기능을 활용하는 소프트웨어라면 동시에 처리할 수 있는 명령은 더욱 많아집니다.
예시: 인텔 코어 i3 vs i5 vs i7
CPU마다 속도 차이가 나는 이유를 좀 더 구체적으로 살펴보기 위해 인텔의 프로세서 라인업을 예로 들어보겠습니다.
이름에서 짐작할 수 있듯 인텔 코어 i7 칩이 i5보다, i5는 i3보다 성능이 좋습니다. 어떤 칩이 더 좋거나 나쁜지는 다소 복잡해 보이지만 사실 이해하기 어렵지 않습니다.
인텔 코어 i3 프로세서는 듀얼코어이고, i5와 i7 칩은 쿼드코어입니다.
'터보 부스트(Turbo Boost)'는 i5와 i7 칩에 탑재된 기능으로, 필요할 때 클럭 속도를 기본 속도 이상으로 끌어올릴 수 있게 해줍니다(예: 3.0GHz → 3.5GHz). 인텔 코어 i3에는 이 기능이 없습니다. 또한 모델명 끝에 'K'가 붙는 프로세서는 오버클러킹이 가능합니다. 즉, 추가 클럭 속도를 강제로 유지하며 항상 사용할 수 있습니다.
하이퍼스레딩은 CPU 코어 하나당 두 개의 스레드를 처리할 수 있게 해줍니다. 따라서 하이퍼스레딩을 지원하는 i3 프로세서는 듀얼코어이므로 동시에 4개의 스레드를 처리합니다. 인텔 코어 i5는 하이퍼스레딩을 지원하지 않지만 쿼드코어이기 때문에 역시 4개의 스레드를 동시에 처리할 수 있습니다. 반면 i7은 이 기술을 지원하므로 쿼드코어 기준으로 8개의 스레드를 동시에 처리할 수 있습니다.
스마트폰, 태블릿처럼 지속적인 전원 공급이 없는 배터리 기기는 전력 제약 때문에 i3, i5, i7과 무관하게 성능과 전력 소모 사이의 균형을 찾아야 한다는 점에서 데스크톱용 CPU와 다릅니다.
CPU에 대해 더 알아두기
클럭 속도나 코어 수만으로 어느 CPU가 '더 좋다'고 단정할 수는 없습니다. 무엇보다 컴퓨터에서 돌아갈 소프트웨어, 즉 CPU를 사용할 응용 프로그램의 종류에 따라 달라집니다.
예를 들어 한 CPU는 클럭 속도는 낮지만 쿼드코어이고, 다른 CPU는 클럭 속도는 높지만 듀얼코어일 수 있습니다. 어느 쪽이 더 우수한지는 결국 CPU의 용도에 따라 갈립니다.
여러 CPU 코어에서 최상의 성능을 내는 영상 편집 프로그램처럼 CPU 의존도가 높은 작업이라면, 높은 클럭 속도의 싱글코어 CPU보다 낮은 클럭 속도의 멀티코어 프로세서가 더 적합합니다. 반면 모든 소프트웨어와 게임이 한두 개 이상의 코어를 활용할 수 있는 것은 아니어서, 그 이상의 코어는 큰 의미가 없을 수도 있습니다.
CPU의 또 다른 중요한 구성 요소는 '캐시(cache)'입니다. CPU 캐시는 자주 쓰이는 데이터를 임시로 보관하는 공간입니다. CPU는 사용자가 계속 사용하는 데이터를 파악하고, 앞으로도 사용할 것으로 판단해 RAM 대신 캐시에 저장합니다. 캐시는 프로세서의 물리적 일부이기 때문에 RAM보다 빠르며, 캐시 용량이 클수록 더 많은 정보를 보관할 수 있습니다.
컴퓨터에 32비트 또는 64비트 운영체제를 설치할 수 있는지는 CPU가 처리할 수 있는 데이터 단위의 크기에 따라 결정됩니다. 64비트 프로세서는 32비트보다 한 번에 더 큰 덩어리의 메모리에 접근할 수 있기 때문에, 64비트 전용 운영체제와 응용 프로그램은 32비트 프로세서에서 실행할 수 없습니다.
대부분의 무료 시스템 정보 도구를 사용하면 컴퓨터의 CPU 세부 사항과 다른 하드웨어 정보를 손쉽게 확인할 수 있습니다.
상용 컴퓨터에 쓰이는 표준 프로세서 외에도, 양자역학의 원리를 활용한 양자 컴퓨터용 양자 프로세서가 현재 개발되고 있습니다.
각 메인보드는 특정 범위의 CPU만 지원하므로, 구매 전 반드시 메인보드 제조사의 호환성 정보를 확인하는 것이 좋습니다.