[2부] 왜 인텔의 Xeon 은 AMD의 EPYC 보다 비쌀 수 밖에 없는가?

 예고했던 대로 서버 시장에서의 AMD와 INTEL의 격돌을 살펴보고자 한다. AMD는 2006년 애슬론으로 인텔의 두번 타는 비싼 보일러(펜티엄4 프레스캇)를 떡바르고 시장 점유율을 폭발적으로 확보하기 시작했다. 진정한 캐시카우라 할 수 있는 서버 시장도 눈에 띄게 잠식하며 INTEL에게 위기감을 선사했다. 2005년 5% 남짓하던 서버시장에서 2006년에 이르러 25% 넘게 잠식하였다.

 그러나 이 꿈은 너무나 짧았다. 당해년도 7월에 출시된 Core2Duo/Core2Quad가 AMD의 아성을 무너뜨리기 시작했기 때문이다. 여기서 잘 했으면 좋으련만, Bulldozer라는 희대의 아키텍쳐로 만든 CPU는 있던 시장마저 빼앗기고 AMD를 오늘 내일 살아남을 고민만 하도록 만들었다.

 2016년 6월에 살던 어떤 사람도 AMD가 서버시장에 돌아오지 못하리라 확신했을 것이다. 서버에 쓸 CPU도 없었고, 일단 일반 소비자 시장인 메인스트림에서도 힘을 못 쓰는 CPU가 어찌 다른 분야로 눈을 돌릴 수 있을 것인가. 그 가운데 조그마한 희망의 불씨랄까? HD7970의 달콤함을 맛보던 일부 AMD 팬들은 꿈을 꾸기 시작했다.

 우리는 지금 NVIDIA와 경쟁을 하는 AMD의 HD7970과 R9 290으로 인해, 가성비 좋은 그래픽 카드 시장을 맞이하고 있다. 그런데 AMD는 CPU 회사이기도 하다. 근래에 짐 켈러가 ZEN 설계를 주도한다는 소문이 있던데? INTEL을 떡실신 시켰던 애슬론도 그의 작품이었더라구! AMD가 지금 인텔의 7세대 만큼(i7 7700K)은 아니더라도 아이비브릿지(3rd)~하스웰(4th) 정도의 CPU만 내놓는다면 정말 좋을텐데. i7은 안 바라니, i5와 i7사이의 성능 CPU만이라노 내 놓았으면...

 꿈★은 이루어졌다. 2017년 돌아온 AMD는 i7과는 작업에서는 확실한 우세, 게이밍에서는 최대 15% 뒤지지만 많은 코어를 무기로 시장에 돌아왔다. 사람들은 열광했다. 성능은 기대보다 높은 하스웰~브로드웰 사이의 게이밍 성능이었다. 그렇다 하더라도 빅칩 시장인 서버 시장에는 AMD가 진입하기에는 어려울 것이라고 추측하기 쉽다. 그렇지만 AMD는 기존 8코어의 Zen Die (Zeppline)를 4개까지 MCM 시켜서 최대 32코어를 무기로 서버 시장에 출사표를 던졌다. 그 때는 인텔의 최고 라인업인 Xeon Platinum 8180이 28코어였다.

 이제부터 메인스트림 이상 라인업의 생산단가를 추정하려고 한다. INTEL의 i7/i9 HEDT(High End DeskTop) 라인업은 Xeon E5 Die 재활용 한 커팅칩으로 알려져 있다. 그렇기에 인텔의 Xeon Pletinum (과거 E7)라인업과 HEDT 라입업의 가격만 잘 살피면 된다는 것이다. 이를 위한 전제는 1부와 같다.

 칩셋 구분선 굵기는 0.37로 Edge Loss는 3mm로 가정하고 계산할 것이다. 또한 12인치 웨이퍼 생산 단가는 TSMC 2019 자료를 참고할 것이다. 2019년 기준으로 통제된 변인이 많기에 칩셋 가격은 정확하지 않을 것이다. 따라서 단위가 중요한 것이 아니라 Intel vs. AMD의 상대가격이 중요하다.

1. Intel / AMD Server CPU의 출시년 | Die Size | 수율을 교차검증으로 추정한다. 파운드리를 이용하기에 얻기 쉬운 AMD의 수율 정보와는 다르게, Intel의 생산수율은 철저한 기업 비밀로 공개되어 있지 않다. 그렇기 때문에 기존 자료에 근거한 보수적인 수율 추정으로 계산할 것이며, 이는 실제와 오차가 있을 수 있다. 따라서 계산 결과는 100% 맞는 FACT가 될 수 없으며, 생산 단가의 변화 추이를 살피기 위한 참고자료로서의 가치밖에 가질 수 없다.

2. Intel Server CPU 생산단가를 추정한다. 웨이퍼 주변부 Edge Loss 및 불량률에 의한 부분 활용으로 하위 라인업의 CPU 칩셋으로 재활용되는 경우는 제외한다. 칩셋 설계비와 개발비는 생략한다.

3. AMD Server CPU 생산단가 계산은 간단하다. 8코어 다이*(2 or 4)가 생산 단가다. 웨이퍼 주변부 Edge Loss 및 불량률에 의한 부분 활용으로 하위 라인업의 CPU 칩셋으로 재활용되는 경우는 제외한다. 또한 MCM 패키징 비용은 생략한다.

4. 2번과 3번을 비교하여 CPU 생산단가 변화 추이를 비교한다. Profit! 참 쉽죠??

 

1

		INTEL	Die (㎟)	Yield(Estimate; %)		AMD	Yield(%)
2017	LCC (10C)	i9 7900X,  Xeon W-2155	14.3 x 22.4  or 322	122㎟ - 90	2MCM (16C)	1950X, Epyc7351	80
	HCC (18C)	i9 7980XE, Xeon W-2195	21.6 x 22.4      or 484		4MCM (32C)	Epyc7601
	XCC (28C)	Xeon Platinum 8180	21.6 x 32.3      or 698
2018	LCC (10C)	i9 9900X,  Xeon W-2155	14.3 x 22.4  or 322	122㎟ - 91.5	2MCM (16C)	2950X	90
	HCC (18C)	i9 9980XE, Xeon W-2195	21.6 x 22.4      or 484		4MCM (32C)	2990WX
	XCC (28C)	Xeon Platinum 8180	21.6 x 32.3      or 698
2019	Cascade Lake-AP(56C) (XCC 2MCM)	Xeon Platinum 9200	(21.6 x 32.3      or 698) x 2	122㎟-95(19H2)	8MCM (64C)	ROME	70→85(TSMC 7nm 74㎟)+91.5(c)(GF 12nm 416㎟)

 

 

2번 계산은 1부 게시물의 값(Defect Density)을 활용할 것이다.

2

(1) 2017'LCC (10C)

(a) LCC 322㎟ = 14.3x * 22.4x = 320.32x^2 = 14.33745mm X 22.45866mm

(b) Defect Density = 0.0871; Good Die = 129

(c) 16nm 12인치 웨이퍼 단가 $5,912 → LCC 칩셋 단가 = $5,912/129 = $45.83 (상대가격)

 

(2) 2017'HCC (18C)

(a) HCC 484㎟ = 21.6x * 22.4x = 483.84x^2 = 21.60357mm X 22.40370mm

(b) Defect Density = 0.0871; Good Die = 72

(c) 16nm 12인치 웨이퍼 단가 $5,912 → HCC 칩셋 단가 = $5,912/72 = $82.11 (상대가격)

 

(3) 2017'XCC (28C)

(a) XCC 698㎟ = 21.6x * 32.3x = 697.68x^2 = 21.60480mm X 32.30718mm

(b) Defect Density = 0.0871; Good Die =40

(c) 16nm 12인치 웨이퍼 단가 $5,912 → XCC 칩셋 단가 = $5,912/40 = $147.8 (상대가격)

 

(4) 2018'LCC (10C)

(a) LCC 322㎟ = 14.33745mm X 22.45866mm, Defect Density = 0.07332;  Good Die = 135

(b) 16nm 12인치 웨이퍼 단가 $5,912 → LCC 칩셋 단가 = $5,912/135 = $43.79 (상대가격)

 

(5) 2018'HCC (18C)

(a) HCC 322㎟ = 21.60357mm X 22.40370mm, Defect Density = 0.07332;  Good Die = 77

(b) 16nm 12인치 웨이퍼 단가 $5,912 → HCC 칩셋 단가 = $5,912/77 = $76.78 (상대가격)

 

(6) 2018'XCC (28C)

(a) XCC 322㎟ = 21.60480mm X 32.30718mm, Defect Density = 0.07332;  Good Die = 44

(b) 16nm 12인치 웨이퍼 단가 $5,912 → XCC 칩셋 단가 = $5,912/44 = $134.36 (상대가격)

 

(7) 2019'XCC (28C) → Xeon Platinum 9200 (2XCC MCM)

12nm에서 122㎟ 생산 수율이 매우 안정화 되어서 95%에 이른다고 가정했을 때, Defect Density는 0.0422가 된다.

(a) XCC 322㎟ = 21.60480mm X 32.30718mm, Defect Density = 0.0422;  Good Die = 54

(b) 16nm 12인치 웨이퍼 단가 $5,912 → XCC 칩셋 단가 = $5,912/54 = $109.48 → $218.96 (상대가격)

 

3

EPYC ROME 64C Die

192㎟ 칩셋 수율이 91.5일 경우 Defect Density는 0.0466가 된다.

(a) ROME의 IO Die(server I/O Die; serI/O) 416㎟ = 202x * 102x = 20,604x^2 = 28.70267mm X 14.49343mm

(b) Defect Density = 0.0466; Good Die = 106

(c) 16nm 12인치 웨이퍼 단가 $5,912 → EPYC ROME IO 단가 = $5,912/106 = $55.77 (상대가격)

 

	2017	2018	2019(참고)
2MCM (16C)	$50.52	$44.96
4MCM (32C)	$101.04	$89.92
3950X (16C)			$50.18 → $43.72
ROME (64C)			$202.01 → $176.17

 

4

 생산 단가에서 INTEL의 빅칩 전략은 매우 불리하다. INTEL의 LCC에서 HCC로 넘어가는 구간에서 수율이 많이 떯어지는 것을 볼 수 있다. 같은 불량 factor일 때, 칩이 클수록 수율에 매우 불리하게 작용한다. 이를 (상대적) 생산 단가와 MRSP를 표로 정리했다.

	INTEL			AMD
	Product	(relative) Price	MRSP	Product	(relative) Price	MRSP
2017	i9 7900X	45.83	999	1950X	50.52	999
	i9 7980XE	82.11	1999
	Xeon Platinum 8180	147.8	10009	Epyc 7601	101.04	4200
2018	i9 9900X	43.79	999	2950X	44.96	899
	i9 9980XE	76.78	1999
	Xeon Platinum 8180	134.36	10009	2990WX	89.92	1799
2019	i9 9900X	(19H2) 39.41	999	3950X	50.18 → 43.72	749
	i9 9980XE	(19H2) 67.18	1999
	Xeon Platinum 8180	(19H2) 109.48	10009	4 Chiplet	128.89 → 115.97	3949(E)
	Xeon Platinum 9200	(19H2) 218.96	19999(E)	EPYC ROME 7742	202.01 → 176.17	6950

 

 인텔의 10C/18C/28C를 AMD의 16C/32C와 비교해 보도록 하자. 다음의 다각형 표는 중앙에 가까울수록 (상대적) 제조단가가 저렴한 것으로, 메인스트림CPU와는 다르게 AMD가 INTEL에 비해서 확실한 우위를 가졌다는 사실을 알 수 있다. 다만 ROME의 IO Die 단가가 $60에 달하기에 32C의 경우, 19H2에서 인텔의 수율이 95%에 달한다고 할 경우 생산 단가에서 일부분 불리하다고 볼 수 있다. 다만 현실적으로 698㎟나 되는 인텔의 Platinum 8180 수율이 (환산전 수율) 95% 그대로 나올리는 없다. MRSP에서 보듯이 생산단가는 확실히 훨씬 비싸다고 보는 것이 맞다. 즉, 수율은 계산된 값 보다 훨씬 떨어질 것이다.

 AMD의 2018년에 가장 저렴했던 (상대적) 제조단가가, 2019H에 급증했다가 이후 완만하게 줄어드는 것을 확인할 수 있다. 여기서 AMD의 32C (상대적) 제조단가가 거의 INTEL의 28C에 근접하는 것을 알 수 있다. 이는 INTEL의 14nm+++ 수율을 95%로 가정하여 계산한 값이라는 것을 염두해야 한다. 또한 AMD의 16C (상대적) 제조단가는 2019H2로 오면서 INTEL의 10C에 근접하는 것을 알 수 있다. 즉 INTEL이 왜 HEDT 라인업의 할인에 소극적이며, AMD가 할인에 적극적인지 추론할 수 있는 근거가 된다. 다만 32C 이상의 경우 ZEN+와 같은 비율상 큰 폭의 할인은 없을 것으로 보인다. (AMD는 3900X와 3950X는 2920X와 2950X보다 $150라는 16~23%에 달하는 할인을 단행하였다. 하지만 이 비율을 3970WX와 3990WX에 적용하기 어려워 보인다. 왜냐하면 해당 라인업의 경우 서버IO를 쓸 것으로 예상되는데, 일반IO가격보다 4배 정도 비싸다. 또한 칩렛의 가격은 ZEN+보다 비싸졌다. 다만 $150~250 할인은 할 지도 모른다) 다만 INTEL의 56C 보다는 AMD의 64C 가격이 확연히 저렴할 것으로 보인다. 아래의 코어당 MRSP 가격을 보면 확실해 진다.

 코어당 MRSP를 볼 때, INTEL은 가격을 낮추지 못하고 있다. 이는 무슨 말이냐면, 빅 코어에서 사실상 (위의 수율 예상과는 다르게) 수율이 개선되지 못하고 있다는 말이다. 반면에 AMD는 지속적으로 가격을 낮추고 있다는 사실을 알 수 있다. 또한 64C인 EPYC 7742는 코어당 가격이 INTEL의 28C Xeon 8180의 1/3에 달하여 가격 경쟁력이 매우 강력하다는 것을 알 수 있다.

 하지만 2019H2에 출시된 ZEN2 아키텍쳐 기반의 라이젠3000시리즈의 IPC는 Coffelake보다 5% 앞선다. 이제 서버 시장도 완전 경쟁에 들어가게 될 것이다. 같은 가격에 더 많은 코어와 더불어 비슷하거나 살짝 더 좋은 성능의 Epyc ROME을 고를 수 있게 된 MS/Google/Amazon은 아마 이전보다 적극적으로 Epyc을 서버에 도입할 것이다.

 현재 INTEL의 8180은 최대 4소켓, AMD의 7742는 최대 2소켓 장착 가능하다. (앞으로 출시된 Platinum 9200은 8180의 MCM이므로 최대 2소켓으로 예상된다) 그렇다면 둘 다 최대 소켓 장착에서 성능을 비교하면 공정한(?) 비교가 되지 않을까? 이런 의문을 TomsHardware에서 풀어주었다. 매우 간단한 비교였지만 쓸만한 것이 틀림없다. Geekbench는 실상황과는 딱 맞아떨어지지 않는 지표임에 틀림없다. 다만 같은 X86 CPU끼리 비교하기에는 매우 유용하다.

EPYC 7601(32C) vs Xeon Platinum 8180(28C)

 일단 작년의 서버용 CPU끼리 비교해 보자. 위의 결과를 보면 EPYC 7610은 싱글코어 위주의 계산에 8180보다 약한 모습을 보였으며, 멀티코어 위주의 계산에서는 강하다. 실제 서버 시장에서도 비슷한 평가를 받았다. 가상화에서는 멀티 성능이 앞섰기에 어느정도 많이 채용되는 모습을 보였었다. 즉, 데이터센터와 같은 쓰로우풋이 큰 환경에서는 약하고 클라우드와 같이 가상화가 많은 환경에서 유리하다는 것이 EPYC의 이미지였다.

 그랬는데...! EPYC ROME 7742에서는 싱글은 맞먹을 뿐더러, 원래 강했던 멀티코어에서 더욱 더 강력해 졌다. INTEL은 지금 첩첩산중이라고 할 수 밖에 없다. 공정을 10nm로 이전하여 서버용 CPU를 뽑자니 수율이 너무 달려서 안 되고 (데스크탑 CPU도 못 뽑고 있다), 지금 뽑는 14nm 8180m을 무작정 가격을 내리자니 이윤이 너무 많이 줄어드는 것이다. 하지만 INTEM 서버용 CPU의 가격 인하는 예견된 사실이다. 싱글성능이 4% 달리고, 풀 소켓에서 20% 달리는데 어쩌겠는가? MRSP를 낮추는 수 밖에... 이제 EPYC은 인텔과 동급의 성능에 더 좋은 멀티성능을 제공하는 훌륭한 CPU가 되었다. 코어당 단가도 유리하고, 성능도 좋다. 다만, 서버 환경에서 얼마나 안정적일 지는 지속적으로 확인되고 개선되어야 할 것이다.

 앞으로 INTEL의 행보는 어떻게 될 것인가? 2019년은 2006년에 이어 AMD와 INTEL의 동등한 선상에서의 대결이 재 성사된 역사적인 시기이다. 12년의 부진 끝에 일어선 AMD와 이에 맞서는 INTEL은 어떤 모습을 보여줄 것인지, 어떤 혁신적인 CPU를 내 놓을 것인지, 그 와중에 어떤 가성비의 CPU가 시장에 풀리게 될 지 기대하며 길고 길었던 2부작을 마친다.fin

 

※ 1차 수정) ZEN 아키텍쳐의 1800x/2700x Die Size를 213㎟ 192㎟로 재계산하였다.

※ 2차 수정) ROME의 IO Die Size는 ZEN2 미드레인지와는 다르다. 따라서 445㎟로 재계산하였다.

※ 3차 수정) ROME의 server IO Die의 크기(416㎟)이다.

 

[참고 링크 List] 더보기를 클릭하세요.

1. AMD 2006년 서버 시장 점유율

www.extremetech.com/computing/271669-facing-epyc-onslaught-intel-will-aggressively-compete-in-servers

2. INTEL MCM 48C

www.anandtech.com/show/11544/intel-skylake-ep-vs-amd-epyc-7000-cpu-battle-of-the-decade

pc.watch.impress.co.jp/docs/news/1177791.html

3. INTEL 스카이레이크-X

wccftech.com/intel-core-x-skylake-x-kaby-lake-x-cpu-review-roundup-x299-platform/

4. INTEL 스카이레이크-X 리프레시

 videocardz.com/78523/intel-to-announce-core-i9-9900xe-basin-falls-refresh-cpu

5. Die Size

www.anandtech.com/show/11550/the-intel-skylakex-review-core-i9-7900x-i7-7820x-and-i7-7800x-tested/6

6. ZEN2 IPC

www.anandtech.com/show/14605/the-and-ryzen-3700x-3900x-review-raising-the-bar/6 

7. ROME IO Die Size

www.reddit.com/r/Amd/comments/9uskmh/zen_2_die_size/ 

gigglehd.com/gg/hard/5529285

8. EPYC 7742 성능

www.tomshardware.com/news/dual-amd-epyc-7742-vs-quad-intel-xeon-platinum-8180m,40288.html