펜티엄

펜티엄(Pentium)

인텔(Intel)

펜티엄(Pentium)은 세계에서 가장 큰 반도체 제조사 인텔(Intel)에서 만든 개인 컴퓨터용 마이크로프로세서의 상표명이다.

개요

펜티엄은 인텔에서 만든 개인용 컴퓨터용 마이크로프로세서의 상표명이다. '다섯'을 뜻하는 라틴어 'Penta'와 '인텔'을 뜻하는 'i' 그리고, 이름 뒤에 붙는 '~um'을 합성하여 '인텔이 다섯 번째로 만든 반도체'를 의미한다. 펜티엄은 인텔이 만든 개인 컴퓨터용 마이크로프로세서의 이름으로 계속 사용되고 있다. 1993년 3월 22일에 첫 출시된 펜티엄 프로세서는 처음에는 x86 라인을 따라 80586 또는 i586이라고 불릴 예정이었다. 그러나 AMD 사와의 상표권 분쟁 과정에서 숫자(80386, 80486 등)를 상표로 사용할 수 없다는 판결을 받고 펜티엄이라는 이름으로 출시되었다. 그러나 i586이라는 이름은 초기 펜티엄 칩들이나 펜티엄과 유사한 기능의 다른 회사 칩들을 가리키기 위해 아직도 종종 사용된다.

역사

상표명

1993년, 펜티엄은 인텔이 본격적으로 브랜드와 마케팅에 눈을 뜨게 되면서 붙은 이름이다. 이전까지만 해도 칩의 이름을 8088, 80286, 80386 등으로 다소 어렵게 가져간 바 있다. 프로세서라는 것이 개인이 선택하거나 구입하기는 어렵고 PC 제조사들에게 주로 납품되던 시장이었기 때문이다. PC를 구입하는 이들에게는 386SX, 486DX 같은 이름이 더 익숙했다. PC의 세대가 바뀌는 것도 286, 386, 486 같은 숫자로 구분했다. 다음 프로세서는 586이라고 부를 차례였다. 하지만 인텔이 주도하던 x86 프로세서 시장에 호환 칩들의 역할과 비중이 높아지기 시작했다. PC가 많이 팔리면서 IBM이 AMD와 사이릭스 같은 회사들을 통해 인텔의 칩을 대신 만들게 했던 게 직접적인 기술 이전이 되어버렸다. 이들 회사는 직접 설계 기술을 익히며 인텔과 거의 똑같은 성능의 칩을 만들어내기 시작했다. 특히, 486에 접어들며 인텔은 이름에 예민해지기 시작했다. 하지만, 80486 같은 이름은 상표로 등록되지 않았다. 인텔 입장에서는 '인텔'이 중요할 텐데 사람들은 486을 찾는다. 인텔의 i486 이름은 고유하게 지켜지지 못했다. 이름은 인텔도, AMD도, 사이릭스도 생소하다 보니 인텔은 486DX2 시대에 접어들면서 아예 486을 빼고 'Intel DX4' 식으로 표기하기도 했다. 결국 인텔은 586 대신 5라는 숫자를 이용한 이름 '펜티엄'을 달고 5세대 프로세서를 출시했다. 또한, 이 아키텍처를 80586이 아니라 P5라고 불렀다. 인텔은 직접 펜티엄 PC를 알리기에 나섰고, '인텔 인사이드'라는 로고를 PC에 붙임으로써 프로세서가 PC 판매를 이끌고 가는 수익 모델을 만들었다. 이때부터 펜티엄이라는 이름은 프리미엄 브랜드가 되어버렸다. PC의 보급과 함께 프로세서 시장이 커지자 AMD도 비슷한 판단을 내린다. AMD의 차세대 칩은 'K5'라고 이름을 붙였다. 사이릭스 6x86 같은 이름을 붙이기도 했지만, 펜티엄은 성능과 브랜드 면에서 확고한 자리를 잡는다. 이에 자극받아 AMD도 한 세대를 더 지난 뒤 '애슬론'이라는 이름을 붙이기 시작한다.

MMX로 명령어의 발전

1993년 초기 펜티엄 프로세서는 60MHz와 66MHz 두 가지 제품으로 나왔다. 요즘 스마트폰도 1500MHz씩 가뿐히 만들어내지만 당시에는 이 정도면 엄청 빠른 컴퓨터였다. 놀라운 것은 이전 세대인 486DX4가 100MHz의 속도를 내도 60MH의 펜티엄이 처리 속도는 더 빨랐다. 펜티엄의 등장은 그야말로 '충격'이었다. 작동 속도가 6MHz로 갈라지는 이유는 인텔이 486DX2부터 도입한 중앙처리장치 내부와 외부의 클럭 작동 속도를 배수로 조정하는 기술과 연결된다. 중앙처리장치는 빨라져도 메인보드와 그래픽카드 등 칩 외부 장치들의 속도는 똑같아야 한다. 중앙처리장치의 속도를 끌어올리되, 시스템과 동기화가 완벽하게 이뤄지기 위해서 중앙처리장치에 배수를 곱하는 것이다. 예를 들어 60MHz로 작동하는 펜티엄 프로세서에 배수를 조절하면 90MHz, 120MHz, 150MHz 등의 프로세서를 만들 수 있게 된다. 66MHz 제품은 100, 133, 166MHz의 프로세서로 발전해 갔다.

32비트 시대의 개막

1997년, 펜티엄 프로세서는 이후 계속 작동 속도를 끌어올리며 300MHz까지 빨라졌다. 하지만, 인텔은 그 사이 다시 세대 교체를 준비해 왔다. 윈도우95와 함께 PC의 구조가 32비트로 바뀌는 것을 준비했다. 1995년 발표한 '펜티엄 프로'이다. 온전한 32비트 연산과 또 다른 성능 개선을 이끌기 위한 칩이었다. 이는 인텔이 2개의 큼직한 연구개발센터를 경쟁적으로 운영했기 때문에 만들어질 수 있었다. 펜티엄 프로의 성능은 좋았지만 윈도우95와 그 안에서 돌아가는 애플리케이션들은 여전히 16비트로 작동했기 때문에 일반 PC에서는 오히려 성능이 떨어지거나 작동되지 않는 경우도 많았다. 서버나 워크스테이션 등에 특화된 윈도우 NT 4.0에서야 제 성능을 내기 시작했다, 당연히 일반에 인기는 없었다. 하지만 1990년대 후반 IT 붐이 일며 PC 시장은 급변기를 맞는다. 32비트는 아주 빠르게 대중화되었고, 인텔은 이 펜티엄 프로를 펜티엄의 후속작으로 준비하게 되는데 이것이 '펜티엄 II'이다. 이 프로세서는 그동안의 칩 형태가 아니라 게임팩같은 디자인을 했다. 이때부터 중앙처리장치의 2차 캐시 메모리를 메인보드에서 프로세서 안쪽으로 끌어오는 작업이 시작된다. 당시 실리콘 공정은 지금보다 거의 10배 가량 두꺼웠기 때문에 모든 것을 칩 하나에 통합하기는 어려웠다. 펜티엄 II는 큰 성공을 이룬다. 조립 PC 시장의 붐도 일어났다. 펜티엄 MMX부터 시작된 개발 코드명과 로드맵에 일반인들도 관심을 갖게 되면서, '카트마이', '코퍼마인' 등의 코드명이 이름을 대신하는 유행도 생겨났다. 작동 속도 외에 캐시 메모리 등으로 차별을 둔 저가형 프로세서 '셀러론'도 펜티엄 II와 함께 나온다. 인텔은 프로세서 이름으로 시장을 휘어잡았다. 이즈음 인텔은 메인보드 칩까지 함께 묶어 팔며 PC의 규격화도 이루었다. 사람들은 어느 제조사에서 만든 컴퓨터냐는 것보다 인텔의 어떤 프로세서와 메인보드가 들어간 PC냐는 것이 더 중요한 선택 기준이 되었다. 프로세서의 발전 속도는 더 빨라졌고, AMD가 엄청난 성능의 애슬론 프로세서를 내놓으면서 중앙처리장치 중심의 개인용 컴퓨터 시장은 활짝 꽃을 피운다. 인텔은 1999년 펜티엄 II의 성능을 개선한 펜티엄 III를 내놓는다. PC 시장의 표준을 정할 수 있는 권력을 갖고 있던 인텔은 펜티엄 III와 함께 램버스의 RD램을 표준으로 꺼내놓고 AMD의 추격에서 달아나려고 했는데, RD 램의 작동 속도가 제대로 동기화되지 않는 바람에 인텔은 망신을 당하고 소비자들에게 새 메인보드와 SD램을 나눠 주었던 일도 있었다. 그만큼 AMD의 추격은 무서웠다. 인텔과 AMD는 자고 일어나면 몇십 MHz 더 빨라진 펜티엄 III와 애슬론을 내놓았다. 2000년, 결국 AMD가 애슬론 프로세서로 1GHz 벽을 먼저 뚫게 되고, 펜티엄 III도 며칠 뒤 뒤따라 1GHz 제품을 내놓았지만 꺾인 자존심은 돌릴 수 없었다.

인텔의 암흑기

2000년대에 인텔은 펜티엄 4로 업그레이드 하게 된다. 펜티엄 III가 펜티엄 II와 크게 다르지 않은 P6 아키텍처에 기반하고 있는 것과 달리, 펜티엄 4는 '넷버스트'라는 새로운 아키텍처로 무장한다. 이 아키텍처는 클럭당 효율은 떨어지지만 작동 속도를 한도 끝도 없이 끌어올릴 수 있는 구조였다. 이제껏 펜티엄부터 펜티엄 III까지 시스템 버스 속도가 60MHz에서 200MHz까지 올라온 것과 달리 펜티엄 4는 400MHz부터 800MHz까지 끌어올릴 수 있다. 클럭을 4배로 끌어 올리는 쿼드펌핑 기술 덕분이었다. 파이프라인 길이도 늘렸다. 파이프라인이 길어지면 구조를 단순화할 수 있기 때문에 작동 속도를 끌어 올리기 유리하다. 초기 펜티엄 4는 20개 단계 수준이었지만 31개 단계까지 늘려 성능을 끌어 올린다. 초기 펜티엄 4는 1.4GHz에서 시작했지만 2GHz를 넘기는 것은 일도 아니었고 3GHz도 손쉽게 돌파했다. 오버클럭커들은 액화질소 등을 이용해 5~6GHz까지 끌어 올렸고, 인텔도 공정이 향상되면 10GHz도 도달할 수 있다고 자신감을 보였다. 하지만 AMD는 작동 속도는 작동 속도대로 끌어 올리고 클럭당 효율도 좋은 애슬론을 계속 만들어 왔다. 애슬론은 작동 속도는 낮아도 펜티엄 4보다 성능이 더 좋았다. 거의 3분의 2 정도의 클럭으로 비슷한 성능을 낸다는 뜻으로, '애슬론 XP 3200+' 같은 이름을 지어다. 이 프로세서는 2.2GHz로 작동했지만 펜티엄 4 3.2GHz 이상의 성능을 낸다는 의미였다. 쫓기던 인텔은 성능을 더 끌어 올릴 수 있도록 온갖 실리콘 기술을 더했다. 그 절정은 '프레스콧'으로 불리는 3세대 펜티엄 4이다. 작동 속도를 끌어 올릴 수 있도록 파이프라인 단계를 31단계까지 늘렸는데, 이 때문에 엄청난 전기를 끌어다 썼고, 열도 어마어마했다. 성능도 좋지 않았다. 너무 뜨거워서 이 프로세서는 '프레스핫(hot)'이라는 별명도 얻었다. 이때 인텔은 하나의 코어가 2개처럼 작동하는 하이퍼스레딩 기술도 공개했다. 이는 지금 코어 프로세서에도 들어가는 것으로 시스템 성능을 놀지 않고 끝까지 끌어다 쓸 수 있도록 했다. 하지만 AMD는 곧 진짜 2개 코어가 들어간 듀얼코어 프로세서 애슬론 X2를 발표한다. 인텔은 급히 펜티엄 4를 2개 붙인 '펜티엄 D'를 내놓았다. 펜티엄 듀얼코어를 줄인 셈인데 결과적으로는 실리콘 다이를 2개 붙여서 '본드 듀얼코어'라는 놀림만 샀다. 2개 코어 사이에 병렬 처리하는 과정에서 병목 현상이 생겼고, 여전히 발열이 심했기 때문이다. 듀얼코어라고 해서 성능이 2배로 늘어난 것도 아니었다.

펜티엄의 쓸쓸한 퇴장

2005년에 인텔은 급히 방향을 바꾼다. 펜티엄 III로 되돌아가는 결정을 내렸다. 코어 프로세서가 그것이다. 인텔은 그동안 데스크톱에는 펜티엄 4와 넷버스트 아키텍처를 써왔지만 노트북에는 여전히 펜티엄 III와 P6 아키텍처를 개선한 프로세서를 써왔다. 전기를 아껴 써야하기 때문이다. 인텔은 여기에서 깨닫는다. 전력소비, 발열에 대한 고민을 모바일로 푸는 것이다. 곧 인텔은 모바일용으로 '코어 듀오'라는 이름의 프로세서를 내놓았다. 그 사이 P6 기반 아키텍처는 꾸준히 성능이 개선됐고 새 반도체 공정으로 작동 속도도 높아졌다. 반응은 좋을 수 밖에 없다. 본격적으로 코어 2 듀오라는 이름으로 개선된 칩을 내놓고 데스크톱, 노트부 프로세서 브랜드를 통합한다. 인텔로서도 펜티엄에 대한 고민이 있었을 것이다. 펜티엄이라는 이름은 입에는 잘 붙었지만 더이상 영광스러운 이름이 아니었다. 펜티엄은 곧 높은 전력 소비, 뜨거운 프로세서라는 평가로 이어졌다. 10년 이상 써 온, 인텔의 가장 영광스러운 순간을 함께 한 펜티엄이라는 이름을 정리하기로 마음먹었다. 인텔이 브랜드를 더 단순화하기로 마음 먹으면서 코어 i3, i5, i7 등으로 이름을 짓는 동안, 펜티엄은 코어 프로세서의 하위모델로 자리 잡는다. 이름 뒤에 붙던 숫자들도 모두 뗐다. 코어 프로세서와 똑같은 설계를 하고 있지만 캐시 메모리에 제한을 두거나 작동 속도를 낮추는 등으로 하위 모델 역할을 한다. 요즘 저가 시장에서 인기 있는 펜티엄 G2020 같은 프로세서가 코어 i3 프로세서 바로 아래를 맡아 주는 듀얼코어 프로세서이다.

특징

이전에 사용하던 i486은 1 미크론(micron, 1mm의 1/1000) 간격으로 총 120만개의 트랜지스터를 집적했지만, 펜티엄은 이보다 미세한 0.8 마이크론 공정을 사용, 총 310만 개의 트랜지스터를 갖추고 있어 연산 능력이 크게 향상되었다. 클럭 역시 크게 향상했고 i486은 16MHz에서 133MHz로 작동했지만, 펜티엄은 60MHz에서 300MHz에 이르는 고성능을 발휘했다. 이와 함께 동일한 클럭에서 이전 중앙처리장치(CPU)보다 더 많은 명령어를 처리할 수 있는 '슈퍼스칼라(super- scalar)' 구조를 도입하여 처리 효율도 높였다. 그 외에 1996년 이후 출시된 펜티엄에는 멀티미디어 처리 성능을 높인 ‘MMX(MultiMedia eXtension)’ 명령어 기능이 추가되는 등 이전의 x86 중앙처리장치와는 차별화된 성능을 발휘했다. 더불어 1995년, 마이크로소프트‘윈도우 95’ 운영체제의 출시도 펜티엄의 보급에 큰 호재로 작용했다. 이전에 쓰던 도스(Dos) 운영체제는 문자 기반의 사용자 환경을 제공했기에 낮은 사양의 PC에서도 무리 없이 쓸 수 있었지만, 윈도우 95는 그래픽 기반의 환경을 채택하여 한층 높은 성능의 PC가 필요했다. 이렇게 중앙처리장치 자체의 고성능과 제조사인 인텔의 막강한 시장 지배력, 그리고 운영체제의 변화에 따른 시장의 요구에 힘입어 펜티엄은 엄청난 인기를 끌었다. 1994년에는 펜티엄이 부동소수점 계산 과정에서 오류를 일으킨다는 문제도 있었지만, 인텔의 빠른 리콜(recall) 대응 및 시장의 높은 수요 유지로 인해 펜티엄의 인기는 변함이 없이 계속되었다. 당시 ‘펜티엄 PC’는 ‘고성능 PC’의 대명사처럼 불릴 정도였다.

메모리 주소체계

메모리 주소체계는 컴퓨터의 기억장소인 메모리에 주소를 부여하고 그에 따라 접근하는 것을 의미한다. 연산자와 피연산자들을 메모리로 가져오기 위해서는 결국 메모리로의 접근 과정이 있어야 하며, 이를 메모리 어드레싱이라고 한다. 인텔의 펜티엄 구조에는 다양한 종류의 칩이 나왔고, 각각의 기술이 약간씩의 변화와 발전을 해왔다. 이 중에서도 펜티엄 II의 어드레싱 모드는 매우 비규칙적이고 명령어가 16비트 모드인지 32비트 모드인지에 따라서 다양하다. 펜티엄 II에서는 다양한 어드레싱 모드들을 모두 지원하고 있다. 하지만, 모든 모드들이 모든 명령어들을 지원하지 않고 모든 레지스터가 모든 모드들을 구성하는 데에 쓰이는 것이 아니어서 컴파일러를 설계하기가 매우 어렵고 코드를 최적화하기 힘들다는 단점이 있다. 펜티엄 II의 어드레싱 모드를 제어하기 위해서는 명령어 포맷에 모드 바이트라는 것이 제공된다. 바이트의 수가 고정적이지 않은 것은 펜티엄 계열의 명령어 포맷이 매우 복잡한 구조를 가지고 있기 때문이다. 피연산자 중의 하나는 모드와 R/M 필드의 조합으로 기술되며, 다른 것은 레지스터로 REG 필드의 값에 의해 주어지게 된다. 또한, 2비트의 모드와 3비트의 R/M비트들에 의해 기술되는 32가지의 펜티엄 Ⅱ 어드레싱 모드들이 존재한다. 모드들에는 스케일(Scale), 인덱스(Index), 베이스(Base) 등 SIB라는 특별한 추가적인 바이트들이 쓰인다. SIB 바이트는 크기 값과 두 개의 레지스터로 이루어져 있으며, SIB 바이트가 존재하는 경우에는 피연산자의 주소가 인덱스 레지스터에 1, 2, 4, 혹은 8 등의 곱한 값에 베이스 레지스터를 더해서 계산한다. 이러한 SIB 모드의 경우에는 배열의 원소들을 접근하는데 용이하다.

세그먼테이션

펜티움은 중앙처리장치의 논리 주소, 세그먼테이션 유니트의 선형주소, 페이징 유니트의 물리주소, 물리 메모리로 구성되어있다. 펜티움의 페이지의 크기는 4KB와 4MB이며, 10개의 상위 비트는 펜티움 구조에서 페이지 디렉터리라고 부르는 최상위 페이지 테이블 항목이다. 페이지 사이즈라는 플래그가 설정되면 4MB라는 의미를 가지며, 페이지 디렉터리가 직접적으로 4MB 페이지 프레임을 가리키기도 한다. 펜티엄 시스템 기반의 리눅스에서는 오직 여섯 개의 세그먼트를 사용하고 있다. 커널 코드 및 자료를 위한 세그먼트, 사용자 코드 및 자료를 위한 세그먼트, 작업 상태 세그먼트(TSS), 디폴트 지역 기술자 테이블(LDT) 세그먼트 등이다. 여기서 리눅스는 전역 디렉토리, 중간 디렉토리, 페이지 테이블, 변위 등 3레벨 페이징 계획을 사용한다. 하지만, 펜티엄 구조는 2레벨 페이징 계획만을 사용하며, 리눅스의 경우에는 중간 디렉토리를 0으로 설정하여 사용하지 않는다.

종류

펜티엄

펜티엄(Pentium)

펜티엄의 초기 제품은 인텔에서 부르는 P5 계열의 첫 번째 프로세서로 1993년 3월에 발표되었다. 386, 486 등으로 불리던 중앙처리장치 모델 명칭을 AMD가 사용할 수 있다는 법원의 판결에 의해 다섯 번째를 뜻하는 펜티엄으로 이름이 붙여졌다. 펜티엄의 첫 번째 버전은 80501이고, P5라고 불렸다. 5V의 중앙처리장치 전압과 60또는 66MHz의 버스 클럭으로 만들어졌다. 당해 연말 경 80502의 P54가 발표됐고 이것은 16KB의 L1 캐시를 내장했는데, 8KB씩 데이터 캐시와 명령어 캐시를 분리하였다. 1개의 32비트 주소 버스와 1개의 64비트 데이터 버스를 갖는 슈퍼스칼라 구조로 되어 있다. 1개의 부동소수점 연산기와 2개의 정수 연산기, 16KB의 명령 캐시와 데이터 캐시를 내장하고 있어서 2개 명령을 동시에 실행할 수가 있다. 320만 개의 트랜지스터로 구성되어 있으며, 한 마더보드에 2개 혹은 그 이상의 마이크로프로세서를 장착할 수 있어 멀티프로세싱이 가능하도록 설계되었다. 1993년 처음 발표한 것은 동작 주파수가 60/66MHz였으나 이후 90·100·133·166MHz 등으로 기능이 향상되었다. 초기제품은 소켓 5 규격이고 이후는 소켓 7 규격이 적용되었다.

• 펜티엄 MMX : 펜티엄 이후 가장 큰 변화는 P55라고 붙여진 MMX 중앙처리장치이다. 1997년 1월에 발표됐고, 중앙처리장치의 Vcore 전압은 2.8V로 낮아졌다. 때문에 2.8V용 레귤레이터를 내장한 메인보드만이 호환 가능했다. 당시 발표된 제품들로는 FSB 66MHz로 166, 180, 200, 233MHz까지 발표됐다.

• 틸라무크(Tillamook) : 노트북을 위한 중앙처리장치로, 펜티엄 MMX와 기본적으로는 동일 하면서 더 낮은 기술로 133에서 266Hz까지 만들어졌다. 따라서, 일반 데스크탑에서 볼 수 없는 150MHz MMX, 266MHz MMX등의 중앙처리장치가 판매됐다.

• 펜티엄 프로 : 여섯 번째 P6의 중앙처리장치로, 판매시장 점유율은 저조했다. 보드에서 지원하는 L2 캐시를 중앙처리장치 패키지에 포함하여 중앙처리장치와 동일한 클럭으로 처리성능을 높였으나, 상대적으로 가격이 고가였기 때문에 효율은 적었다. 95년 11월에 발표됐으며, 소켓 8이라는 독자적인 소켓을 사용하고 L2 캐시를 모델에 따라 256, 512, 1024, 2048KB까지 내장했으며, L1 캐시는 16KB를 내장했다.

펜티엄 II

펜티엄 II(Pentium II)

펜티엄 II는 1997년 5월에 발표됐으며, P6 계열에서 발전하였다. 그러나 펜티엄 프로가 노리는 메인 프레임, 워크스테이션급 시장이 아닌 개인용의 고급 컴퓨터 시장을 상대로 하였다. 이외에 저가형 시장을 겨냥한 셀러론 시리즈와 펜티엄 프로 같은 시장을 노린 제온(Xeon) 중앙처리장치 등으로 변화되었다.

• 클라매스(Klamath) : 펜티엄II 계열의 첫 번째 프로세서로, 233, 266, 300MHz 까지의 제품이 만들어졌으며, 버스 클럭은 66MHz이다. 중앙처리장치 클럭의 절반 속도로 동작하는 512KBDNL L2 캐시를 특별히 만들어진 PCB 보드에 중앙처리장치와 함께 내장하여, 전체적인 중앙처리장치 크기가 카메라 만큼 커졌다, 물론 이런 중앙처리장치를 꼽기 위해 기존 소켓방식이 아닌 슬롯방식으로 구조도 변경되었다. 처음 모델은 256KB의 L2 캐시를 내장했으며, 나중엔 용량이 두 배로 커졌다.

• 데슈트(Deshutes) : 펜티엄 II 계열의 발전된 형태로 Vcore도 2.0V로 낮아졌다. 266, 300, 333, 350, 400, 450MHz 등이 만들어졌으며, 98년 1월에 발표되었다. 350MHz 이상의 중앙처리장치에서는 버스 클럭을 100MHz로, 이하의 제품은 66MHz를 사용한다. 역시 L1 캐시로 32KB를, L2 캐시로는 512KB를 내장하였다.

• 통가(Tonga) : 데슈츠 기반의 모바일용 중앙처리장치이다. 98년 4월에 발표되었고, 66MHz의 버스 클럭으로 233MHz에서 300MHz까지 판매되었다. MMC1, MMC2라는 이름의 모바일용 카트리지 형태로 패키지되었다.

• 카트마이(Katmai) : Streaming SIMD Extentions(SSE)라는 MMX 기술의 발전된 명령어를 포함한 기능을 갖춘 데슈츠 다음의 중앙처리장치로 450~600MHz까지의 제품이 발표되었고, 512KB의 L2 캐시와 100MHz의 버스 클럭을 지원한다. 533, 600MHz 모델의 경우 코퍼마인과 같은 버스 클럭 133MHz의 제품도 99년 9월 경 발표한다.

• 셀러론(Celeron)

저가형 시장을 노린 제품이고, 펜티엄 II에서 L2 캐시를 제거한 제품이다. 나중엔 128KB 정도의 L2 캐시를 내장한 제품도 발표되었는데, 98년 4월경 첫번째 셀러론이 발표되었다. 처음엔 슬롯 1으로 발표되었지만, 나중엔 소켓370용의 제품도 발매되었다.

• 코빙턴(Covington) : 셀러론 시리즈의 첫 번째 제품으로 266, 300MHz의 제품이 발표되었으며, 66MHz의 버스 클럭과 32kb의 L1 캐시를 내장하고 L2 캐시는 제거되었다. 98년 4월에 발표되었고, Vcore는 2.0V이고, 슬롯 1을 지원하였다.

• 멘도시노(Mendocino) : 셀러론 시리즈의 두 번째 제품으로 L2 캐시를 128KB 내장한 제품이다. 300MHz ~ 333, 366, 400, 433, 466, 500, 533MHz 까지의 제품이 발표됐고, 98년 8월에 발표되었다. 300MHz 제품은 기존 코빙턴과 구분을 위해 300A라고 불렀다.

• 딕슨(Dixon) : 256KB의 L2 캐시를 내장하고 66MHz로 동작하는 셀러론 시리즈의 하나이다. 모바일용 펜티엄II로 알려져 있다.

펜티엄 III

펜티엄 III(Pentium III)

• 제온(Xeon) : L2 캐시가 중앙처리장치와 같은 속도로 동작하는 등의 기능을 갖추고, 펜티엄II/III 의 변형으로 펜티엄 프로 후속제품이다.

• 코퍼마인(Coppermine) : 펜티엄III로 L2 캐시를 256KB On Chip으로 내장하고 533MHz 제품부터 발표되었다. 133MHz의 버스클럭을 지원하고, 100MHz 제품도 판매된다. 2000년 3월, 1GHz의 제품을 발표했는데, 당시에는 상당히 어려움이 많았다고 한다.

• 코퍼마인(FC-PGA 370) : 소켓 370형으로 100MHz 버스클럭으로 만들어졌다. 셀러론과 같이 L2 캐시가 중앙처리장치와 함께 같은 Die에 내장되었다. 500MHz 제품부터 발표되었고 이후 빠른 발전을 하게 된다.

• 팀마(Timma) : SDRAM 컨트롤러와 그래픽 처리기능을 내장한 것으로 알려져 있다. 이것은 중앙처리장치라기 보다 칩셋에 가깝다.

• 태너(Tanner) : 펜티엄III 지온을 말한다. 초기의 지온은 펜티엄II 지온이다. 카트마이 기술로 500MHz의 제품부터 상용화되고, 100MHzDML 버스 클럭을 지원한다. CSRAM L2 캐시를 내장하였고 MMX와 SSE를 지원, L1 캐시는 32KB를 내장했다.

• 캐스케이드(Cascades) : 펜티엄III 제온 제품군 중 하나이다. L2 캐시를 On Chip으로 내장하고 600MHz의 제품부터 발표됐다.

펜티엄 4

펜티엄 4(Pentium 4)

펜티엄 4(2000년)는 최대 클럭이 3.8GHz에 달할 정도로 높았지만, 소비 전력 및 발열 면에서 아쉬움을 남겼다. 2000년, 인텔은 새로운 중앙처리장치인 '펜티엄 4'를 출시했다. 펜티엄 4는 초기 모델 기준으로 펜티엄 III와 동일한 0.18 미크론 공정으로 제조되었으나, 집적된 트랜지스터의 수는 4,200만개로 크게 늘어났다. 그리고 이전에 사용하던 P6 아키텍처와 완전히 다른 ‘넷버스트(Netburst)’ 아키텍처를 도입한 것이 가장 큰 특징이다. 이 시기의 중앙처리장치 업계는 클럭을 얼마나 높일 수 있는지에 대한 경쟁이 절정으로 치닫고 있었다. 서로 1MHz라도 빠른 중앙처리장치를 내놓기 위해 신제품 출시가 끊이지 않을 정도였다. 이 당시 인텔의 넷버스트 아키텍처 가장 큰 특징은 이론적으로는 거의 무한대까지 클럭을 높일 수 있는 구조를 갖추고 있다는 점이다. 덕분에 인텔은 매 분기마다 클럭이 갑절 가까이 높아진 펜티엄 4를 내놓을 수 있었는데, 2000년에 출시된 펜티엄 4 초기 모델이 400MHz 클럭이었던 반면, 2004년에는 클럭이 3.8GHz(3,800MHz)에 이르는 모델이 출시될 정도였다. 다만 급격한 클럭 향상에 따라 예상치 못한 문제가 발생했다. 클럭이 높아질 때마다 중앙처리장치가 소모하는 전력, 그리고 여기에서 발생하는 발열 정도 또한 급격하게 상승한 것이다. 특히 넷버스트 아키텍처의 중앙처리장치는 클럭 향상에 따른 체감적인 성능 향상의 정도에 비해 전력 소비 및 발열 상승의 정도가 더 컸다. 그리고 발열이 심해지면 이를 식히기 위해 고속 회전하는 냉각팬을 달아야 하는데, 그로 인한 회전 소음도 펜티엄4의 맹점으로 지적됐다. 때문에 펜티엄 4는 높은 클럭을 얻은 대신 전력 소모가 심하고 뜨거우며, 소음이심한 중앙처리장치라는 꼬리표를 달고 다녀야 했다.

• 아이테니엄(Itanium) : 메르세데스(Merced), 매킨리(McKinley), 매디슨(Madison), 데어필드(Deerfield), 혼도(Hondo), 팬우드(Fanwood), 매디슨 9M, 몬테시토(Montecito), 몽발(Montval) 등의 코드명을 가지는 제품으로, 2001년에 공식 발표된 인텔이 제공하는 64비트 중앙처리장치이다. 733~ 1.67GHz의 코어 클럭과 266MHz ~ 667 MHz의 버스 클럭을 지원한다. 제조공정과 FSB, L2 캐시의 용량, 클럭에 따라 코드명이 나뉜다.

펜티엄 D

펜티엄 D(Pentium D)

펜티엄 D는 넷버스트 마이크로 아키텍처를 장착한 듀얼 코어 64비트 x86 프로세서이다. 각 중앙처리장치는 두 개의 싱글 코어 다이로 이루어져 있다. 이 브랜드의 첫 프로세서의 코드 이름은 스미스필드(Smithfield)였으며, 2005년 5월 25일에 인텔에 의해 공개되었다. 9개월 뒤 설계상 큰 차이는 없었으나 프레슬러(Presler)가 그 뒤를 이었다.

• 스미스필드(Smithfield) : 최초의 듀얼 코어 펜티엄 D 들은 스미스필드였는데, 프레스캇의 듀얼 코어였다. 즉, 이 제품은 프레스캇 두 개를 붙여 놓은 것에 지나지 않는 제품이었다. 모델은 820, 830, 840 이었으며, 각각 클럭은 2.8GHz, 3.0GHz, 3.2GHz였다. 이들은 하이퍼스레딩은 제외되어 2개의 물리적 중앙처리장치만 가지고 있었다. 나중에 추가된 805 는 533MHz의 FSB 와 2.66GHz로 작동했다. 805 모델은 가격이 저렴하고 오버 클럭이 잘 돼서 시중에서 상당히 인기를 끈 제품이기도 했다. TDP 는 95 - 130W 에 달했다. 840의 경우 익스트림 에디션(eXtreme Edition, XE)이 존재했고, 이 경우에는 하이퍼스레딩이 추가되어 4개의 스레드를 지원했다. 펜티엄 D는 모두 LGA 775 소켓을 사용했다.

• 프레슬러(Presler) : 프레슬러(Presler)는 시더밀 코어 2개를 붙여 놓은 것이다. 공정은 물론 시더밀과 같이 65nm 이다. 모델은 915, 920, 925, 930, 935, 940, 945, 950, 960 가 있었고, 각각의 클럭은 2.8, 2.8, 3.0, 3,0, 3.2, 3.2, 3.4, 3.4, 3.6GHz 였다. 역시 익스트림 에디션이 있었고, 이 경우 FSB 1066MHz 로 작동했다. 2006년에 등장해서 2008년에 단종되었다. LGA 775 소켓을 사용했다.

펜티엄 M

펜티엄 M 은 펜티엄 III의 부활이라고 할 수 있다. 인텔은 전기 먹는 하마인 펜티엄 4를 모바일 용으로 사용하기엔 어려움이 많다는 사실을 알고 있었다. 따라서 전력 대비로 효율적인 펜티엄 III를 진화 시켜 펜티엄 M 이라는 새로운 모델을 출시하기로 한 것이다. 그러나 그냥 재활용은 아니었다. 인텔은 새로운 전력 절약 기술을 도입하여 상대적으로 성능은 올리고 전기는 덜 먹는 모바일 중앙처리장치로 탄생시켰다. 인텔은 노트북용 모바일 중앙처리장치를 출시하면서 아예 모바일 플랫폼으로 센트리노라는 플랫폼을 출시하기에 이른다. 센트리노 플랫폼은 출시와 더불어 노트북 시장을 장악하기에 이른다. 모바일 시장에서 인텔의 우위는 데스크탑 시장과는 달리 비교적 성공적이었다. 펜티엄 M 시리즈의 코어는 베니어스와 도선이 있다.

• 베니어스(Banias) : 베니어스 코어는 2003년에 등장하였다. 130nm 공정으로 등장했으며, 저전력 버전을 포함 900MHz - 1.7GHz로 동작했다. 7700만개의 트랜지스터를 집적했는데, 그 중 70% 이상이 L2 캐시인 캐시가 많은 구조였다. L2 캐시는 1MB에 달했다. FSB는 400MHz였다. 당시 1.6GHz의 펜티엄 M이 2.4GHz의 펜티엄 4와 같은 성능이라고 생각되었다.

• 도선(Dothan) : 2004년에 등장한 도선 코어는 90nm 공정으로 생산되었다. 무려 2MB의 L2 캐시를 장착하고 있엇다. 이로 인해 트랜지스터 수가 1억 4천 만개에 육박했다. 2세대 센트리노 플랫폼인 소노마 플랫폼과 같이 등장했다. 2.26GHz 모델까지 출시되었다.

코어 버전

펜티엄 G

인텔이 출시한 펜티엄 G시리즈는 코드명 '샌디브릿지'계열 프로세서 제품으로 와트당 성능과 효율이 크게 상승한 점이 큰 특징이다. 샌디브릿지는 2세대 코어 프로세스 출시 당시 쓰인 코드명으로서 32㎚ 미세공정과 새로운 설계구조를 적용했다. 중앙처리장치와 분리되어 있던 내장 그래픽 프로세서도 중앙처리장치에 내장되어 있다. 구조는 듀얼코어 방식으로 2세대 코어 i3 프로세서와 비슷하지만, 한 개의 코어로 두 개의 작업을 할 수 있는 '하이퍼스레딩' 가상 처리 기술이 제외되었다. 캐시 메모리는 기본 3MB가 제공되고 속도는 제품에 따라 2.6GHz에서 2.9GHz까지이다. 또한, 전력 소모는 최대 65W이다. 국내 시장에서 구할 수 있는 펜티엄 시리즈는 G620, G840, G850 등으로 제품 가격은 최저 6만 원 후반대에서 9만 원대 중후반 등 10만 원이 채 되지 않는 가격에 거래되고 있다. 정품은 인텔 공인대리점인 인텍앤컴퍼니, 코잇, 피씨디렉트를 통하여 유통된다. 펜티엄 G시리즈는 인텔 공인대리점 정품을 구입하면 3년 무상 보증 서비스 등 병행 수입 제품과 다른 국내 현지 서비스가 제공된다. 펜티엄 G시리즈는 가격대 성능이 뛰어나며, 10만 원이 채 되지 않는 가격으로 구형 플랫폼 보급형 프로세서의 왕자 자리를 차지하던 펜티엄 E5000 시리즈의 성능을 압도했다. 펜티엄 E5700과 동급인 펜티엄 G620의 성능은 10% 이상 빠른 것으로 알려져 있다. 펜티엄 G840과 G850의 인기도는 꾸준히 상승하고 있다. 비슷한 라인업인 펜티엄 E6600이나 펜티엄 G6950보다 성능은 뛰어나면서 가격 차가 거의 없기 때문이다.

메롬

메롬은 코어 2의 첫 번째 모바일 버전으로, 2006년 7월 27일 공식적으로 출시되었다. 메롬은 콘로와 비슷한 특징을 가지고 있지만, 노트북 배터리 수명을 향상시키기 위하여 저전력 소모를 강조한다. 인텔은 메롬이 요나 기반의 코어 듀오와 같은 배터리 수명으로 20% 더 좋은 성능을 낼 수 있다고 한다. 메롬은 64비트 확장인 EM64T를 지원하는 첫 모바일 프로세서이다. 800MT/s FSB와 새로운 소켓 P를 사용한 두 번째 출시가 2007년 4월에 행해졌다. 이들 칩들은 산타 로사라는 코드 네임을 가진 플랫폼이 되었다.

현황

2006년 차세대 아키텍처인 코어 아키텍처가 등장함에 따라 펜티엄 M과 펜티엄 D, 펜티엄 4는 점차 단종 수순을 밟게 된다. 이 코어 아키텍처는 펜티엄 M의 아키텍처를 진화시킨 것이기 때문에 결과적으로 P6의 후계자라고 할 수 있다. 그러나 초기 P6와는 엄청난 차이가 있다. 이에 펜티엄 시리즈는 1993년 출시된 이래 15만에 자취를 감출 상황이었지만, 중앙처리장치 브랜드인 펜티엄을 없애기는 인텔도 다소 아쉽다고 생각했는지 코어 시리즈 중에서 일부 중저가 모델을 펜티엄으로 명명하였다.

논란

펜티엄 FPU FDIV 버그

부동소수점 처리는 대규모 과학 계산에 많이 쓰이기에 이 부분의 성능은 특히 중요하다. 그래서 많은 엔지니어가 여러 기법을 동원해서 성능 향상을 꾀해 왔다. 그런데 이 과정에서 실수가 발생해 큰 사고가 난 적도 있다. 바로 유명한 펜티엄 프로세서의 FDIV(floating division) 버그이다. 과거에는 RISC 형태의 컴퓨터가 부동소수점 계산을 더 빠르게 계산했다. 그래서 펜티엄 설계자들은 이전 세대 486DX에 쓰인 부동소수점 처리기보다 더 빠른 장치를 만들고자 새로운 알고리즘을 도입했다. 그들은 전통적인 방식 대신 SRT라는 알고리즘을 도입했다. 이 알고리즘은 테이블을 이용해 빠르게 계산하는 것이 특징이다. 이 테이블은 총 2,048 크기의 행렬로 표현되었는데 실제 값이 들어있는 경우는 1,066개였다. 그런데, 인텔의 한 엔지니어가 이 테이블을 만들다가 실수로 5개의 항목을 빠뜨렸다. 이 부분이 테스트 과정에서 발견되지 못했고, 실제 칩으로 만들어져 그대로 팔리기 시작했다. 이 버그를 일상 생활에서 만날 확률은 지극히 낮아 그렇게 치명적이지는 않았다. 그러나 엄밀한 계산이 필요한 분야에서 이런 버그는 결코 무시할 수 없었다. 이 FDIV 버그는 1994년 한 교수에 의해 최초로 발견되었다. 이전 프로세스의 결과 값과 펜티엄 칩의 결과 값이 서로 다름을 확인한 것이다. 결국 인텔은 막대한 비용을 들여 펜티엄 칩을 회수해야만 했다. 문제는 펜티엄의 FPU(Floating-Point Unit, 부동소수점 처리 장치)에 있었다. FPU는 시간이 많이 드는 소수점 계산을 처리함으로써 소프트웨어 속력을 높여주는 장치이다. 인텔 사가 내놓았던 이전 마이크로프로세서와는 달리, 펜티엄은 FPU를 칩 내로 통합했다. 그 전에는 빠른 계산이 필요한 경우, 수치연산 보조 프로세서(math coprocessor)라는 칩을 별도로 구매해서 PC 내에 설치했다. 대다수 사용자들은 FPU가 필요하지 않았다. FPU 수치 연산을 활용하는 소프트웨어 패키지 역시 소수에 불과했다. 하지만 수치 연산이 중요한 사람들은 FPU를 별도로 구매하거나 FPU 기능이 있는 칩을 구매했다.

수학하는 사람들 성향이 그렇듯이, 그들은 칩이 내놓는 답에도 아주 까다로웠다. 이렇게 까다로운 사람들 중 한 명이 버지니아 주 린치버그 대학의 수학과 교수 토마스 나이스리였는데, 1994년 여름 자신의 펜티엄 PC로 대규모 소수 역수의 합을 계산하던 중, 나이스리 교수는 계산 결과가 예상한 정답과 크게 다르다는 사실을 발견했다. 486을 탑재한 예전 PC에서 계산한 결과, 오류가 생기는 원인은 펜티엄으로 좁혀졌다. 486이 내놓은 답은 정확했다. 펜티엄이 문제라는 확실한 증거를 수집한 나이스리 교수는 즉시 인텔에게 찾아낸 결과에 대해 오류를 문의했다. 하지만 인텔은 그의 요청을 묵살했다. 이에 나이스리 교수는 인터넷에 다른 사람들도 같은 오류를 경험했는지 물어보는 글을 올렸다. 나이스리 교수가 조용히 물러나지 않으리라는 사실을 깨달은 인텔은 교수를 '컨설턴트'로 고용 하겠다고 제안했고, 나이스리 교수는 더 이상 이 문제를 거론하지 않겠다는 비밀 유지 계약서에 서명했다. 하지만 나이스리 교수와 인텔 사로서는 놀랄 노릇이지만 비밀은 다 새나가고 말았다. 실제 펜티엄이 일으키는 오류는 아주 눈치채기 어려웠다. 펜티엄에는 수치 계산 속력을 높이려고 숫자를 저장해 둔 검색 테이블이 있었는데, 누군가 이 표를 만들면서 한자리에 0을 넣어 버렸다. 이후, 인텔을 상대로 집단 소송 여러 건이 걸렸다. 이 즈음에 회사는 드디어 홍보 마케팅 시스템에서 IPU(Idiot Processing Unit, 바보 처리 장치)를 빼내고 백기를 들었다. 요청하는 고객에게는 무조건 펜티엄 칩을 교환해 주겠다고 약속했고, 문제가 있는 칩은 모두 페기처분 하겠다고 공표했다. 이 모든 난리법석이 진정되기까지 인텔이 입은 손해는 대략 50억 불에 달했다.

참고자료

• 〈펜티엄〉, 《위키백과》
• 김영우, 〈(IT강의실)1990년대 PC 시장을 주름잡은 고성능 CPU - 펜티엄〉, 《아이티동아》, 2015-07-14
• 운당, 〈컴퓨터의 역사, 컴퓨터 발전, 펜티엄의 역사, 인텔과 cpu, intel, intel inside, pentium, 인텔...〉, 《네이버 블로그》, 2013-03-26
• 〈펜티움의 역사〉, 《윈컴퓨터학원》, 2007-05-31
• 고든, 〈고든의 펜티엄 이야기 5〉, 《네이버 블로그》, 2009-06-05
• 기계인간 John Grib,〈펜티엄 FPU FDIV 버그〉, 《깃허브》, 2020-06-18
• 〈′가격대 성능↑′ 신형 펜티엄 G 시리즈, 보급형 시장 점령하나〉, 《중앙일보》, 2011-06-27
• 시인의별, 〈메모리 주소체계〉, 《네이버 블로그》, 2005-10-26
• willy, 〈Willy's IT knowledge base〉, 《블로거》, 2014-01-13

같이 보기

• 인텔
• 반도체

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