하이퍼 스레딩이란 무엇인가요?

지난 몇 년간 CPU 동향을 주시해 온 분이라면, 다소 특이한 점을 눈치채셨을지도 모릅니다. 인텔이 소비자용 프로세서에서 하이퍼 스레딩(Hyper-Threading)을 대체로 배제하고 있다는 사실입니다. 하이퍼 스레딩이 수십 년 동안 인텔 CPU의 핵심 기능으로 자리 잡아 왔다는 점을 고려하면, 이는 다소 의아하게 느껴질 수 있습니다. 다행인 점은 하이퍼 스레딩이 완전히 사라진 것은 아니라는 사실입니다. 실제로 인텔은 이 기술을 포기함으로써 성능 향상의 기회를 놓쳤다고 판단한 후, 향후 프로세서에 이 기술을 다시 도입할 계획이라고 공식적으로 밝혔습니다.

인텔이 왜 입장을 바꿨는지 살펴보기 전에, 하이퍼 스레딩이 실제로 어떤 역할을 하는지, 그리고 왜 오랫동안 그토록 중요한 기능으로 여겨져 왔는지 이해해 두는 것이 좋습니다. 보다 심층적인 기술적 분석이 필요하시다면, 관련 가이드인 ‘하이퍼 스레딩 설명’을 참고하시기 바랍니다.

하이퍼 스레딩(Hyper-Threading)은 인텔이 구현한 동시 멀티스레딩(SMT) 기술로, 단일 CPU 코어가 두 개의 명령어 스레드를 동시에 처리할 수 있게 해줍니다. 프로세서 코어는 겉보기에는 끊임없이 바쁘게 작동하는 것처럼 보일 수 있지만, 실제로는 데이터나 다른 작업이 완료되기를 기다리는 동안 코어의 일부가 유휴 상태로 있는 경우가 많습니다. 하이퍼 스레딩은 첫 번째 스레드와 함께 두 번째 스레드를 동시에 실행할 수 있게 함으로써, 그렇지 않으면 활용되지 못했을 자원을 더 효율적으로 사용할 수 있도록 도와줍니다.

이것이 성능이 두 배로 향상된다는 것을 의미하지는 않는다는 점을 강조할 필요가 있습니다. 하이퍼 스레딩이 적용된 코어는 여전히 하나의 물리적 코어에 불과하기 때문입니다. 대신, 성능 향상 폭은 워크로드에 따라 일반적으로 약 10~30% 정도입니다. 콘텐츠 제작, 렌더링, 비디오 인코딩, 생산성 소프트웨어 등 많은 스레드를 활용할 수 있는 애플리케이션이 가장 큰 이점을 얻는 경향이 있습니다.

게임 성능의 경우 사정이 종종 다릅니다. 특히 최신 CPU들이 물리적 코어 수를 계속 늘려가고 있는 만큼, 많은 게임에서 하이퍼 스레딩을 적용해도 성능 향상 폭이 미미한 경우가 많습니다.

인텔은 하이퍼 스레딩을 사용하지 않는 편이 더 나은 결과를 얻을 수 있다고 판단했습니다. 이러한 움직임은 인텔이 하이브리드 프로세서 아키텍처를 도입하면서 시작되었습니다. 12세대 코어 프로세서를 시작으로, 인텔은 고성능 P-코어와 더 작고 효율적인 E-코어를 결합했습니다. 원래 E-코어는 하이퍼 스레딩을 지원하지 않았지만, P-코어는 여전히 이를 지원했습니다.

사용 가능한 물리적 코어 수가 늘어나면서, 인텔은 하이퍼 스레딩이 여전히 추가적인 복잡성을 감수할 만한 가치가 있는지 의문을 품기 시작했다. 이러한 고민은 ‘루나 레이크(Lunar Lake)’ 및 ‘애로우 레이크(Arrow Lake)’ 아키텍처에 도입된 인텔의 “라이온 코브(Lion Cove)” 성능 코어에서 정점을 이루었는데, 이 코어에서는 효율성을 극대화하고 설계를 단순화하며, 단일 스레드 성능 향상에 더 많은 자원을 할당하기 위해 하이퍼 스레딩을 완전히 제거했다.

하이퍼 스레딩에는 몇 가지 단점이 있다는 점을 유의할 필요가 있습니다. 이 기술은 추가적인 실리콘을 소모하며(일반적으로 약 5%로 알려져 있음), 시스템의 복잡성을 높이고, 전력 소비를 증가시킬 수 있습니다. 또한 지난 수년간 보안 연구원들은 공유된 하드웨어 자원을 악용할 수 있는 사이드 채널 취약점을 발견해 왔으며, 이로 인해 일부 기업과 기관에서는 보안이 중요한 환경에서 하이퍼 스레딩 기능을 비활성화하고 있습니다.

종합해 볼 때, 인텔은 더 큰 규모의 아키텍처 개선과 물리적 코어 수의 증대가 하이퍼 스레딩이 제공하는 이점을 상쇄할 수 있다고 판단했다.

문제는 인텔의 주장과는 달리, 그 장점이 결코 완전히 사라진 적이 없다는 점이다. 인텔의 최신 아키텍처가 효율성과 단일 스레드 성능 면에서 인상적인 향상을 가져왔을지 모르지만, 인텔은 이후 하이퍼 스레딩을 포기한 것이 지나친 결정이었을 수도 있음을 인정했다.

인텔의 립부 탄(Lip-Bu Tan) CEO는 SMT에서 벗어나면서 인텔이 경쟁에서 불리한 입장에 놓이게 되었으며, 이로 인해 발생한 성능 격차를 향후 제품에서 해소할 계획이라고 밝혔다.

그 이유는 간단합니다. 물리적 코어를 추가하는 것이 대개 최선의 해결책이긴 하지만, 항상 가장 실용적인 방법은 아닙니다. 하이퍼 스레딩은 특히 스레드 사용량이 많은 워크로드에서 기존 코어의 성능을 추가로 끌어내는 효과적인 방법으로 여전히 자리 잡고 있습니다. 이는 가상화, 데이터베이스, 클라우드 인프라, 엔지니어링 애플리케이션 및 다양한 AI 관련 워크로드가 모두 더 많은 스레드를 동시에 처리함으로써 이점을 얻을 수 있는 전문 및 서버 환경에서 특히 중요합니다.

이 글을 쓰는 시점에서 인텔은 향후 서버용 프로세서에 SMT를 다시 도입할 계획을 확인했다. 하이퍼스레딩이 일반 소비자용 데스크톱 및 게이밍용 CPU에도 다시 적용될지는 아직 불분명하지만, 인텔의 방향 전환을 보면 이 기술이 여전히 중요한 역할을 할 것으로 보인다.

최신 라이젠(Ryzen) 및 EPYC 프로세서는 AMD의 소비자용 및 기업용 CPU 라인 전반에 걸쳐 SMT를 계속 채택하고 있어, 대부분의 코어가 두 개의 스레드를 동시에 처리할 수 있습니다. AMD는 SMT를 포기할 계획이 있다는 어떠한 징후도 보이지 않았으며, 여전히 이를 프로세서 성능을 극대화하는 데 있어 중요한 요소로 간주하고 있습니다.

그 결과, 오늘날의 AMD와 인텔 CPU는 더 높은 성능을 달성하기 위해 약간 다른 접근 방식을 취해 왔습니다. 인텔은 여러 세대에 걸쳐 하이브리드 아키텍처, 개선된 코어 설계, 물리적 코어 증설에 주력한 반면, AMD는 높은 코어 수와 SMT를 계속 결합해 왔습니다.

잠시 동안 하이퍼 스레딩이 역사 속으로 사라질 것처럼 보였습니다. 인텔의 최신 소비자용 아키텍처에서는 이 기술이 제외되었고, 코어 수가 늘어나면서 예전만큼 중요하지 않은 것처럼 보였기 때문입니다. 하지만 이 기술의 종말을 예고한 보도는 성급했던 것 같습니다.

하이퍼 스레딩이 마법처럼 성능을 배가시켜 주는 기술은 아니지만, 여전히 많은 워크로드에서 CPU 활용도를 높이고 성능을 향상시키는 효과적인 방법입니다. 인텔이 하이퍼 스레딩을 다시 도입하기로 한 결정은, 프로세서 설계가 발전했음에도 불구하고 단일 코어가 여러 스레드를 처리할 수 있도록 하는 데 여전히 가치가 있음을 시사합니다.

소비자들에게 있어 가장 중요한 점은 간단합니다. 하이퍼 스레딩이 더 이상 모든 인텔 프로세서에서 보장되지는 않지만, 완전히 사라진 것도 아닙니다. 인텔이 향후 CPU 설계를 개선해 나감에 따라, 하이퍼 스레딩은 앞으로도 수년 동안 프로세서 시장의 한 축으로 자리 잡을 것으로 보입니다.