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[잡담] Zen이 차세대 콘솔의 판도를 뒤바꿀 수 있을까?

[게임미식가] 잼아저씨 | 조회 817 | 추천 8 | 2017.07.27. 23:12 http://drmola.com/bbs_free/218351

디지털 파운드리 - 가설 : AMD의 라이젠이 다음 세대 콘솔의 판도를 뒤바꿀 수 있을까?

Richard Leadbetter 2017/07/09

 

해당 기사는 유로 게이머의 디지털 파운드리 기사를 번역한 것입니다. 모든 저작권은 Richar Leadbetter와 유로게이머에 있습니다.

http://www.eurogamer.net/articles/digitalfoundry-2017-is-ryzen-the-game-changer-for-next-gen-console-in-theory

 

 

 

PS4 Pro에 이어서 Xbox One X가 출시되며 마이크로소프트와 소니의 연구 개발 역량은 필연적으로 차세대 콘솔로 옮겨졌다. 근 1-2년 내에 새로운 세대가 등장할 수 있다는 가능성과 가격은 얼마나 될 것인지에 대한 의문점들이 제기되어 왔다. 하지만 기술적인 구성 요소로서 우리가 알 수 있는 것이 있다. AMD의 라이젠 CPU 기술이 중심이 될 것이고, 그 엄청난 발전을 이루어낸 프로세서가 우리가 플레이하는 게임에 큰 영향을 미칠 것이라는 것이다.

 

 

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결국 우리는 하드웨어 간 밸런스로 다시 돌아왔다. 하드웨어 밸런스는 콘솔을 디자인할 때 CPU, GPU, RAM 간의 조합을 의미한다. 현세대 콘솔은 GPU와 메모리 측면에서 세대의 도약을 이뤄냈다. (후자는 전세대 대비 16배가 빨라졌다.) 하지만 CPU 성능은 다른 구성 요소의 성능 도약의 피해자이다. AMD의 재규어 x86 코어는 원래 모바일용으로 디자인 된 것이고, 콘솔의 SoC(*System On Chip, 단일 칩 시스템 구성)를 만들 당시에 선택할 수 있던 유일한 것이었다. 두개의 (모바일 수준) 재규어 클러스터가 데스크톱 수준의 GPU와 엮여서 게임이 어떻게 구성되는 지에 지대한 영향을 끼친 것이다. AMD는 2019-2020년 발매될 것으로 보이는 새로운 콘솔의 파트너 사로 계속 남아 있을 것이다. 이를 생각한다면 라이젠은 어쩌면 게임 제작 판도를 바꿀지 모른다. 새 콘솔에 라이젠이 쓰임으로써 게임 디자인에는 GPU의 테라플롭스가 증가하는 것보다 더 큰 영향을 끼칠지도 모른다.

 

 

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하드웨어 성능이 증가했을 때에는 우리가 즐기는 게임에서 단순히 비주얼의 수준이 발전하는 것뿐만 아니라, 우리가 시뮬레이션이라 일컫는 게임 디자인의 다른 영역들의 진화한다는 것 또한 고려해야 한다. GTA 4가 XBOX 360과 PS3에서 어떻게 동작했는 지를 생각해 보라. GTA4는 GTA3와 바이스 시티보다 넓은 세계를 구축했다. 비주얼적인 측면에서도 크게 발전했지만 시뮬레이션의 영역에서도 진정한 세대의 도약을 이루어냈다. 리버티 시티는 살아 숨쉬며 다양한 종류의 NPC들로 부산한 매트로폴리스 였다. 단순히 그들의 양이 중요한 것이 아니다. NPC들은 놀라운 수준의 상황에 알맞은 (context-sensitive) 행동을 가지고 있었다. 그들은 아침에 일하러 가고, 커피를 마시며, 조깅을 가고, 스스로를 보호하기 위해 우산을 쓴다. 물론 플레이어와 일정 수준 교류할 수도 있다. 이 시뮬레이션의 질이 이전 작과의 근본적인 차이를 이루어낸 것이다.

 

 

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전세대 콘솔에서 전에 없던 수준의 시뮬레이션을 만들어낼 만한 능력을 가진 또 다른 프랜차이즈를 탄생시켰다. 어새신 크리드가 만들어 낸 인 게임 월드는 우리가 이전에 보지 못하던 것이었다. 현세대의 경우에도 마찬가지로 세대가 바뀌면서 이러한 수준의 시뮬레이션의 도약이 있었는지를 물을 수 있다. 저장용량과 메모리가 늘었고, 그에 따라서 인 게임 월드의 형태와 양이 분명 향상되었지만, 이러한 향상이 과연 시뮬레이션의 도약이라 할 수 있을까? 어새신 크리드 시리즈는 이를 보여주는 케이스다. 2014년 어새신 크리드 유니티는 디자인 된 게임과 실제 콘솔에 구현된 게임이 크게 다르다.

 

유비소프트는 NPC로 가득채우고 도시의 디테일을 크게 늘려 어새신 크리드 유니티 속 프랑스 혁명 시대의 세계를 두배로 확장했다. 하지만 금방 밝혀졌듯이 콘솔은 그걸 쉽게 따라잡지 못했다. 여러 번의 패치에도 불구하고 PS4 프로의 부스트 모드로만 의도된 30FPS를 낼 수 있다. 놀랄 거 없이 유비소프트는 월드 시뮬레이션을 어새신 크리드 신디케이트에서는 중점으로 두지 않았다. 아직까지 오리진은 제한적으로 공개가 되었지만, 세계 복잡성을 희생하고 그래픽을 강조하는 것으로 볼 때 현세대 콘솔의 경향성에 부합한다.

 

 

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게임 컨셉트 상의 “원대한 야망”을 가졌던 다른 시도 또한 쉽게 좌절되었다. 아마 가장 분명한 예는 아발란체 사의 저스트 코즈 3일 것이다. 이 게임에선 PS4 프로의 부스트모드로도 제대로 동작하지 않는다. 시리즈의 시그니처라 할 수 있는 물리 엔진과 파괴가 원래 의도였겠지만 현세대의 한계로 크게 제한된 것이다.

 

 

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우리가 측정하기론 (저스트 코즈 3는) PS4에서 최소 18FPS였으며, PS4 프로 부스트 모드를 사용해도 24FPS에 불과했다. 그밖에 DICE는 64인 규모의 배틀필드를 콘솔로 가져오려는 시도를 했지만, 다시 한 번 CPU의 한계로 PC 게이머가 즐기는 만큼의 퍼포먼스를 내지 못했다. 번지 소프트의 30FPS 고정 데스티니 2도 마찬가지다.

 

자 그럼 현재는 어떤가? 마이크로소프트는 커스텀 재규어 코어를 XBOX ONE X에 장착해서, 31%의 동작 속도 향상을 이루었고, L2 캐시 성능 극대화를 위한 흥미로운 조정 또한 있었다. 하지만 재규어는 재규어이기에 근본적인 한계를 갖고 있다. 개인용 컴퓨터 영역에 라이젠 APU가 나온다는 건 공공연한 비밀이고 한 개의 4코어 8스레드 CCX를 가졌을 가능성이 높다. 콘솔에 도입이 어떻게 될 진 모른다. 현재 라이젠 프로세서는 한 패키지 속에 2개의 CCX 구성이며 AMD가 선택한 바에 따라 비활성화 하는 식으로 라인업을 만든다. 대다수의 주요 AM4 메인보드에서 유저가 이 코어 비활성화를 할 수 있으며, 우린 라이젠 7 1700으로 쿼드 코어 1 CCX 구조를 시뮬레이션 해 보았다.

 

 

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속도는 3.0 GHz로 정했다. (물론 전적으로 감이지만) 소니와 마이크로소프트가 28nm 에서 16nm으로 이행하며 31%의 클럭 향상을 이뤘으므로 다음 세대에서도 마찬가지일 것으로 가정해서 XBO X의 2.3GHz 에서 3GHz가 된 것이다. 이건 전적으로 추측이고, 마이크로소프트가 소형 폼 팩터에서 GPU 클럭을 얼마나 뽑았느냐를 생각한다면 예측에 조정이 필요할 것이다. 아마 우리는 클럭 뿐만 아니라 IPC (Instruction Per Clock, 클럭 당 성능) 향상도 과소평가 했을 수 있다. 라이젠 1세대로 테스트하는 것이지만, 2020년까지 계획된 2세대 뒤의 라이젠이 아마 다음 세대 콘솔 CPU의 근간이 될 것이다.

 

 

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우리가 하는 것은 확고한 멘치마크가 아니다. 라이젠이 현세대 콘솔에서 겪는 골치아픈 제한을 얼마나 풀어줄지를 보려는 것이다. 우리의 라이젠이 예상보다 더 낮은 결과를 보이는 데는 여러가지 이유가 존재할 수 있다. 콘솔 개발자의 실리콘 수준의 최적화가 없으며, AMD 스스로가 오래된 게임들은 새 아키텍쳐에서 성능을 뽑기 위해 업데이트가 필요하다고 밝혔단 점도 있다. 이러한 사실에 더해 PC 자체는 콘솔 수준의 API 제어가 불가능하고 더 나아가 오버헤드가 크다. 그럼에도 결과는 꽤 인상적이었다.

 

위쳐 3를 예로 들면, 현세대 콘솔 하드웨어의 제한을 많이 받는 게임이다. 30FPS 타겟이 여러 번의 패치를 통해 겨우 이뤄질 수 있었다. 일반적인 오픈 월드 게임 플레이에서 우리의 라이젠 후보군은 100-120 FPS 수준(*Titan Xp 사용)으로 GPU의 제한을 효과적으로 없앨 수 있었다. 우리의 CPU 중점적 노비그라드 벤치마크에서도 80-90FPS 수준을 유지할 수 있었다.

 

 

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저스트 코즈 3? 재규어 코어가 제약하던 물리엔진 부분에선 55-80 FPS 수준의 성능을 나타냈다. 이는 경험의 극적인 변화였으며, 어새신 크리드 유니티에서 가장 NPC가 번잡했던 곳의 FPS와 비슷하다. 어새신 크리드 유니티는 우리에게 중요한 타이틀이다. 첫번째로 새로운 수준의 월드 시뮬레이션을 제공하려 했던 시도였기 때문이다. 비록 문제가 많고 제한되었지만, 시도는 진짜였다. 콘솔의 하드웨어 제약 때문에 우리는 그러한 기술의 새로운 지평을 보지 못했다.

 

세로운 세대의 콘솔에서 라이젠이 도입되어 게임 제작자들이 시뮬레이션의 관점에서 야망을 크게 할 수 있을 것이다. 그렇다고 해서 현세대에 이 부분의 발전이 없었다는 것은 아니다. 개발자들은 가능한 많은 기술을 구현해냈다. 호라이즌 제로 던은 이러한 시뮬레이션을 제대로 보여주는 오픈 월드 쇼케이스이다. 중요 요소들이 GPU를 통해 구현되어 있다. 게릴라의 노력을 보면 산과 절벽은 수십 억년의 시간동안 ‘풍화’가 되어 있고, 구름 또한 정확하게 흘러간다. 이러한 것은 놀랍다. 비슷하게 현세대에서 오픈 월드 시뮬레이션의 마스터는 락스타다. 레드 데드 리뎀션 2는 우리가 열광할만한 것들을 들고 올 것이다.

 

 

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하지만 GTA4를 돌아본다면 락스타는 엄청난 도약을 해냈다. 만일 라이젠을 가지고 좀 더 CPU 중점적인 게임 디자인을 할 수 있다면 어떠한 성과를 이루었을까?  구현해내는시뮬레이션이 더 나았다면, 유비소프트의 오픈 월드 게임의 홍수는 전세대에서의 그것들 보다 더 크고 아름다웠을 지 모른다. 우리의 관점에서 보면 테라플롭스가 다음 세대의 능력을 보여주는 게 아니라, CPU가 게임 플레이 경험에서 새로운 지평을 열 수 있는 가장 의미있는 향상일 수 있다.

 

우리의 4코어 8스레드 라이젠 테스트는 유망한 결과를 냈다. 하지만 씁쓸한 현실이 있다. PC 벤치마크 기준으로 본다면 메인스트림인 i5에는 제법 못 미치고 컨텐츠에 따라 i3와 i5를 오가는 성능을 낸다는 점이다. 심지어 펜티엄 G4560 또한 강력한 도전자가 될 수준이다. 이것은 우리가 미니 i7으로서 기대하는 성능에는 못미치는 성능이다. 피상적인 수준에서 보면 이것이 콘솔과 PC의 CPU 성능 격차를 보여주는 것이다. 그러나 다른 관점에서 보면 콘솔의 재규어의 낮은 성능이 개발자들이 PC에서 펼칠 수 있는 많은 것들을 보여주지 못한다는 것이다. 우리는 라이젠이 콘솔에 도입되는 것을 통해 PC 수준의 것을 보여주리라 생각한다. 물론 우린 콘솔 제조사가 어떠한 커스텀 주문을 할지는 모른다.

 

 

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올해 XBOX One X 발매는 분명 AMD의 재규어 테크놀로지의 마지막 장수만세일 것이다. 소니나 마이크로소프트는 재규어 CPU의 교체를 진지하게 생각할 것이다. 그 결과는 분명 우리가 다음 세대에서 플레이하는 게임의 정교함으로 나타날 것이다. 지금으로서 좋은 것은 현재의 (라이젠) 핵심 기술만으로도 게임 시뮬레이션의 질과 비주얼 향상을 이뤄낼 수 있다는 것이다. 우리는 라이젠 APU가 연말에 발매되어 테스트할 수 있어 기쁘다.

 


 

AAA 타이틀 시장에서 콘솔과 PC 게이밍은 뗄 수 없는 관계입니다. 2014년 이후로 신세대 콘솔의 GPU 성능 강화로 확실히 비주얼적 향상을 이루었지만 (당장 14 GOTY 드래곤 에이지 : 인퀴지션과 15 GOTY 위쳐 3 : 와일드 헌트의 그래픽 차이만 봐도 알 수 있죠.), CPU의 한계로 인해 시뮬레이션으로서의 게임은 그다지 큰 발전을 하지 못했다는 것을 지적한 영상과 글입니다. 확실히 새로운 콘솔이 도입되는 2020년 즈음에는 또다른 세계를 볼 수 있지 않을까 싶습니다.

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잼아저씨

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Profile image Dr.Lee 2017.07.28 07:12
메... 메인으로 가버렷!
Profile image LMB 2017.07.28 16:32

3.0은 너무 낮게 잡은 겁니다. 

 

재규어와 라이젠은 CPU 아키텍처가 완전히 다른데, 공정 발전 만으로 클럭 예상은 잘못된 방법입니다. 오히려 그보다는 비슷한 시절 PC용 CPU를 참고하는 게 낫습니다. 링크에서 재규어가 들어간 카비니를 보면, R3 HD8400 내장 모델 클럭이 1.6~2.2GHz 입니다. 바닥인 1.6이 대부분 제품이 찍는 클럭이겠고, 수율을 위해서는 이보다 많이 올리기는 어려울 겁니다. 실제로도 당시 엑박과 플스 클럭도 이 정도인 1.75와 1.6 입니다.
https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_AMD_accelerated_processing_unit_microprocessors#.22Kabini.22_.282014.2C_SoC.29

 

그러니, 콘솔에 들어갈 라이젠 클럭을 예상하려면, PC용 라이젠 하위 라인 클럭을 참고하면 될 겁니다. 최소값만 봐도 기본 3.0에 부스트 3.4 찍습니다. 재규어 성능이 모자란 건 멀티보다는 싱글이니, 1코어 성능 기준으론 부스트 클럭을 봐야 합니다. 더구나 설계와 공정 개선이 적용될 다음 라이젠2는 이보다도 클럭이 높을 겁니다. 

https://namu.wiki/w/AMD%20RYZEN%20시리즈#s-4.7

 

지금 라이젠에서 공정 발전으로 클럭 +5%, IPC +10%, 설계 바꿔서 클럭 +5% 정도를 보면, 라이젠2 클럭은 기본 3.3 부스트 3.8 정도에 성능은 지금 라이젠1 기본 3.5 부스트 4.1 과 비슷할 겁니다. 라이젠7에서 CCX 1개 끄고 1개만 남겨서 4.1로 오버한 성능과 비슷할 겁니다. 

Profile image [게임미식가] 잼아저씨 2017.07.28 18:34

콘솔 하드웨어는 마진이 많이 남지 않아 데스크톱보다 TDP를 억제하여 생산 비용을 줄이려는 경향(당장에 PS4만 하더라도 버전업때마다 쿨링 유닛을 줄여서 코스트컷을 해왔습니다.) 이 강하므로 현세대 라이젠의 클럭 3.0GHz가 타당성이 없다고 생각하진 않습니다. 이 가정을 "최악의 시나리오" 라고 생각할 수 있겠죠. 애초에 리처드 리드베터가 밝혔듯 자신이 클럭이든 IPC든 과소평가할 수 있음을 인정했고, 콘솔의 구조 특성상 같은 CPU로도 압도적인 효율성을 내기 때문에 비교 자체가 매우 어려운 영역입니다.

클럭이 높든 낮든, IPC 향상이 얼마나 되든 현세대 콘솔보다 CPU 성능이 말 그대로 압도적일 것이기에 개임 제작자들이 또 어떤 창의성을 보여줄 수 있을지를 기대하며 적은 글이라 생각합니다.

Profile image LMB 2017.07.28 21:45

열 문제는 가변 클럭으로 잡을 수 있습니다. 상황에 따라 CPU-GPU 사이에 동적으로 전력을 분배하게 하면 됩니다. 예를 들어, 상황에 따라 CPU: 4GHZ, GPU: 500MHz 와 GPU: 2GHz, GPU: 1500MHz 사이를 오가는 겁니다. 이는 PC용 AMD APU와 인텔 CPU에 지금도 쓰이는 기술입니다. (콘솔에는 왜 안 쓰는지 모르겠습니다.) 또한 순간적인 부스트도 허용해서, 잠깐 동안은 전력 제한도 넘을 수 있도록 하는 것도 좋습니다. 잠깐 지나가는 폭발 등의 장면에서 부하가 확 오르는데, 이럴 때만 전력 제한을 넘어서 작동하면 끊김을 많이 줄일 수 있습니다. 역시 지금도 인텔 CPU에서 잘 쓰는 기술입니다. 더 나아가면, 굳이 온도 때문에 최고 클럭을 낮출 필요 없이, 온도와 전력 한계 안에서 클럭이 마음껏 오르게 하는 게 낫습니다. 같은 전력 회로와 냉각 장치로도 성능을 꽤나 높일 수 있습니다. (그러니까 PC에서 열심히 쓰지요.)

Profile image LMB 2017.07.28 21:58

다른 건 모르겠고, 물리 연산은 콘솔이라고 압도적인 효율을 내지 못 할 겁니다. 물리 연산에서 시간 대부분은 보통 표준 수치해석 라이브러리가 먹습니다. CPU에 따라 다르지만, 가우스 소거법은 CPU 이론상 최고 성능의 90% 정도 찍습니다. 심지어 행렬 곱셈은 99.7% 뽑는 무시무시한 물건도 있습니다.
인공지능도 방식에 따라 다른데, 인공신경망은 위에서 말한 표준 수치해석 라이브러리를 씁니다. 따라서 콘솔이라도 빨라질 여지가 거의 없습니다.

더구나 많은 알고리즘이 캐쉬 의존이 높아서, 캐쉬를 깎아내곤 하는 콘솔에서 성능이 떨어질 가능성도 있습니다. 
정리하면, 콘솔에서 PC보다 효율이 오르기는 커녕, 오히려 떨어질 가능성도 있습니다. 

Profile image [게임미식가] 잼아저씨 2017.07.29 01:26

말씀하신 의견 또한 콘솔에서 적용되면 좋은 부분과, 흥미로운 부분이 있네요. 마소와 소니는 라이젠이라는 좋은 재료로 또 각자 어떤 선택을 할지, 게임 개발자는 또 어떤 방식으로 그것을 활용할지 지켜보는 것도 흥미로울 것 같습니다.  다만, 아직 우리는 PC용 레이븐 릿지조자 아직 보지 못했습니다. RTG 에서는 또 어떤 APU 설계를 가져갈지 좀 걱정이 되기도 합니다. 

Profile image LMB 2017.07.29 15:48

빼먹은 게 있네요. 보통 게임 물리 성능은 GPU >> CPU 라서, 가능하면 GPU로 돌립니다. (지포스에서 도는 엔비디아 피직스를 생각하세요.) 지금 콘솔도 GPU는 모자라고 CPU는 남아도는 상황이 아니면 GPU를 쓸 겁니다. 따라서, CPU가 빨라져서 물리 효과가 좋아지는 경우는 많지 않을 겁니다. 

Profile image RuBisCO 2017.07.30 01:21
굉장히 힘들다고 봅니다. 적어도 Zen 2세대에서 게이트 수 및 면적 대비 쓰루풋을 개선하지 않는 이상 생산단가가 중요한 콘솔 SoC에서 Zen을 쓸 순 없을겁니다. Zen 코어 4개의 한개 클러스터가 들어갈 면적에 재규어 코어는 최소 16개는 들어가는데 이러면 사실상 불가능하죠.
Profile image [게임미식가] 잼아저씨 2017.07.30 11:55
재규어 다이 크기는 찾아보니 어마어마하게 작군요. (한모듈 3.81mm2)저전력 시장용 젠이 나오지 않는 이상 데스크톱/모바일 레이븐 릿지 급을 넣긴 힘들어 보아네요. 그렇다고 한다면 예상한 성능은 한참 낮아져야 겠군요.
Profile image gro 2017.07.30 23:43

아래 참조2의 이미지

(https://www.extremetech.com/wp-content/uploads/2013/11/ps4-reverse-engineered-apu.jpg)

를 사용하여 유추해 본 재규어 모듈의 면적(4코어, L2 포함 으로 추정)은 대략 23.3mm^2 같습니다.

Profile image gro 2017.07.30 23:40

하지만, 언급하신 'Zen 코어 4개의 한개 클러스터가 들어갈 면적'에는 L2 및 L3 캐시까지 포함하신건가요?
CCX: 44mm^2
Jaguar core: 3.1mm^2
포함한다 해도 재규어 코어 14.2개 면적밖에 안되는거 같아요?
그리고 재규어는 L2가 shared라 포함 안된 면적으로 알고 있습니다만.


참조1: https://en.wikichip.org/wiki/amd/microarchitectures/zen
참조2: https://www.extremetech.com/extreme/171375-reverse-engineered-ps4-apu-reveals-the-consoles-real-cpu-and-gpu-specs
참조3: https://en.wikipedia.org/wiki/Jaguar_(microarchitecture)

 

링크가 연결되는 것으로 보여 수정했습니다 :)

Profile image RuBisCO 2017.08.01 04:06
재규어의 코어당 면적 3.1mm^2란 숫자는 TSMC 28nm 기준이죠. 그리고 아직도 재규어를 우려내어 쓰고 있는 중인 PS4 프로와 스콜피오는 16nm 세대입니다.
Profile image Rantert 2017.07.31 10:52
코스트의 문제지 불가능할건없죠. 7nm이면 지금보다 다이크기를 얼추잡아 30퍼센트 수준으로 억제가능합니다. 옥타코어 라이젠을 박는건 무리여도 쿼드코어정도는 충분히 타협 가능한 수치입니다.. 7nm의 라이젠 4코어와 28nm의 재규어8코어.. 뭐가 다이크기가 클까요? 두말할것도없이 후자가 더 큽니다. 공정이미세화될수록 코스트가 높아지긴하지만 그걸 감안해도 무리라고 할만한 수치는 아닐겁니다
Profile image RuBisCO 2017.08.01 04:08

재규어 역시 현 시점에선 이미 소니와 마소의 필요에 의해서 다이쉬링크가 이뤄졌습니다.

Profile image Rantert 2017.08.01 10:36
그걸 모르는게아니라요.. 젠쿼드코어가 크면 얼마나크디고 불가능한 수준인지 의문이라서요 거기다가 7nm일텐데요 euv 적용도 될거구요 불가능이라는 근거가어딧어요.. 넣을려면 넣을수있는거죠.. 재규어같은 소형 옥타코어를 넣으면 gpu에 할당할수있는 크기가 약간 늘어날테지만 그게 커봐야 얼마나크겟습니까. 10퍼센트정도 늘어날듯한데요..
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