프론트 사이드 버스

3. 전송 속도

프론트 사이드 버스(FSB)의 전송 속도는 클럭 주파수, 사이클 당 전송 수, 버스폭에 의해 결정된다.^[1] 예를 들어, 100MHz의 주파수에서 사이클 당 4회 전송을 수행하는 64비트 FSB는 3200MB/s의 대역폭을 가진다.

: 8 바이트/전송 × 100 MHz × 4 전송/사이클 = 3200 MB/s

인텔은 펜티엄 4 이후 쿼드 펌핑(Quad Data Rate) 기술을 도입하여 FSB 주파수를 4배로 표기하기 시작했다.^[1] AMD는 사이클 당 2회 전송하는 EV6 버스 기술을 사용했다.^[1]

많은 제조업체들은 FSB 주파수를 MHz로 표기하지만, 마케팅 자료에서는 종종 이론적 유효 신호 속도(MT/s)를 나열하기도 한다. 예를 들어, 버스가 200MHz로 설정되어 있고 사이클 당 4회 전송을 수행하는 경우 FSB는 800 MT/s로 표기된다.

인텔과 AMD 프로세서의 FSB 전송 속도에 대한 자세한 내용은 하위 섹션에서 확인할 수 있다.

3. 1. 인텔 프로세서에서의 전송 속도

초기 펜티엄 프로세서의 FSB는 50-66MHz, 32비트 버스 폭으로 400-528MB/s의 전송 속도를 보였다. 이후 펜티엄 4에서 쿼드 펌핑 기술을 도입하여 FSB 주파수는 유지하면서 전송 속도를 4배로 늘렸다. 코어 2 익스트림 프로세서에 이르러서는 266-400MHz의 FSB 주파수와 쿼드 펌핑, 64비트 버스 폭을 통해 최대 12800MB/s의 전송 속도를 달성하였다.^[1]

3. 2. AMD 프로세서에서의 전송 속도

초기 K5 프로세서에서는 50-66MHz의 FSB 주파수로 400-528MB/s의 전송 속도를 보였다. 이후 셈프론 프로세서에 이르러 166-200MHz FSB 주파수(더블 펌핑)에서 2656-3200MB/s까지 전송 속도가 향상되었다.

4. 구성 요소 및 속도

인텔이 펜티엄 II 프로세서를 판매하면서 프론트 사이드 버스(FSB)가 처음 사용되었다. 펜티엄 II 프로세서는 CPU 버스와 독립적인 2차 캐시 메모리에 접근하는 버스를 CPU 내부에 가지고 있었다. 이를 통해 2차 캐시와 메인보드, 메모리 등에 접근할 때 CPU 버스를 공유하지 않아 성능이 향상되었다.^[2]

이전의 펜티엄 프로세서 등은 2차 캐시, 메모리도 CPU 버스에 연결되어 있었다. CPU 내부에서 2차 캐시와 연결된 버스는 백 사이드 버스(Back Side Bus, BSB)라고 불린다. 펜티엄 프로도 비슷한 버스 형태를 가졌지만, 인텔은 이를 이중 독립 버스(Dual Independent Bus, DIB)라고 불렀다. 펜티엄 II에서 2차 캐시를 생략한 초기 셀러론 프로세서에는 BSB가 없어, 이러한 셀러론 프로세서의 CPU 버스는 FSB라고 부르지 않는다.

FSB라는 용어가 정착된 후, CPU 버스 내부의 한 방식인 FSB를 CPU 버스와 같은 뜻으로 사용하기도 한다. 또한, 인텔 이외의 AMD 등 다른 CPU 제조사에서도 인텔을 모방하여 자사 제품의 CPU 버스를 FSB라고 부르기도 했다.

펜티엄 프로에서 시스템(노스브리지) 측과 2차 캐시 측에 각각 CPU 버스를 갖는 형태가 나타났지만, 펜티엄 프로에서는 이들을 이중 독립 버스(DIB)라고 불렀다. 이 설계를 통해 2차 캐시 메모리와 메인 메모리 등에 대한 접근을 CPU 버스에서 공유하지 않음으로써 성능을 높였다. 펜티엄 프로세서 이전에는 2차 캐시 메모리도 CPU 버스에 연결되어 있었다.

프런트 사이드 버스라는 명칭은 펜티엄 II에 처음 사용되었다. 2차 캐시 측을 백 사이드 버스(BSB)라고 불렀는데, 시스템 측을 CPU의 정면으로 간주했을 때, 블록 다이어그램상에서 CPU에 대칭되는 배면에 해당하기 때문이다. 백 사이드 버스의 등장으로 2차 캐시 메모리 접근이 제거된 CPU 버스는, 기존의 CPU 버스와 기능적으로 구분하기 위해 프런트 사이드 버스로 명명되었다.

펜티엄 II에서 2차 캐시 메모리를 제거한 초기 셀러론 프로세서는 백 사이드 버스가 없어, 그 CPU 버스는 프런트 사이드 버스라고 부르지 않는다. 프런트 사이드 버스를 가진 CPU는 펜티엄 프로와 펜티엄 II 프로세서 이후의 개발 제조품이며, 초기 셀러론(개발 코드네임 Covington)은 포함되지 않는다.

이후 프런트 사이드 버스라는 명칭은 널리 보급되어, AMD나 VIA Technologies도 유사한 버스 구조를 가진 자사 제품의 버스를 프런트 사이드 버스라고 부르고 있다. CPU 버스의 의미로 프런트 사이드 버스라는 말을 사용하거나, 베이스 클럭 주파수를 "FSB"라고 말하는 경우도 있다.

등장 당시 프런트 사이드 버스 주파수는 데이터 전송 클럭 주파수와 같았다. 그러나 펜티엄 4 이후, 쿼드 펌프드(Quad Pumped)라는 4배속 전송이 사용되면서, 원래 버스 주파수의 4배 주파수를 프런트 사이드 버스 주파수로 표기하게 되어, 같지 않게 되었다.

프론트 사이드 버스(FSB)는 주로 PC 관련 마더보드(개인용 컴퓨터와 서버 포함)에 사용되며, 임베디드 시스템이나 유사한 소형 컴퓨터에서는 거의 사용되지 않는다. FSB 설계는 이전의 단일 시스템 버스 설계보다 성능이 향상되었지만, 때때로 "시스템 버스"라고도 불린다.

프론트 사이드 버스는 일반적으로 CPU와 나머지 하드웨어를 칩셋을 통해 연결하며, 인텔은 이를 노스브리지와 사우스브리지로 구현했다. PCI, AGP, 메모리 버스와 같은 다른 버스도 연결된 장치 간에 데이터가 흐르도록 칩셋에 연결된다. 이러한 보조 시스템 버스는 일반적으로 프론트 사이드 버스 클럭에서 파생된 속도로 작동하지만, 반드시 동기화되는 것은 아니다.

AMD의 Torrenza 이니셔티브에 대응하여, 인텔은 FSB CPU 소켓을 타사 장치에 개방했다.^[3] 2007년 봄 Intel Developer Forum 베이징에서 발표되기 전까지, 인텔은 FSB 접근 대상을 엄격하게 관리하여 인텔 프로세서만 CPU 소켓에 허용했다. 최초의 사례는 FPGA 코프로세서였으며, 이는 Intel-Xilinx-Nallatech^[4]와 Intel-Altera-XtremeData 간의 협업 결과였다(2008년 출시).^[5][6][7]

4. 1. CPU

4. 2. 메모리

4. 3. 주변 장치 버스

5. 오버클러킹

오버클러킹은 컴퓨터 부품을 기본 성능 수준 이상으로 작동하게 하는 행위이다. 부품이 작동하도록 설정된 주파수를 조작하며, 필요한 경우 부품으로 전송되는 전압을 수정하여 더 높은 주파수에서 더 안정적으로 작동할 수 있도록 한다.

많은 마더보드는 사용자가 점퍼 또는 BIOS 설정을 변경하여 클럭 승수 및 FSB 설정을 수동으로 설정할 수 있게 한다. 거의 모든 CPU 제조업체는 미리 설정된 승수 설정을 칩에 "잠금"하지만, 잠긴 일부 CPU는 잠금 해제할 수 있다. 예를 들어 일부 AMD 애슬론 프로세서는 CPU 표면의 지점 간에 전기 접점을 연결하여 잠금을 해제할 수 있다. AMD와 인텔의 다른 일부 프로세서는 공장에서 잠금 해제되어 있으며, 이 기능으로 인해 최종 사용자 및 소매점에서 "매니아 등급" 프로세서로 분류된다. 모든 프로세서의 경우 FSB 속도를 높이면 CPU와 노스브릿지 사이의 지연 시간을 줄여 처리 속도를 높일 수 있다.

이러한 오버클러킹은 구성 요소를 사양 이상으로 작동시켜 불규칙한 동작, 과열 또는 조기 고장을 일으킬 수 있다. 컴퓨터가 정상적으로 작동하는 것처럼 보여도 과부하 시 문제가 발생할 수 있다. 휴렛 팩커드나 델과 같은 소매점이나 제조업체에서 PC를 구매하는 경우, 불규칙한 동작 또는 고장의 가능성 때문에 사용자가 승수 또는 FSB 설정을 변경할 수 없다. 그러나 맞춤형 머신을 구축하기 위해 별도로 구매한 마더보드는 PC의 BIOS에서 승수 및 FSB 설정을 편집할 수 있도록 허용한다.

6. 종말

인텔은 네할렘 마이크로아키텍처부터 FSB 대신 QPI라는 포인트 투 포인트 연결 규격을 사용하기 시작하면서, 이후 x86 아키텍처 CPU에서 FSB는 사라졌다.^[11] AMD는 2003년에 옵테론과 애슬론 64에서 메모리 컨트롤러를 CPU에 내장하면서 FSB라는 명칭을 폐지했다.

더 현대적인 설계는 AMD의 하이퍼트랜스포트나 인텔의 DMI, QPI와 같은 지점 간 및 직렬 연결을 사용한다. 이러한 설계는 CPU에서 시스템 메모리, 고속 주변 장치 및 I/O 컨트롤러로 직접 연결하기 위해 노스브리지를 제거한다.^[11][12][13]

기존 아키텍처에서 FSB는 CPU와 메인 메모리를 포함한 시스템의 다른 모든 장치 간의 직접적인 데이터 링크 역할을 했다. 하이퍼트랜스포트 및 QPI 기반 시스템에서는 시스템 메모리가 CPU에 통합된 메모리 컨트롤러를 통해 독립적으로 액세스되므로 하이퍼트랜스포트 또는 QPI 링크의 대역폭은 다른 용도로 사용된다. 이는 CPU 설계의 복잡성을 증가시키지만 더 높은 처리량과 멀티프로세서 시스템에서 뛰어난 확장성을 제공한다.

참조

_[1] 서적 Upgrading and repairing PCs https://archive.org/[...] Que Publishing
_[2] 웹사이트 Introduction to Intel Architecture: The Basics ftp://download.intel[...] Intel Corporation 2009-01
_[3] 뉴스 Intel opens up its front side bus to the world+dog: IDF Spring 007 Xilinx heralds the bombshell http://www.theinquir[...] 2007-04-17
_[4] 뉴스 Nallatech Launches Early Access Program for the Industry's First FSB-FPGA Module http://www.businessw[...] Nallatech 2007-09-18
_[5] 뉴스 XtremeData Offers Stratix III FPGA-Based Intel FSB Module http://chipdesignmag[...] Chip Design magazine 2007-09-18
_[6] 뉴스 High fiber diet gives Intel 'regularity' needed to beat AMD https://www.theregis[...] 2007-04-17
_[7] 뉴스 XtremeData Begins Shipping 1066 MHz Altera Stratix III FPGA-Based Intel FSB Module http://www.businessw[...] XtremeData 2008-06-17
_[8] 웹사이트 Intel X38 Tango - is High FSB Overclocking Worth It? https://www.anandtec[...]
_[9] 웹사이트 Core i7 975 review (Page 4) https://www.guru3d.c[...] 2009-06-02
_[10] 웹사이트 AMD HyperTransport Bus: Transport Your Application to Hyper Performance http://developer.amd[...] AMD 2003-09-29
_[11] 웹사이트 An Introduction to the Intel QuickPath Interconnect http://www.intel.com[...] Intel Corporation 2009-01-30
_[12] 웹사이트 Intel launches all-new PC architecture with Core i5/I7 CPUs https://arstechnica.[...] 2009-09-08
_[13] 웹사이트 Core i7 975 review (Page 4) https://www.guru3d.c[...] 2009-06-02