호기심과 재미로 Zen 4의 Op 캐시 비활성화하기

Zen 4의 Op 캐시 비활성화: 호기심과 재미를 위해

소개

이 문서는 AMD의 Zen 4 프로세서에서 Op 캐시를 비활성화했을 때 시스템의 동작 방식을 탐구합니다. AMD는 최근 CPU에서 매우 큰 마이크로-오퍼(Op) 캐시를 제공하고 있으며, 이 캐시가 프로세서 성능에 미치는 영향을 이해하기 위해 Op 캐시를 끄는 실험을 수행하였습니다.

마이크로-오퍼와 Op 캐시란?

CPU는 명령어 바이트를 메모리에서 가져와 이를 내부 연산인 마이크로-오퍼로 디코딩하여 실행합니다. 메모리에서 데이터를 가져오고 이를 처리하는 과정은 전력 소비와 지연 시간을 초래합니다. 마이크로-오퍼 캐시는 자주 실행되는 명령어에 해당하는 마이크로-오퍼를 저장함으로써 이러한 전력 소비와 지연 시간을 줄이는 데 도움을 줍니다.

Zen 4의 Op 캐시 특징

AMD의 최신 Zen 4 프로세서는 6.75K 마이크로-오퍼를 저장할 수 있는 Op 캐시를 탑재하고 있으며, 이는 최근 몇 세대의 CPU 중 가장 큰 용량입니다. 이 큰 Op 캐시는 높은 적중률을 유지하여 AMD가 Intel이나 Arm에 비해 마이크로-오퍼 캐시에 더 크게 의존하고 있음을 보여줍니다.

Op 캐시와 루프 버퍼 비활성화

Zen 4의 프론트엔드는 세 가지 소스에서 데이터를 공급받을 수 있습니다:

1. 루프 버퍼: 144개의 엔트리를 가지며 주로 작은 루프를 위한 전력 절약 장치로 사용됩니다.
2. 페치 및 디코드 경로: 사이클당 최대 4개의 명령어를 처리할 수 있습니다.
3. Op 캐시: 사이클당 9개의 마이크로-오퍼를 제공합니다.

최근의 AGESA 버전에서는 Zen 4의 루프 버퍼가 비활성화되었습니다. 또한, 명령어 캐시 제어 MSR의 비트 5를 설정하면 Op 캐시도 비활성화할 수 있습니다. 이로 인해 루프 버퍼와 Op 캐시가 모두 꺼진 상태에서 Zen 4 코어는 6-와이드에서 4-와이드로 작동하게 됩니다. 이는 Op 캐시와 루프 버퍼가 비활성화되면 코어의 성능이 저하될 수 있음을 시사합니다.

실험 및 테스트

저자는 ASRock B650 PG Lightning 보드에 Ryzen 9 7950X3D 프로세서를 장착하고, SPEC CPU2017 워크로드를 실행하여 Op 캐시 비활성화가 시스템 성능에 미치는 영향을 테스트하였습니다.

참고 자료

1. AMD Zen 4 아키텍처 개요
2. 마이크로-오퍼 캐시의 역할과 중요성
3. CPU 성능 최적화 기법

[출처] Turning Off Zen 4's Op Cache for Curiosity and Giggles