CPU (중앙 처리 장치)
프로그램의 명령을 차례로 실행하는 컴퓨터의 두뇌다. 게임에서는 게임 로직·물리·AI·그리기 명령 준비를 맡는다.
목차 (7)
무엇을 하는 부품인가
CPU는 적은 수의 강한 코어로 복잡하고 갈래가 많은 일을 빠르게 처리한다. 수천 개의 단순한 계산을 한꺼번에 처리하는 GPU와 역할이 다르다. 게임에서 CPU가 프레임마다 할 일을 늦게 끝내면 GPU가 놀게 되고, 이것을 CPU 병목이라고 한다. 낮은 해상도·높은 주사율에서 잘 드러난다.
스펙 읽는 법
| 항목 | 뜻 | 볼 점 |
|---|---|---|
| 코어 / 스레드 | 코어는 실제 연산 장치, 스레드는 동시에 처리하는 작업 흐름. SMT(하이퍼스레딩)는 코어 하나가 스레드 2개를 다룬다 | 인코딩·렌더링·컴파일은 코어가 많을수록 빠르다 |
| 클럭 (기본 / 부스트) | 1초에 도는 박자 수(GHz). 부스트는 전력·온도 여유가 있을 때 올라가는 최고치(아래 “클럭이란” 참고) | 부스트는 짧게만 유지될 수 있다. 쿨링에 따라 실제 값이 달라진다 |
| IPC | 박자 한 번에 처리하는 명령 수. 설계(아키텍처) 세대가 정한다 | 실제 성능 ≈ 클럭 × IPC. 세대가 다르면 클럭만으로 비교할 수 없다 |
| 캐시 (L1/L2/L3) | 코어 옆의 아주 빠른 작은 메모리. RAM까지 가는 시간을 줄인다 | L3가 큰 CPU는 게임에서 특히 유리한 경우가 많다 |
| P코어 / E코어 | P코어(Performance)는 크고 빠른 성능 코어, E코어(Efficient)는 작고 전력을 적게 쓰는 효율 코어다. 운영체제가 게임처럼 급한 일은 P코어에, 백그라운드 작업은 E코어에 나눠 준다. P코어만 하이퍼스레딩(스레드 2개)을 지원하는 경우가 많다 | 코어 총수만 보지 말고 P코어 수를 따로 본다. 예: “24코어”가 P코어 8개 + E코어 16개일 수 있다 |
| TDP / 전력 | 설계상 발열·전력 기준. 실제 최대 전력은 더 높을 수 있다 | 쿨러와 파워 용량을 이 값에 맞춘다 |
| 소켓 / 칩셋 | 메인보드에 꽂는 규격과 메인보드의 기능 묶음 | 소켓이 맞아도 BIOS 업데이트가 필요할 수 있다. 지원 RAM 세대(DDR4/DDR5)도 함께 정해진다 |
| 내장 그래픽 | CPU 안에 든 작은 GPU | 그래픽카드 없이 화면을 띄울 수 있다. 고장 진단용으로도 쓸모 있다 |
| 메모리 지원 | CPU 안의 메모리 컨트롤러가 지원하는 DDR 세대, 공식 최대 속도, 채널 수, ECC 여부 | 메인보드·RAM 선택이 여기서 정해진다. 공식 속도를 넘는 XMP/EXPO는 보증 밖의 오버클럭이다 |
| PCIe 레인 수 / 세대 | CPU에 바로 붙는 PCIe 통로의 개수와 세대(4.0, 5.0) | 그래픽카드 x16과 NVMe SSD x4를 동시에 제 속도로 쓸 수 있는지가 정해진다. 모자라면 슬롯끼리 나눠 쓴다 |
| 전력 제한 / TjMax | Intel은 PL1(지속)·PL2(단기), AMD는 PPT로 쓸 수 있는 전력을 정한다. TjMax는 칩이 허용하는 최고 온도 | 실제 성능과 발열을 정하는 값이다. 메인보드가 이 값을 멋대로 높인 것이 Intel 13·14세대 불안정의 원인 중 하나였다 |
| 명령어 확장 | AVX2, AVX-512 같은 특수 명령. 한 번에 여러 숫자를 계산한다 | AVX가 없으면 실행되지 않는 게임도 있다. 에뮬레이터(RPCS3 등)·영상 인코딩은 AVX-512가 있으면 크게 빨라진다 |
| 미디어 엔진 | Intel Quick Sync처럼 내장 그래픽에 든 영상 인코더·디코더 전용 회로 | 방송·영상 편집에서 CPU 부담을 크게 줄인다. 내장 그래픽이 없는 모델(F)에는 없다 |
| NPU (TOPS) | AI 연산 전용 장치와 그 성능(초당 조 단위 연산) | 노트북의 온디바이스 AI 기능(배경 흐림, 자막 등)에 쓰인다. 데스크톱 게임 성능에는 영향이 거의 없다 |
| 가상화 지원 | Intel VT-x, AMD-V | 가상 머신, WSL2, Android 에뮬레이터, Intel XTU에 필요하다. BIOS에서 켜야 하는 경우가 많다 |
| 제조 공정 (nm) | 트랜지스터를 만드는 기술 세대 | 대체로 작을수록 효율이 좋지만, 회사마다 숫자를 세는 기준이 달라 숫자끼리 직접 비교할 수 없다 |
| 쿨러 포함 여부 | 박스에 기본 쿨러가 들어 있는지 | 고성능 모델은 대부분 쿨러가 없어 따로 사야 한다 |
모델명 접미사 읽는 법
| 제조사 | 접미사 | 뜻 |
|---|---|---|
| Intel | K | 배수 잠금 해제(오버클럭 가능), 높은 클럭 |
| Intel | F | 내장 그래픽 없음. 그래픽카드가 꼭 있어야 화면이 나온다 |
| Intel | KF | K + F. 오버클럭 가능, 내장 그래픽 없음 |
| Intel | KS | K 중에서 골라낸 더 높은 클럭 한정판 |
| Intel | (없음) | 배수 잠금, 기본 전력이 낮은 일반 모델(예: 14900) |
| Intel 노트북 | H · HX · U | H·HX는 고성능, U는 저전력 |
| AMD | X | 더 높은 클럭. AMD 데스크톱은 대부분 접미사와 관계없이 오버클럭이 된다 |
| AMD | X3D | 3D V-Cache로 L3 캐시를 크게 늘린 모델. 게임에 특히 강하다 |
| AMD | G | 강한 내장 그래픽을 넣은 모델 |
스펙표 밖에서는 실측 벤치마크(평균 fps보다 가장 느린 1% 프레임인 1% low가 끊김 체감에 가깝다), 같은 소켓을 다음 세대도 쓰는지(플랫폼 수명), 세대별로 알려진 이슈가 있는지도 확인한다.
클럭이란: 무슨 박자이고 성능에 어떻게 영향을 주나
박자의 정체
CPU 안에는 일정한 간격으로 켜졌다 꺼졌다를 반복하는 전기 신호, 클럭 신호가 흐른다. 메인보드의 수정 발진기가 만든 기준 박자(보통 100MHz, 기준 클럭·BCLK)를 CPU 안의 회로가 몇 배로 늘려 쓴다. 그 배수가 XTU·BIOS의 배수(Ratio)다. 100MHz × 51배 = 5.1GHz.
CPU의 회로는 이 박자에 맞춰 한 걸음씩 움직인다. 박자가 한 번 칠 때마다 각 단계의 계산 결과가 다음 단계로 넘어가고, 명령은 공장의 컨베이어 벨트(파이프라인)처럼 “명령 가져오기 → 해석 → 계산 → 결과 저장” 단계를 박자마다 한 칸씩 나아간다. 5GHz는 1초에 박자가 50억 번, 한 박자는 0.2나노초다. 빛도 그동안 6cm밖에 못 간다.
성능에 미치는 효과
- 같은 설계라면 클럭에 거의 비례해 빨라진다. 같은 CPU를 5.8GHz에서 5.1GHz로 낮추면 계산만 하는 작업은 약 12% 느려진다.
- 설계가 다르면 클럭만으로 비교할 수 없다. 한 박자에 명령을 몇 개 끝내는지(IPC)가 다르기 때문이다. 성능 ≈ 클럭 × IPC. 4GHz에서 박자당 6개를 처리하는 CPU가 5GHz에서 4개를 처리하는 CPU보다 빠르다.
- 기다리는 시간은 클럭으로 줄지 않는다. RAM에서 데이터를 가져오는 데는 약 70~100나노초가 걸린다. 5GHz에서는 350~500박자를 그냥 기다리는 셈이다. 그래서 클럭을 올려도 메모리를 자주 기다리는 작업(많은 게임이 그렇다)은 그만큼 빨라지지 않는다. 큰 캐시가 게임에서 효과가 큰 이유다.
- 게임에서는 “CPU 쪽 한 프레임 시간”을 줄인다. 144fps를 내려면 CPU가 한 프레임 일을 약 6.9ms 안에 끝내야 한다. 클럭이 오르면 이 시간이 줄어 CPU 병목일 때 fps가 오른다. GPU가 병목이면(고해상도) 클럭을 올려도 fps가 거의 그대로다.
대가: 전압과 열
박자를 빠르게 치려면 회로가 그 짧은 시간 안에 확실히 켜지고 꺼져야 해서 더 높은 전압이 필요하다. 소비 전력은 대략 전압² × 클럭에 비례하므로, 최고 클럭 근처의 마지막 몇 백 MHz는 전력과 열을 크게 늘린다. 클럭을 조금 내려 전압을 크게 낮추는 언더볼팅이 효과적인 이유이고, 높은 전압이 쌓여 생긴 Intel 13·14세대 불안정 문제와도 이어진다. 부스트 클럭이 전력·온도 여유에 따라 오르내리는 것도 같은 이유다.
CPU 아키텍처: x86-64, ARM, RISC-V
여기서 아키텍처는 명령어 집합(ISA), 즉 CPU가 알아듣는 기계어의 종류다. 프로그램은 특정 명령어 집합으로 번역(컴파일)되어 있어서, 다른 명령어 집합의 CPU에서는 그대로 돌지 않는다. 사람으로 치면 쓰는 언어가 다른 것이다.
- CISC와 RISC: x86은 복잡한 명령을 많이 가진 CISC, ARM·RISC-V는 단순하고 길이가 일정한 명령 위주의 RISC에서 출발했다. 요즘 x86 CPU도 안에서는 명령을 작은 단위(마이크로 연산)로 쪼개 처리해서, 실제 차이는 이 이름보다 설계에서 더 크다.
- 설계와 라이선스: x86은 사실상 Intel과 AMD만 만든다. ARM은 Arm사가 설계를 빌려주어 Apple·Qualcomm·삼성 등 여러 회사가 자기 칩을 만든다. RISC-V는 누구나 무료로 쓸 수 있는 공개 규격이다.
| x86-64 (x64, AMD64) | ARM64 (AArch64) | RISC-V | |
|---|---|---|---|
| 명령어 방식 | CISC 계열, 명령 길이가 제각각 | RISC 계열, 명령 길이 일정 | RISC 계열, 필요한 확장만 골라 쓰는 모듈식 |
| 만드는 곳 | Intel, AMD | Apple, Qualcomm, 삼성, MediaTek, AWS 등 (Arm사 라이선스) | 여러 회사·연구소 (공개 규격, 라이선스 비용 없음) |
| 주로 쓰는 곳 | 데스크톱·노트북 PC, 게임 PC, 서버 | 스마트폰·태블릿, Apple Mac, Windows ARM 노트북, 클라우드 서버 | 마이크로컨트롤러, 저장장치·네트워크 칩 내부, 연구·임베디드 |
| 강점 | 수십 년 쌓인 Windows 프로그램·게임 호환성, 높은 단일 코어 성능 | 같은 성능에서 전력 효율이 좋은 설계가 많다, 배터리 기기에 강함 | 자유로운 설계와 비용, 특정 용도에 맞춘 칩 |
| 약점 | 저전력 기기에서는 효율 경쟁이 어렵다 | x86용 프로그램은 에뮬레이션이 필요하고, 일부 게임 안티치트·드라이버가 안 된다 | PC·스마트폰용 고성능 칩과 소프트웨어 생태계는 아직 초기 |
| 게임 | PC 게임 대부분이 이 기준으로 만들어진다 | 모바일 게임, Mac·Windows ARM에서는 네이티브 지원 게임이 늘고 있다 | 거의 없음 |
- 에뮬레이션: Apple의 Rosetta 2, Windows on ARM의 Prism처럼 x86 프로그램을 ARM에서 실행해 주는 번역 계층이 있다. 대부분 잘 돌지만 성능이 조금 떨어지고, 커널 드라이버를 쓰는 프로그램(일부 안티치트, 하드웨어 도구)은 돌지 않는다.
- “32비트 x86”과 “x64”: x86은 원래 32비트 명령어 집합이고, AMD가 64비트로 넓힌 것이 x86-64(AMD64)다. Windows에서 x64라고 부르는 것이 이것이다. 64비트는 4GB가 넘는 메모리를 쓸 수 있다.
- “ARM은 느리다”는 옛말이다. 전력 효율이 좋은 이유는 명령어 집합 자체보다 저전력을 목표로 한 설계에 있고, 고성능 ARM 칩은 PC급 성능을 낸다. 반대로 같은 명령어 집합이어도 설계에 따라 성능은 크게 다르다.
고를 때 볼 점
- 쓰는 일부터 정한다. 게임 위주라면 코어 수보다 단일 코어 성능과 캐시, 작업 위주라면 코어 수가 중요하다.
- GPU와 균형을 맞춘다. 높은 해상도에서는 GPU가 먼저 한계에 닿으므로 CPU에 과하게 쓸 필요가 줄어든다.
- 플랫폼 비용을 함께 본다. 메인보드·RAM 세대·쿨러까지 더한 값으로 비교한다.
- 업그레이드 경로를 본다. 같은 소켓이 오래 유지되는 플랫폼은 CPU만 바꿔 끼울 수 있다.
- 노트북 CPU는 이름보다 전력 설정을 본다. 같은 모델이라도 제조사가 정한 전력 한도(W)와 쿨링에 따라 성능이 크게 달라서, 얇은 노트북의 상위 모델이 두꺼운 노트북의 하위 모델보다 느릴 수 있다. 그 노트북 제품의 리뷰 수치로 비교한다.
흔한 오해
- “GHz가 높으면 빠르다” — 세대·제조사가 다르면 IPC가 달라 클럭만으로는 비교할 수 없다.
- “코어가 많을수록 게임이 빠르다” — 대부분의 게임은 일정 코어 수를 넘으면 차이가 작다.
- “TDP가 곧 최대 전력이다” — 부스트 중에는 TDP보다 훨씬 많이 쓸 수 있다.
- “부하 때 90°C가 넘으면 고장이다” — 요즘 CPU는 온도 여유만큼 클럭을 올리도록 설계되어 TjMax 근처까지 오르기도 한다. 판단 기준은 냉각 노트의 쓰로틀링 절에 있다.
- “CPU 사용률이 낮으니 CPU 병목이 아니다” — 사용률은 모든 코어의 평균이다. 게임의 주 스레드 하나가 코어 하나를 꽉 채우면 전체 사용률은 30%여도 CPU 병목일 수 있다. GPU 사용률이 100%에서 한참 밑돈다면 의심한다.
- “병목 계산기의 % 숫자” — 병목은 게임·해상도·설정마다 바뀌어 부품 조합 하나에 숫자 하나로 정해지지 않는다. 직접 읽는 법은 게임 성능 노트에 있다.