CPU 명령 세트 아키텍처 x86은 멸망할 것인가

PC용 CPU 주류 명령어 세트 아키텍처인 x86은 인텔 8086 프로세서에 기원을 두고 46년 동안 사용되어 왔다. 이런 x86이 가까운 미래에 사라질 것이라는 주장이 있어 눈길을 끈다.

x86을 채택하는 현대 CPU는 복잡한 명령어 세트 컴퓨터(CISC), 1 클록 사이클당 명령어 여러 개를 실행할 수 있는 슈퍼스칼라(superscalar), 명령어 실행 순서를 변경해 가속화하는 아웃오브오더(Out-of-Order) 실행, 분기 대상 명령어 조건 만족 여부를 추측해 실행하는 추측 실행(speculative execution) 같은 특징을 갖는 폰 노이만 아키텍처 일부다. x86은 원래 16비트 프로세서인 인텔 8086 명령어 세트였지만, 32비트, 64비트 프로세서로 확장되면서 기능이 계속 늘어났다.

46년간 기능이 확장된 결과 x86 명령어 세트는 상당히 복잡해졌고 명령어 가져오기(Fetch)와 디코딩에 많은 시간과 리소스가 필요하게 됐다. 예를 들어 mpsadbw라는 명령어는 6-7바이트 길이이며 4바이트 시퀀스를 11바이트 시퀀스 내 여러 위치에서 비교한다. 이처럼 x86에는 복잡하고 사용 빈도가 낮은 명령어가 많이 존재해 이게 x86 아키텍처 효율성을 떨어뜨리는 요인이라는 지적이다.

최근에는 ARM과 RISC-V 같은 새로운 아키텍처도 등장했다. ARM은 영국 ARM이 개발한 RISC 기반 프로세서 아키텍처로 저전력과 높은 비용대비 성능을 특징으로 하며 주로 스마트폰 등 모바일 기기와 임베디드 시스템에 사용된다. RISC-V는 캘리포니아 대학교 버클리 캠퍼스가 개발된 명령어 세트 아키텍처로 단순하고 효율적인 설계가 특징이며 로열티 없이 누구나 자유롭게 사용, 수정, 재배포할 수 있다.

ARM과 RISC-V는 x86에 비해 단순하고 효율적인 설계를 갖추고 있으며 특정 시장에서 강점을 발휘하고 있다. 반면 x86은 복잡성으로 인한 부담에 직면하고 있어 향후 점유율을 잃을 가능성이 지적되고 있다. 물론 명령어 세트보다는 아키텍처 설계와 구현이 더 중요하며 x86 레거시 지원이 소프트웨어 호환성 유지에 필수적이라는 반박도 있다. 관련 내용은 이곳에서 확인할 수 있다.