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🃏 치트시트 · 2026년 6월 14일

CPU vs GPU vs TPU vs NPU, 네 종류 프로세서의 원리와 최근 동향

같은 면적의 칩에 코어가 어떻게 다르게 배치되는지부터, 메모리 계층, 양자화, 최신 Trillium/Blackwell/NPU 동향, 그리고 컴퓨터 과학 패러다임에 미치는 영향까지.

시작, 왜 네 종류의 프로세서가 필요한가

  • 2010년대 중반까지는 단순했다.
  • CPU
  • GPU
  • NPU

기초, 프로세서의 본질

  • 프로세서는 단 두 가지 일을 한다.
  • 명령어 fetch + decode + execute
  • 데이터를 메모리에서 가져와서 처리하고 다시 쓰기
  • 명령어 다양성

CPU, 범용성의 정수

  • 동작 원리
  • 명령어 디코더
  • 분기 예측기
  • out-of-order 실행 엔진

GPU, 병렬성의 도약

  • 그래픽에서 AI 로
  • 많은 단순한 코어
  • Vertex Shader
  • Rasterization

TPU, 행렬 곱셈에 회로를 고정시키다

  • 왜 TPU 가 필요한가, GPU 가 있는데도
  • 그래픽 회로의 낭비
  • CUDA 락인
  • 워크로드 특화 효율의 한계

NPU, 디바이스 위 AI 의 핵심

  • 왜 NPU 가 필요한가, GPU 가 있는데도
  • 전력 예산
  • AI 추론은 게임과 동시에 필요
  • 양자화 효율

한 그림 비교

  • | 측면 | CPU | GPU | TPU | NPU |
  • 코어 수
  • 한 코어 복잡도
  • 메모리 시스템

최근 동향 (2024 2026)

  • 1.
  • 데이터센터 추론
  • on-device 추론
  • FP16, bf16

CS 에 미치는 영향

  • 네 종류 프로세서의 등장이 컴퓨터 과학 패러다임 자체를 바꿨다.
  • 시간 복잡도 O(n)
  • 메모리 접근 패턴
  • 병렬화 가능성

정리

  • 네 종류의 프로세서가 공존하는 이유는 단순하다.
  • 존재 이유
  • 희생한 것
  • 얻은 것

참고 자료

  • Google Cloud, TPU v6 (Trillium) 소개
  • Google Cloud, TPU v6e 기술 사양
  • NVIDIA Blackwell Architecture