AMD XDNA
 라이젠 7040 프로세서에 탑재된 것과 같은 AMD XDNA NPU의 단순화된 도식 | |
| 설계사 | AMD |
|---|---|
| 도입일 | 2023년 4월 |
| 유형 | 신경망 처리 장치 마이크로아키텍처 |
XDNA는 AMD가 개발한 딥러닝 프로세서용 마이크로아키텍처이다. 인공지능 소프트웨어와 같은 기계 학습(ML) 관련 작업을 처리하도록 설계되었다. 이는 AMD가 2022년에 인수한 자일링스의 기술을 기반으로 한다. XDNA 기반 실리콘 설계는 회사의 라이젠 AI 브랜드 프로세서에 포함되어 있으며, 같은 칩 내에서 젠 CPU와 RDNA GPU를 보조한다.
아키텍처 및 특징
XDNA는 AI 엔진(AIE) 타일이 외부 메모리 접근을 최소화하면서 병렬로 데이터를 처리하는 공간적 데이터 흐름 아키텍처를 채용한다. 이 설계는 병렬성과 데이터 지역성을 활용하여 성능과 전력 효율을 최적화한다. 각 AIE 타일은 다음을 포함한다.
- 고처리량 연산 작업 및 텐서 연산에 최적화된 VLIW + SIMD 벡터 프로세서.
- 제어 흐름 및 보조 작업을 담당하는 스칼라 RISC 스타일 프로세서.
- 가중치, 활성화 값, 중간 계수를 저장하여 외부 DRAM에 대한 의존도를 낮추고 레이턴시를 줄이는 로컬 메모리 블록.
- 외부 메모리 트래픽을 최소화하여 레이턴시와 전력을 추가로 절감하는 온칩 프로그램 및 데이터 메모리.
- 타일 간의 결정론적이고 대역폭이 높은 데이터 전송을 위한 전용 DMA 엔진 및 프로그래밍 가능한 인터커넥트.
타일 어레이는 확장 가능하고 모듈화되어 있어, AMD는 전력, 면적, 성능 목표에 맞춰 타일 개수를 달리하여 NPU를 구성할 수 있다. 동작 주파수는 일반적으로 최대 1.3GHz에 달하며, 열 및 전력 제약 조건에 따라 조절 가능하다.
세대
1세대 (XDNA)
초기 XDNA NPU는 2023년 초 라이젠 7040 "피닉스" 시리즈와 함께 출시되었으며, 모바일 폼 팩터에서 최대 10 TOPS(초당 테라 연산)를 달성했다.
1세대 리프레시: 호크 포인트
2024년에 출시된 라이젠 8040 "호크 포인트" 시리즈는 펌웨어 업데이트, 더 높은 클럭 속도, 튜닝 향상을 통해 NPU를 개선하여 성능을 약 16 TOPS까지 끌어올렸다.
2세대 (XDNA 2)
XDNA 2는 젠 5 마이크로아키텍처 기반의 라이젠 AI 300 및 PRO 300 모바일 프로세서와 함께 데뷔했다. 이 세대는 AI 처리량을 대폭 증가시켜 플래그십 모델에서 최대 55 TOPS에 도달했다.
마이크로아키텍처 내부
XDNA의 핵심은 ML 작업 부하의 병렬 및 파이프라인 처리를 가능하게 하는 공간적으로 배열된 AI 엔진 타일 어레이이다. 각 타일은 다음을 포함한다.
- 행렬 곱셈 및 컨볼루션과 같은 일반적인 ML 연산자에 최적화된 VLIW + SIMD 벡터 코어.
- 명령어 시퀀싱 및 타일 레벨 작업을 관리하는 스칼라 제어 프로세서.
- 비용이 많이 드는 외부 메모리 접근을 최소화하기 위해 모델 매개변수와 중간 데이터를 저장하는 온칩 SRAM 블록.
- 최소한의 스톨로 결정론적인 데이터 이동을 촉진하는 프로그래밍 가능한 DMA 컨트롤러 및 저레이턴시 인터커넥트 패브릭.
이 아키텍처 설계는 엣지 장치에서의 실시간 AI 추론에 필수적인 저레이턴시, 고대역폭 연산을 가능하게 한다.
이점
제품 통합
| 모델 | NPU 아키텍처 | CPU 코어 / 스레드 | NPU 최대 TOPS | 비고 |
|---|---|---|---|---|
| 라이젠 7040 "피닉스" | XDNA (1세대) | 최대 8C / 16T | ~10 TOPS | 울트라북용 초기 XDNA 출시 |
| 라이젠 8040 "호크 포인트" | XDNA (1세대 리프레시) | 최대 8C / 16T | ~16 TOPS | NPU 클럭/튜닝 개선 |
| 라이젠 AI 300 / PRO 300 ("스트릭스 포인트") | XDNA 2 | 최대 12C / 24T | ~50–55 TOPS | 플래그십 모바일 AI CPU |
| 라이젠 AI 5 330 | XDNA 2 | 4C / 8T | ~50 TOPS | 전체 NPU가 활성화된 보급형 AI 칩 |
소프트웨어 및 생태계
XDNA는 AMD의 ROCm 및 Vitis AI 소프트웨어 스택을 통해 지원되며, 개발자가 AI 작업 부하를 효율적으로 가속하기 위해 NPU를 활용할 수 있게 한다. ONNX, 텐서플로, PyTorch와 같은 대중적인 ML 프레임워크가 이러한 도구를 통해 지원된다. 추가로, 마이크로소프트 윈도우 ML 런타임은 코파일럿+ PC로 마케팅되는 장치에서 AMD NPU 가속을 통합하여 클라우드 의존 없이 로컬 AI 추론을 가능하게 한다.
제한 사항
- 광고된 TOPS는 이론적인 최대치이며, 실제 성능은 열적 여유, 작업 부하의 세부 사항, 드라이버/소프트웨어 최적화에 따라 달라진다.
- 일부 보급형 모델은 전력을 절약하고 다이 면적을 줄이기 위해 NPU 기능을 비활성화하거나 제한한다.
- 소프트웨어 생태계와 도구는 발전하는 중이며, 하드웨어 기능을 완전히 활용하기 위한 지속적인 개선이 기대된다.
같이 보기
각주
- 1 2 “AMD Unveils Next‑Gen “Zen 5” Ryzen Processors to Power Advanced AI Experiences”. 2025년 8월 24일에 확인함.
- ↑ “AMD Acquires Xilinx to Accelerate Industry Innovation”. 2025년 9월 20일에 확인함.
- ↑ “AMD Expands Commercial AI PC Portfolio to Deliver Leadership Performance Across Professional Mobile and Desktop Systems”. 2025년 8월 24일에 확인함.
- ↑ “AMD Ryzen 8040 Series "Hawk Point" Mobile Processors Announced with a Faster NPU”. 2025년 8월 24일에 확인함.
- ↑ “AMD Unveils Leadership AI Solutions at Advancing AI 2024”. 2025년 8월 24일에 확인함.
- ↑ “AMD Ryzen AI 300 Series Benchmarks and Analysis”. 2025년 9월 20일에 확인함.[깨진 링크(과거 내용 찾기)]
- ↑ Johnson, Emily. “Energy-Efficient AI Accelerators: A Comparative Study”. 2025년 8월 24일에 확인함.
- ↑ “AMD ROCm Software Platform”. 2025년 9월 20일에 확인함.
- ↑ “Windows ML Overview”. 2025년 9월 20일에 확인함.