64bit CPU의 장점 (2)

대용량 데이터의 처리가 빨라짐

제목에서 대용량 데이터라고 말은 했지만, 정확하게 정의를 하자면 '64bit 데이터 연산 속도의 향상'이라고 해야 할 듯 하다. 64bit CPU의 경우 데이터를 64bit 단위로 처리할 수 있다. 이는 32bit CPU에 비해 (큰 크기의) 데이터 처리의 능력이 향상됨을 의미한다.

특히, 32bit 이상으로 표시해야 하는 수의 연산이나, 고정밀도의 과학 연산등에서 32bit CPU에 비해 매우 높은 처리 성능을 보여줄 수 있는데, 이는 32bit CPU와 64bit CPU가 32bit를 넘어서는(그리고 64bit 이하 크기의) 데이터를 처리하는 방법이 다르기 때문이다.

간단하게 네자리 계산기와 여덟자리 계산기를 사용하여 여덟자리 숫자 두 개를 더하는 과정을 통해 32bit CPU와 64bit CPU간의 처리 속도의 차이를 설명하도록 하겠다. (32bit, 64bit에 해당되는 큰 숫자를 이용하면 너무 복잡해서 간단히 설명이 가능한 네자리와 여덟자리 숫자를 사용하였다.)

계산 식은 다음과 같다 : 12345678 + 87654321

우선, 네자리 숫자를 계산할 수 있는 계산기를 통해 여덟자리 숫자 두 개를 더하는 과정에 대해 살펴보자. 네자리 숫자를 계산할 수 있는 계산기는 여덟자리 숫자를 한번에 표현하지 못한다. 그렇기 때문에 네자리를 넘어서는 숫자는 네자리씩 잘라서 계산을 해야 한다. 즉, 제약에 의해 여덟자리 숫자는 네자리 숫자 두 개로 나뉘어져서 계산을 해야 한다는 것이다.

첫 번째 계산 과정은 아래 네자리 숫자의 덧셈 과정이다. 즉, 첫 번째 숫자의 5678 부분과 두 번째 숫자의 4321 부분을 서로 더하는 과정이다. 이 과정은 두 수 모두 네자리이기 때문에 네자리를 표현할 수 있는 계산기로 충분히 실행이 가능하다.

두 번째 계산 과정은 첫 번째 계산 과정의 결과를 다른 곳에 저장하는 것이다. 계산기는 방금 한 계산의 결과 이외에는 저장을 하지 않기 때문에 두 개 이상의 계산 결과를 다시 사용하기 위해서는 다른 곳에 저장을 해 두어야만 한다.

세 번째 계산 과정은 위 네자리 숫자의 덧셈 과정이다. 즉, 첫 번째 숫자의 1234 부분과 두 번째 숫자의 8765 부분을 서로 더하는 과정이다.

네 번째 계산 과정은 세 번째 계산 과정의 결과를 다른 곳에 저장하는 것이다. 이유는 두 번째 계산 과정에서 설명한 것과 동일하다.

마지막인 다섯 번째 계산 과정은 네 번째 계산 과정에서 저장한 숫자와 두 번째 계산 과정에서 저장한 숫자를 합쳐서(더하는 것이 아니다!) 결과값을 만들어 내는 것이다.

네자리 숫자를 표현할 수 있는 계산기를 사용하면 이런 복잡한 계산 과정을 거쳐야 하는 여덟 자리 숫자의 덧셈. 하지만 여덟 자리를 표현할 수 있는 계산기로는 한번의 계산 과정으로 모든 계산이 종료된다. 바로 첫 번째 숫자와 두 번째 숫자를 더하기만 하면 되는 것이다. 그 이유는 계산기가 여덟 자리 숫자를 바로 계산할 수 있기 때문에 숫자를 자르고 따로 계산한 뒤에 다시 합치는 과정이 필요없기 때문이다. 이를 표현한 것이 아래 일러스트다.

위에서 예를 든 덧셈의 경우는 매우 간단한 연산이기 때문에 64bit CPU와 32bit CPU간의 성능 차이가 크게 발생하지 않는다. 하지만 연산자가 곱셈이나 나눗셈 연산자로 변할 경우에는 상당히 큰 성능 차이가 발생하게 된다.

이러한 64bit 데이터 연산 속도의 향상으로 인해 단위가 큰 숫자를 다루는 영역에서는 높은 비율의 성능 향상이 가능하게 된다.