2018년이 시작된 지도 얼마 되지 않은 시점, IT계를 발칵 뒤집는 보안 이슈가 터졌다.
인텔 CPU를 사용하는 PC에서 심각한 보안 결함이 발견된 것.
이번 기사에서는 구글 프로젝트 제로가 발표한 보안 취약점 3종 중 Variant 3 (rogue data cache load,
CVE-2017-5754), 즉 '멜트다운' 의 원인과 업데이트 이후 성능 하락의 이유, 그리고 성능이 얼마큼 하락하는지 등 여러 벤치마킹
프로그램과 게임 등으로 확인하는 시간을 가져본다.
왜 보안패치가 성능저하 가져오나?
멜트다운 로고 (출처 :
https://meltdownattack.com/)
패치 전/ 후의 성능을 확인하기 전에 우선 왜 보안 패치가 성능 하락을 가져오는지 짚고 넘어갈 필요가 있다.
멜트다운 보안 결함에 대해 간단히 설명하자면, 기본적으로 운영체제나 시스템에서 사용하는 커널 메모리 영역과 사용자 메모리 영역이 같은 단일 페이지 테이블을 참조한다.
정상적이라면 사용자 메모리 영역에서는 커널 메모리 영역의 내용을 볼 수 없어야 하지만, CPU 버그로 인해 커널 메모리 내용이 사용자에게
노출되는 것이 멜트다운 보안 결함이다.
이를 악용할 경우 공격자가 암호화된 시스템 내용뿐만 아니라 다른 사용자의 정보까지 접근할 수 있는 매우 치명적인 보안 취약점이다.
따라서 멜트다운 보안 패치는 커널 메모리와 사용자 메모리가 사용하는 페이지 테이블을 분리하는 것이 기본이며, 이에 따라 패치 후에는 사용자
메모리에서 커널 메모리의 내용을 참고할 경우 기존보다 더 많은 단계를 거쳐야 하고, 자연히 성능 하락이 발생할 수밖에 없다.
대표적인 성능 하락 부분은 SSD로 대변되는 스토리지를 포함한 I/O 분야이며, 이 외에도 메모리 성능 저하가 보고되었고, 인텔도 자체
테스트 결과 스토리지 성능 부분에서 최대 20% 가까운 성능 하락이 관측되었음을 발표한 바 있다.
멜트다운 보안결함 발견 직후 여러 분야에서 보안취약점에 대응하는 업데이트를 내놓았고 메인보드 제조사에서도 바이오스 업데이트를 배포하는 등
문제는 일단락 되는 듯 했지만, 이후 성능 하락에 대한 내용이 이슈화되고 있다.
하지만 이와 관련된 내용이 정리되지 않고 산발적으로 이야기되고 있어, 보드나라에서는 멜트다운 패치가 실제 성능에 어느 정도 영향을 주는지를
스토리지 성능 / 프로세싱 성능 / 게임성능으로 나누어 확인해 보았다
왜 인텔 코어 i3 8100을 사용했나
인텔에서 내놓은 최신의 프로세서이며, 가장 먼저 멜트다운에 대응하는 패치가 공개된 제품군이 바로 8세대 커피레이크 제품군이다.
그리고 같은 커피레이크 제품군인 코어 i7 8700k, 코어 i5 8600k 테스트보다 명확하게 성능 하락 상황을 파악할 수 있었고. 코어 i3
8100의 경우 일반 사용자들이 자주 접할 수 있는 엔트리 급 프로세서이기 때문에 이번 테스트에선 인텔의 코어 i3 8100 프로세서를
사용하였다.
테스트는 윈도우 보안패치와 메인보드 바이오스 업데이트가 적용된 상태와 이 두 가지를 적용하지 않은 상태에서 진행하였다.
인코딩과 렌더링 테스트, 최대 20% 수준 성능 하락
아마 시스템의 성능이 하락한다고 하면 가장 예민하게 반응하는 직업군은 역시 높은 사양의 PC를 사용하는 영상 업계일 것이다. 빠른 속도의
렌더링이 곧 돈과 직결되는 직업인 만큼 이번 문제가 크게 다가올 수 밖에 없으니 말이다.
인코딩 능력을 확인할 수 있는 HWBOT x265 의 테스트 결과이다.
바이오스와 윈도우 업데이트 이전 평균 28.61FPS 인코딩을 진행한 데 비해 업데이트 이후 평균 23.17FPS로 약 19%가량의 인코딩 능력
저하가 있었다. 평균적으로 5프레임을 더 처리하지 못하게 되었으며, 이 차이는 길이가 긴 영상을 인코딩할 때 걸리는 시간이 기존보다 더 늘어날
테니 작업자 입장에선 체감할 수 있는 성능 차이다.
마찬가지로 CPU를 활용한 3D 렌더링 프로그램 'Cinema 4D'의 벤치마크 프로그램인 Cinebench의 측정 결과이다.
대부분 작업환경이 멀티스레드로 이뤄진다는 가정하에 '멀티스레드' 결과를 측정했으며
3.8%가량의 성능 저하가 나타났다.
큰 수치는 아니지만 이 역시도 환경에 따라 렌더 작업에 걸리는 시간이 더 길어지는 문제로 나타날 수 있다.
스토리지 성능, NVMe SSD서 최대 20% 수준 하락
가장 화두가 되는 스토리지 테스트는 크리스탈 디스크 마크 5.2 버전과 6.0 버전을 사용, 각각 1GB, 32GB로 테스트를 진행했으며,
Anvil's SSD Benchmark와 ATTO DISK를 통해 추가 측정하였다.
먼저 대중적으로 쓰이는 크리스탈 디스크 마크 5.2.2 / 6.0 버전의 1GB 측정 결과이다.
5.2.2버전에서 4K Q32 T1 부분의 읽기 속도가 업데이트 전후 약 10%의 속도 감소가 발생했고 쓰기 속도는 14%정도 감소했다. 6.0버전에서는 결과 값의
절대치는 달라졌지만 여전히 4K Q32 T1 부분에서 읽기 속도 10%, 쓰기 속도 13%의
성능 감소가 나타났다.
ATTO 디스크 벤치마크 에서도 전반적으로 성능 하락 폭이 관찰되었으며 작게는 0.2%에서 최대 약 4%가량의 읽기/쓰기 성능 하락이
있었다.
Anvil's SSD 벤치마크에서는 일부 테스트 결과는 오히려 개선된 모습도 보이지만 측정치 대부분이 하락했으며,
4KiB 읽기 부분에서 크리스탈 디스크 마크에서와 같이 약 20% 정도의 성능 하락 폭이 나타났다.
게임에서의 성능변화, FPS보다 전략 시뮬서 크게 나타나
게임 내의 성능변화는 GPU 성능의 영향이 큰 FPS 게임 배틀그라운드, FPS 장르보다
CPU의 영향이 상대적으로 큰 실시간 전략 시뮬레이션 게임인 토탈워 : 워해머를
통해 측정하였다. 그래픽 옵션은 모두Full HD 해상도와 울트라 설정을 적용했다.
배틀그라운드의 경우 리플레이 시스템을 이용, 기존 벤치마크 기사때와 동일하게 캐릭터가 비행기에서 낙하한 직후부터 5분간 측정하였다. 최고, 최저 평균 모두 약 2FPS 가량 저하된 것을 확인할 수 있다. 사실상 오차범위 내의 차이라고 보일 수도 있겠으나 다음의 그래프를
한번 살펴보자.
업데이트 전 / 후의 실시간 프레임 변화를 비교한 그래프이며, 같은 구간일지라도 업데이트 이후 순간적인 프레임 변동 폭이 커지는 모습을 볼 수 있다. 배틀그라운드의 게임 특성상 갑작스럽게 일어나는 교전 상황에서
프레임이 더 떨어질 수 있다는 말이 된다. 이는 플레이어에게 심각한 플레이 방해 요소로 작용할 수 있다.
기존의 PC로 배틀그라운드를 즐기던 유저가 PC 사양의 변동 없이 단지 업데이트 하나만으로 플레이에 방해가 되는 요소가 추가된다면 이는
그리 달갑지 않은 소식일 것이다.
토탈워 : 워해머의 경우 최대 프레임과 평균 프레임에 큰 변화가 있었는데, 최고 프레임은 163FPS에서 155FPS로 약 4.9% 정도
하락, 평균 프레임은 102.3FPS 에서 97.6FPS로 4.5% 정도의 하락이 관찰되었다.
FPS 장르에 비해 실시간 전략 시뮬레이션 장르의 게임에서 패치 이후 성능 하락 영향이
더욱 크다는 것을 사실로 확인할 수 있었다.
사실로 드러난 성능하락, 그렇다면 다른 시스템은?
멜트다운 보안 결함이 쟁점이 되고 윈도우의 보안업데이트가 공개된 직후 엔드유저 군은 성능저하 폭을 느끼지 못할 것이라는 전망과 달리 수많은
커뮤니티 사이트에서 보안업데이트 전 / 후의 읽기, 쓰기 성능저하 및 게임 성능저하를 보여주는 수많은 벤치마킹 결과가 올라오고 있으며, 이번
커피레이크 코어 i3 8100 기반 시스템 테스트를 통해 사실로 확인되었다.
하지만 멜트다운이 커피레이크만의 문제가 아닌지라 성능 하락 파장은 여기서 그치지 않는다.
마이크로소프트에서 보안 패치를 공개하며 발표한 내용에 따르면 이번 멜트다운 패치의 성능 영향은 윈도우 8과 7등의 구형 운영체제와 하스웰
이하의 시스템에서 더욱 크게 나타난다. 사실이라면 기존 테스트가 모두 다시 수행되어야 하며, 커피레이크 이전 수년 간 인텔 CPU의 세대간
격차가 크지 않았던 것을 감안하면 성능면에서 대참사가 예상되는 대목이 아닐 수 없다.
인텔은 우선 5년내 제품에 대한 패치를 제공하고, 1월 중으로 멜트다운과 스펙터 버그 영향을 받는 모든 제품에 대한 패치를 제공하겠다고 발표했다. 해당 패치가 시스템 빌더나 메인보드 제조사측에 전달되고, 모델별로 배포되기까지 얼마나 걸릴지는 예측하기 어렵다.
하스웰과 브로드웰 시스템에서 패치 후 랜덤 재부팅 이슈가 발생했던 점을 감안하면 안정성 검증 기간도 필요하다는 것은 쉽게 짐작할 수 있을
것이다.
보드나라에서는 향후 멜트다운 패치 상황을 주목하고 커피레이크 외에 기존 세대 CPU의 성능이 어느 정도 영향을 받는지 확인할 것을
약속드린다.
[영상] 메인보드 제조사가 인텔과 AMD 중 선호하는 곳은?,한국 메인보드 시장 완전정복 
