X3D와 1% Low란? CPU 캐시·CCD와 FHD 고주사율 쉽게 이해하기

게임용 CPU의 성능표를 보다 보면 평균 FPS만으로는 설명하기 어려운 단어들이 등장한다.
X3D, L3 캐시, CCD, 1% Low, 프레임타임 같은 표현들이다.

평균 프레임이 더 높은 CPU가 있는데도 실제 게임에서는 다른 CPU가 더 부드럽게 느껴질 수 있고, 코어가 16개인 CPU보다 8코어 CPU가 게임에서 더 높은 성능을 보여주기도 한다.

FHD에서 큰 차이를 보이던 CPU들이 QHD나 4K에서는 비슷한 프레임을 기록하는 경우도 있다.

이런 결과는 벤치마크가 잘못됐기 때문이 아니다.
CPU의 게임 성능은 단순히 코어 수와 최고 작동 속도만으로 결정되지 않기 때문이다.

앞선 글에서는 AMD Ryzen CPU의 세대와 등급, Intel CPU 세대와 등급, 그리고 AMD와 Intel 게임용 CPU 비교를 각각 살펴봤다.
이번 마지막 편에서는 특정 브랜드와 제품을 다시 추천하기보다, CPU 벤치마크에 등장하는 숫자가 실제 게임 플레이에서 무엇을 의미하는지 알아보려 한다.

평균 FPS는 전체 속도를 보여준다

FPS는 1초 동안 몇 장의 화면을 만들어냈는지를 나타낸다.

• 60FPS는 1초에 약 60장
• 144FPS는 1초에 약 144장
• 240FPS는 1초에 약 240장

평균 FPS는 일정한 구간을 플레이하면서 만들어진 프레임 수를 평균 낸 값이다.
전체적인 성능을 한눈에 비교하기에는 편리하지만, 플레이 도중 프레임이 얼마나 일정하게 유지됐는지는 충분히 보여주지 못한다.

예를 들어 어떤 CPU가 대부분의 구간에서 220FPS를 기록하다가 복잡한 장면에서 70FPS까지 떨어졌다고 생각해보자.
다른 CPU는 최고 프레임은 조금 낮지만 대부분의 구간이 180~190FPS 사이에서 유지될 수 있다.

첫 번째 CPU의 평균 FPS가 더 높게 나오더라도 실제로는 두 번째 CPU가 더 안정적이고 부드럽게 느껴질 수 있다.
이 차이를 확인하기 위해 사용하는 대표적인 지표가 1% Low와 프레임타임이다.

1% Low는 순간적으로 느려지는 구간을 보여준다

1% Low는 보통 측정된 프레임 가운데 가장 느렸던 1% 구간을 평균 FPS 형태로 나타낸 값이다.
쉽게 말하면 게임이 평소에는 잘 돌아가다가 복잡한 장면에서 어느 정도까지 느려지는지를 보여주는 지표에 가깝다.

CPU	평균 FPS	1% Low
CPU A	210FPS	92FPS
CPU B	198FPS	148FPS

CPU A는 평균 FPS가 더 높다.
하지만 복잡한 전투나 새로운 지역으로 이동하는 순간에는 프레임이 크게 떨어질 가능성이 있다.

CPU B는 평균 FPS가 12FPS 낮지만 느린 구간에서도 148FPS 정도를 유지한다.
실제 플레이에서는 CPU B가 더 일정하고 부드럽게 느껴질 수 있다.

다만 1% Low를 계산하는 세부 방식은 측정 프로그램과 리뷰 매체에 따라 조금씩 다를 수 있다.
서로 다른 사이트의 숫자를 직접 섞어 비교하기보다 같은 테스트 환경 안에서 CPU끼리 비교하는 편이 좋다.
PresentMon과 이를 기반으로 한 측정 도구도 프레임 지속시간과 퍼센타일 통계를 이용해 평균 FPS만으로는 드러나지 않는 순간적인 프레임 저하를 분석한다.

프레임타임은 화면 한 장을 만드는 시간이다

FPS가 초당 프레임 수라면, 프레임타임은 화면 한 장을 만드는 데 걸린 시간이다.

목표 프레임	한 프레임에 사용할 수 있는 시간
60FPS	약 16.7ms
120FPS	약 8.3ms
144FPS	약 6.9ms
240FPS	약 4.2ms
360FPS	약 2.8ms

60FPS에서는 한 장을 만드는 데 약 16.7밀리초를 사용할 수 있다.
240FPS에서는 한 장을 약 4.2밀리초 안에 만들어야 한다.

프레임타임이 계속 6~7ms 정도로 유지되다가 한 프레임만 갑자기 30ms가 걸리면 화면이 잠시 멈칫한 것처럼 느껴질 수 있다.
평균 FPS는 여전히 높게 계산될 수 있지만 플레이어는 그 짧은 지연을 체감한다.

그래서 자세한 벤치마크에서는 평균 FPS와 1% Low뿐 아니라 시간에 따른 프레임타임 그래프도 함께 보여준다.
그래프가 비교적 일정하면 프레임이 고르게 전달된 것이고, 선이 위로 크게 솟는 구간이 반복되면 순간적인 끊김이 발생했을 가능성이 있다.
프레임 분석 도구에서는 주변 프레임보다 처리 시간이 크게 늘어난 구간을 확인해 순간적인 스터터가 발생했는지 판단할 수 있다.

CPU 캐시는 자주 쓰는 데이터를 올려두는 작업대다

CPU는 게임에 필요한 데이터를 시스템 메모리에서 가져와 계산한다.
하지만 CPU가 계산하는 속도에 비해 메모리까지 데이터를 가져오는 과정은 상대적으로 오래 걸린다.
그래서 CPU 내부에는 자주 사용하는 데이터를 임시로 보관하는 고속 저장 공간이 들어 있고 이것을 캐시라 부른다.

캐시는 일반적으로 L1, L2, L3로 나뉜다.

캐시	특징
L1	용량은 작지만 CPU 코어와 가장 가까워 매우 빠름
L2	L1보다 크고 조금 더 멀리 위치함
L3	용량이 가장 크며 여러 코어가 함께 활용함

책을 읽으며 공부하는 상황에 비유하면 시스템 메모리는 책이 보관된 책장이고, 캐시는 지금 필요한 책과 자료를 펼쳐놓은 책상에 가깝다.

필요한 자료가 책상 위에 있으면 바로 사용할 수 있다.
하지만 책상 위에 없다면 자리에서 일어나 책장까지 가서 다시 가져와야 한다.

게임에서 자주 사용하는 데이터가 L3 캐시에 남아 있으면 CPU가 시스템 메모리에 접근하는 횟수를 줄이는 데 도움이 될 수 있다.

X3D는 단순한 고클럭 제품이 아니다

AMD Ryzen 이름 뒤에 붙는 X3D는 3D V-Cache가 적용됐다는 뜻이다.
일반 CPU에도 L3 캐시가 있지만 X3D 제품은 추가 캐시를 수직으로 쌓아 더 큰 L3 캐시를 제공한다.

일반 CPU가 비교적 작은 책상을 사용한다면 X3D는 더 넓은 책상을 사용하는 것과 비슷하다.
책상이 넓으면 자주 사용하는 자료를 더 많이 펼쳐둘 수 있고, 책장까지 다시 다녀오는 횟수를 줄일 가능성이 커진다.

그렇다고 캐시가 세 배로 늘어나면 모든 게임의 프레임도 세 배가 되는 것은 아니다.
게임마다 반복해서 사용하는 데이터의 양과 처리 방식이 다르기 때문이다.
추가 캐시를 잘 활용하는 게임에서는 평균 FPS와 1% Low가 모두 좋아질 수 있지만, 그래픽카드가 이미 성능을 제한하거나 게임이 추가 캐시를 충분히 활용하지 못한다면 차이가 작게 나타날 수도 있다.

CCD란 무엇일까

Ryzen CPU의 구조를 이해할 때는 CCD라는 단어도 알아두면 좋다.
CCD는 CPU 코어와 L3 캐시가 들어 있는 계산용 칩렛이다.

여기서 중요한 것은 CCD의 수가 많다고 무조건 게임에 유리한 것은 아니라는 점이다.
게임에 필요한 코어와 데이터가 하나의 CCD 안에서 처리되면 구조가 비교적 단순하다.
반면 작업이 두 개의 CCD에 나뉘고 서로 데이터를 주고받아야 한다면 CCD 사이의 통신 과정이 추가될 수 있다.

이 차이를 쉽게 보기 위해 Ryzen 7 9850X3D, Ryzen 9 9950X3D, Ryzen 9 9950X3D2, Ryzen 9 9900X의 구조를 그림으로 비교해보자.

그림에서 표시한 캐시는 L3 캐시만을 기준으로 한 것이다.

더 자세히 설명한다면 9950X3D2는 L3 캐시가 192MB이며 L2 캐시 16MB까지 합친 전체 캐시는 208MB다.
그림에 표시된 192MB와 제품 설명에 등장하는 전체 캐시 208MB는 서로 다른 기준이므로 혼동하지 않아야 한다.
AMD 공식 사양상 9850X3D는 8코어·16스레드와 L3 96MB, 9950X3D는 16코어·32스레드와 L3 128MB, 9900X는 12코어·24스레드와 L3 64MB를 갖는다.
9950X3D2는 16코어·32스레드와 L3 192MB, 전체 캐시 208MB 구성이다.

9850X3D는 한 공간에 8코어와 캐시가 모여 있다

9850X3D는 계산용 CCD 하나에 8개의 코어와 96MB의 L3 캐시가 들어 있는 구조다.
게임 스레드와 게임 데이터가 하나의 CCD 안에서 처리되기 쉬워 구조가 단순하다.

이를 방에 비유하면 큰 작업대 하나가 놓인 방에 직원 8명이 함께 일하는 모습과 비슷하다.
직원들이 같은 방에서 같은 작업대를 사용하기 때문에 옆방으로 이동해 자료를 주고받을 필요가 적다.

그렇다고 9850X3D가 모든 상황에서 16코어 제품보다 빠르다는 의미는 아니다.
게임처럼 하나의 8코어 CCD 안에서 충분히 처리할 수 있는 작업에서 구조적인 장점이 생길 수 있다는 뜻에 가깝다.

9950X3D는 서로 성격이 다른 두 공간을 사용한다

9950X3D에는 두 개의 8코어 CCD가 있다.
그림처럼 단순화하면 한쪽은 96MB L3 캐시를 갖춘 X3D CCD이고, 다른 한쪽은 32MB L3 캐시를 갖춘 일반 CCD다.
게임처럼 대용량 캐시에 유리한 작업은 X3D CCD를 우선 활용하고, 백그라운드 작업이나 많은 코어가 필요한 작업에는 다른 CCD까지 사용할 수 있는 구조다.

여기서 주의할 점이 있다.
게임 데이터가 96MB 캐시를 통과한 뒤 반드시 32MB 캐시로 이동하는 것은 아니다.
두 CCD가 일렬로 연결된 관문처럼 동작하는 것이 아니라 서로 옆에 있는 두 개의 작업 공간에 가깝다.

AMD 칩셋 드라이버에는 3D V-Cache Performance Optimizer가 포함되어 있어 운영체제가 X3D 제품의 작업 배치를 최적화하도록 돕는다.
다만 게임 스레드나 데이터가 두 CCD에 걸쳐 나뉘고 서로 결과를 주고받아야 하는 상황에서는 단일 CCD보다 추가 통신이 필요할 수 있다.

9950X3D2는 양쪽 작업대가 모두 크다

9950X3D2는 9950X3D와 마찬가지로 8코어 CCD가 두 개 들어 있다.
차이는 두 CCD 모두에 3D V-Cache가 적용됐다는 점이다.

9950X3D처럼 캐시가 많은 CCD와 일반 CCD를 구분할 필요가 줄어들고, 어느 CCD에서 작업하더라도 대용량 캐시를 활용할 수 있다.
특히 많은 코어와 많은 캐시를 함께 활용하는 컴파일, 시뮬레이션과 메모리 의존도가 높은 작업에서 의미가 커질 수 있다.
AMD도 9950X3D2를 양쪽 칩렛 모두에 3D V-Cache가 적용된 제품으로 소개하며, 개발자와 제작자의 캐시 집약적 작업을 주요 용도로 설명한다.

그러나 9950X3D2도 여전히 CCD가 두 개다.
양쪽 작업대가 모두 커졌다고 해도 두 방의 직원이 같은 자료를 계속 주고받아야 한다면 방 사이를 이동하는 과정은 남는다.
따라서 캐시가 가장 많다는 이유만으로 모든 게임에서 가장 빠르다고 단정할 수는 없다.

9900X는 두 개의 일반 CCD에 작업을 나눈다

9900X는 총 12코어이며, 그림에서는 6코어 CCD 두 개로 나뉘어 있다.
각 CCD에는 일반적인 32MB L3 캐시가 들어 있어 총 L3 캐시는 64MB다.

9900X의 핵심은 X3D처럼 대용량 캐시를 이용한 게임 특화가 아니라, 12개의 코어를 이용해 여러 작업을 처리하는 데 있다.
렌더링이나 인코딩처럼 여러 코어를 장시간 활용하는 작업에서는 추가 코어가 의미를 가질 수 있다.

반대로 하나의 CCD와 대용량 캐시를 잘 활용하는 게임에서는 8코어 X3D 제품이 더 유리하게 나타날 수 있다.

CCD가 하나면 무조건 빠른 것은 아니다

단일 CCD 구조는 게임에 필요한 작업을 한곳에 모으기 쉽다는 장점이 있다.
하지만 CCD가 하나라고 모든 작업이 빨라지는 것은 아니다.

8코어보다 많은 코어를 활용하는 렌더링이나 영상 인코딩에서는 두 개의 CCD와 12코어 또는 16코어를 갖춘 제품이 훨씬 많은 작업을 동시에 처리할 수 있다.

결국 중요한 것은 사용하려는 프로그램이 어떤 자원을 필요로 하는가다.

작업 특성	유리할 가능성이 있는 구조
8코어 안에서 처리되는 게임	단일 X3D CCD
게임과 백그라운드 작업 병행	X3D CCD와 추가 CCD
많은 코어와 캐시를 함께 활용	듀얼 X3D CCD
캐시보다 코어 수가 중요한 작업	일반 다중 CCD

CCD 구조는 CPU의 성격을 이해하는 기준이지, 단독으로 성능 순위를 결정하는 숫자는 아니다.

X3D가 1% Low에 도움이 될 수 있는 이유

게임 도중 필요한 데이터가 캐시에 없으면 CPU는 시스템 메모리에서 데이터를 가져와야 한다.
평소에는 문제가 없더라도 많은 캐릭터와 오브젝트가 한꺼번에 등장하거나 새로운 지역의 데이터를 처리하는 순간에는 기다리는 시간이 늘어날 수 있다.

대용량 캐시는 자주 사용하는 데이터를 CPU 가까이에 더 많이 보관해 이런 대기 시간을 줄이는 데 도움을 줄 수 있다.
그래서 X3D의 효과가 평균 FPS보다 1% Low나 프레임타임 안정성에서 더 눈에 띄는 게임도 있다.

하지만 모든 끊김을 캐시로 해결할 수 있는 것은 아니다.
다음과 같은 문제도 순간적인 프레임 저하를 만들 수 있다.

• 게임 자체의 최적화
• 셰이더 컴파일
• 새로운 지역과 텍스처 로딩
• 저장장치 지연
• 메모리 용량 부족
• 백그라운드 프로그램
• 그래픽 드라이버 문제
• 온라인 게임의 네트워크 지연

최신 X3D CPU로 교체해도 게임 자체에서 발생하는 스터터까지 모두 사라지는 것은 아니다.

FHD 고주사율에서 CPU 차이가 드러나는 이유

FHD가 CPU에 특별히 더 무거운 해상도라서 CPU 차이가 커지는 것은 아니다.
해상도가 낮아지면 그래픽카드가 한 프레임을 더 빨리 그릴 수 있고, 그만큼 CPU도 더 짧은 시간 안에 다음 프레임을 준비해야 한다.

60FPS에서는 한 프레임에 약 16.7ms를 사용할 수 있지만, 240FPS에서는 약 4.2ms, 360FPS에서는 약 2.8ms밖에 사용할 수 없다.
CPU가 한 프레임을 준비하는 데 5ms가 필요하다면 60FPS나 144FPS에서는 문제가 없을 수 있다.
하지만 240FPS 이상을 목표로 할 때는 CPU가 프레임 속도를 제한하는 원인이 될 수 있다.

즉, FHD가 CPU의 작업량을 직접 늘리는 것이 아니라 GPU의 부담을 줄여 원래 숨어 있던 CPU의 한계를 더 잘 드러내는 것이다.
이 때문에 CPU 벤치마크에서는 제품 사이의 차이를 확인하기 위해 매우 강한 그래픽카드와 FHD 해상도를 사용하는 경우가 많다.

CPU 병목은 전체 사용률만으로 판단할 수 없다

게임 중 CPU 사용률이 50%라고 해서 CPU가 충분하다고 단정할 수는 없다.
8코어 CPU에서 게임의 핵심 스레드를 처리하는 한두 코어만 한계에 도달하고 다른 코어가 쉬고 있다면 전체 사용률은 낮게 표시될 수 있기 때문이다.

CPU 병목을 의심할 수 있는 신호는 다음과 같다.

• 그래픽 옵션이나 해상도를 낮춰도 FPS가 거의 올라가지 않음
• 프레임 제한을 풀었는데도 그래픽카드 사용률이 계속 낮음
• 특정 CPU 코어의 사용률이 매우 높게 유지됨
• 대도시나 대규모 전투에서 프레임이 크게 떨어짐
• 더 강한 그래픽카드로 바꿔도 FPS 변화가 작음

다만 수직 동기화, 프레임 제한, 게임 엔진의 최대 프레임과 로딩 구간 때문에 그래픽카드 사용률이 낮게 보일 수도 있다.
한 가지 숫자만 보고 병목을 판단하기보다 GPU 사용률, 코어별 사용률, 프레임타임과 게임 설정을 함께 확인해야 한다.

CPU 벤치마크는 이렇게 읽으면 된다

CPU 리뷰를 볼 때는 가장 높은 평균 FPS 막대 하나만 보는 것보다 다음 순서로 확인하는 편이 좋다.

평균 FPS

전체적인 속도를 확인한다.

1% Low

복잡한 장면에서 프레임이 얼마나 안정적으로 유지되는지 확인한다.

프레임타임 그래프

순간적으로 크게 느려지는 프레임이 반복되는지 확인한다.

테스트 해상도와 그래픽 옵션

FHD 낮은 옵션 테스트인지, 실제 사용할 QHD·4K 설정인지 확인한다.

사용한 그래픽카드

CPU 차이를 확인하기 위해 어느 정도로 강한 그래픽카드를 사용했는지 확인한다.

여러 게임의 결과

한 게임에서 빠른 CPU가 모든 게임에서 빠른 것은 아니다.

동일한 테스트 안에서 비교

서로 다른 리뷰 사이트의 숫자보다 같은 리뷰의 동일 조건 결과를 비교한다.

흔히 오해하기 쉬운 부분

오해	실제 의미
평균 FPS가 높으면 무조건 더 부드럽다	1% Low와 프레임타임도 함께 봐야 한다
X3D는 모든 프로그램에서 가장 빠르다	캐시를 잘 활용하는 게임과 작업에서 강점이 크다
캐시가 두 배면 게임도 두 배 빨라진다	게임마다 캐시 활용도가 다르다
코어가 많으면 게임도 같은 비율로 빨라진다	게임이 실제 활용하는 코어와 스레드 수가 중요하다
9950X3D는 게임이 두 캐시를 차례로 통과한다	두 CCD는 직렬 관문이 아니라 병렬 작업 공간이다
9950X3D2는 캐시가 가장 많으니 모든 게임에서 가장 빠르다	듀얼 CCD 통신과 게임의 코어 활용 방식에 따라 결과가 달라진다
CPU 사용률이 낮으면 CPU 병목이 아니다	핵심 코어 일부만 한계에 도달할 수 있다

숫자의 의미를 알면 CPU 선택이 쉬워진다

평균 FPS는 게임의 전체적인 속도를 보여준다.
1% Low는 느린 구간에서 프레임이 얼마나 유지되는지를 보여주고, 프레임타임은 화면 한 장이 만들어지는 시간을 보여준다.
CPU 캐시는 자주 사용하는 데이터를 코어 가까이에 보관하는 공간이다.
X3D는 이 L3 캐시를 크게 늘려 일부 게임에서 메모리 접근을 줄이고 평균 FPS와 프레임 유지력을 높이는 데 도움을 줄 수 있다.

CCD 구조도 중요하다.
9850X3D는 8코어와 대용량 캐시가 한 CCD에 모여 있어 게임 스레드를 한곳에서 처리하기 쉽다.
9950X3D는 대용량 캐시 CCD와 일반 CCD를 함께 사용해 게임과 다중 코어 작업 사이의 균형을 노린다.
9950X3D2는 두 CCD 모두에 대용량 캐시를 적용해 16코어 전체가 많은 캐시를 활용할 수 있도록 설계됐다.
9900X는 두 개의 일반 CCD와 12코어를 이용해 전반적인 다중 코어 작업 처리에 초점을 둔다.

어느 구조가 무조건 가장 좋다고 말할 수는 없다.

게임만 하는지, 높은 프레임을 목표로 하는지, 여러 코어를 사용하는 작업을 함께 하는지에 따라 적합한 구조가 달라진다.

좋은 게임용 CPU는 제품명에 가장 큰 숫자가 붙은 CPU가 아니다.
자신이 사용하는 해상도와 모니터 주사율, 주로 하는 게임과 실제 벤치마크에서 충분한 평균 FPS와 안정적인 1% Low를 제공하는 CPU가 좋은 선택이다.

이 글로 게임용 CPU 가이드 4편을 마무리한다.

첫 번째 글에서는 AMD Ryzen의 세대와 등급을 살펴봤고, 두 번째 글에서는 Intel Core와 Core Ultra의 명칭을 정리했다.

세 번째 글에서는 실제 게임용 PC를 기준으로 AMD와 Intel의 선택 기준을 비교했다.

마지막 글에서는 평균 FPS와 1% Low, 프레임타임, X3D와 CCD 구조가 게임 성능에 어떤 영향을 줄 수 있는지 살펴봤다.

처음에는 복잡하게 보이는 CPU 벤치마크도 평균 FPS 하나가 아니라 프레임 유지력과 구조를 함께 보기 시작하면 훨씬 쉽게 이해할 수 있다.