AMD GPU 아키텍처 계보: RDNA와 CDNA

2019년 AMD는 GPU 아키텍처를 두 계열로 분리했다. RDNA는 소비자 그래픽을, CDNA는 데이터센터 컴퓨팅을 전담한다. 이전 세대인 GCN(Graphics Core Next, 2011-2019)이 그래픽과 컴퓨트를 하나의 아키텍처로 처리하던 방식에서 탈피한 것이다.

전체 타임라인

연도  | RDNA (소비자)                | CDNA (데이터센터)
------|------------------------------|--------------------------
2019  | RDNA 1 — Navi 10, RX 5700   |
2020  | RDNA 2 — Navi 21, RX 6000   | CDNA 1 — Arcturus, MI100
2021  |                              | CDNA 2 — Aldebaran, MI200
2022  | RDNA 3 — Navi 31, RX 7000   |
2023  |                              | CDNA 3 — Aqua Vanjaram, MI300
2024  |                              | CDNA 3 — MI325X (HBM3e 탑재)
2025  | RDNA 4 — Navi 48, RX 9000   | CDNA 4 — MI350 (발표)

RDNA 1 (2019) — Navi 10

GCN의 가장 큰 문제는 캐시 계층이었다. GCN은 CU 간 L1 캐시를 공유하지 않아 스레드 간 데이터 공유 비용이 높았다.

RDNA 1은 WGP(Work Group Processor)를 도입했다. CU 2개를 묶어 L1 캐시(128KB)를 공유하는 단위다.

GCN                         RDNA 1
┌──┐ ┌──┐ ┌──┐ ┌──┐        ┌────────────┐ ┌────────────┐
│CU│ │CU│ │CU│ │CU│        │    WGP     │ │    WGP     │
│L1│ │L1│ │L1│ │L1│        │ CU0 | CU1 │ │ CU0 | CU1 │
└──┘ └──┘ └──┘ └──┘        │  L1 128KB  │ │  L1 128KB  │
각 CU 전용 L1, 공유 없음       └────────────┘ └────────────┘

주요 특징:

• 소비자 GPU 최초 PCIe 4.0 채택
• L2: 4MB (셰이더 엔진당 분리)
• RX 5700 XT: 40 CU, 2560 SP, GDDR6 8GB 256-bit

RDNA 2 (2020) — Navi 21

RDNA 2의 두 가지 핵심 추가는 레이 트레이싱과 Infinity Cache다.

Ray Accelerator

AMD 소비자 GPU 최초의 하드웨어 레이 트레이싱 가속 유닛. CU당 1개 탑재. 박스 교차 판정(BVH 순회)을 고정 기능 하드웨어로 처리한다.

Infinity Cache

128MB의 온다이 L3 캐시(Navi 21 기준). 목적은 외부 GDDR6 대역폭을 아끼는 것이다.

GDDR6 실제 대역폭: 512 GB/s (256-bit × 16 Gbps)
Infinity Cache 유효 대역폭: ~1,664 GB/s (128MB 히트 시 내부 로컬 읽기)
→ 히트율에 따라 유효 대역폭이 3배 이상 올라감

Infinity Cache는 대역폭이 부족한 GDDR6를 보완해 당시 HBM2를 쓰는 경쟁 제품과 비슷한 실효 대역폭을 확보했다.

주요 특징:

• DirectX 12 Ultimate 지원 (Mesh Shader, VRS, Sampler Feedback 포함)
• Smart Access Memory(SAM): CPU가 GPU VRAM 전체를 직접 주소 지정 (Resizable BAR)
• Xbox Series X, PlayStation 5 SoC도 RDNA 2 기반
• RX 6900 XT: 80 CU, 5120 SP, 128MB Infinity Cache, GDDR6 16GB

CDNA 1 (2020) — Arcturus, MI100

CDNA 1은 GCN에서 그래픽 파이프라인을 완전히 제거한 컴퓨트 전용 아키텍처다.

Matrix Core

Matrix Core는 CDNA 1의 핵심 추가다. NVIDIA의 Tensor Core와 같은 역할로, INT8, INT4, BF16, FP16 행렬 연산을 전용 하드웨어로 가속한다.

CDNA 1 CU 구조:
┌──────────────────────────────────────┐
│  4 × SIMD32 (FP32/FP64 벡터 연산)    │
│  4 × Matrix Core (INT8/BF16 행렬)    │
│  LDS (Local Data Share)              │
└──────────────────────────────────────┘

주요 특징:

• 그래픽 파이프라인 없음 (디스플레이 출력 없음)
• FP64 벡터: 11.5 TFLOPS
• BF16 Matrix (Matrix Core): 184.6 TFLOPS
• HBM2: 32GB, 1.23 TB/s
• Infinity Fabric 2.0 (노드 간 연결)

CDNA 2 (2021) — Aldebaran, MI200

CDNA 2는 AMD GPU 최초의 MCM(Multi-Chip Module) 설계다. 두 개의 GPU 다이를 하나의 OAM 패키지에 집적한다.

MI250X OAM 패키지:
┌─────────────────────────────────────┐
│  ┌────────────┐    ┌────────────┐   │
│  │  GCD Die 0 │◄──►│  GCD Die 1 │   │
│  │  110 CU    │    │  110 CU    │   │
│  │  HBM2e ×2  │    │  HBM2e ×2  │   │
│  └────────────┘    └────────────┘   │
│      Infinity Fabric (다이 간)       │
└─────────────────────────────────────┘
         총 220 CU, 128GB HBM2e

주요 특징:

• 2-다이 MCM: 다이당 110 CU, 합산 220 CU
• HBM2e: 128GB, 3.2 TB/s 총 대역폭
• FP64 Matrix Core 추가 (CDNA 1 대비 FP64 행렬 가속 지원)
• FP64 벡터: 47.9 TFLOPS, FP64 행렬: 95.7 TFLOPS, BF16: 383 TFLOPS
• Frontier 슈퍼컴퓨터 채택: MI250X 기반 세계 최초 엑사스케일 시스템 (2022년 6월, Top500 1위)

RDNA 3 (2022) — Navi 31

RDNA 3은 AMD 소비자 GPU 최초의 칩렛(Chiplet) 설계다. 단일 다이 대신 역할에 따라 다이를 분리했다.

Navi 31 패키지 구성:
┌─────────────────────────────────────────────────────┐
│                                                     │
│  ┌───────────────────────────────────────────────┐  │
│  │          GCD (Graphics Compute Die, 5nm)      │  │
│  │   Shader Engine × 12, Compute Unit × 96       │  │
│  └───────────────────────────────────────────────┘  │
│                                                     │
│  ┌───────┐ ┌───────┐ ┌───────┐ ┌───────┐ ┌───────┐ ┌───────┐  │
│  │ MCD 0 │ │ MCD 1 │ │ MCD 2 │ │ MCD 3 │ │ MCD 4 │ │ MCD 5 │  │
│  │16MB IC│ │16MB IC│ │16MB IC│ │16MB IC│ │16MB IC│ │16MB IC│  │
│  │MC 64b │ │MC 64b │ │MC 64b │ │MC 64b │ │MC 64b │ │MC 64b │  │
│  └───────┘ └───────┘ └───────┘ └───────┘ └───────┘ └───────┘  │
│      Infinity Fabric로 GCD와 각 MCD 연결                        │
└─────────────────────────────────────────────────────────────────┘

• GCD: 컴퓨트 전담. RDNA 3 셰이더 코어, Ray Accelerator, 지오메트리 엔진
• MCD(Memory Cache Die): Infinity Cache 16MB + 64-bit 메모리 컨트롤러. 6개 합산 96MB Infinity Cache, 384-bit 인터페이스

이 분리의 장점은 수율이다. 5nm 공정의 고수율이 필요한 컴퓨트 다이를 작게 유지하고, 캐시와 메모리 컨트롤러는 6nm로 저비용 생산한다.

주요 특징:

• Dual-Issue 셰이더: SIMD32당 클럭당 2개 명령 동시 발행 (단순 연산 + 복잡 연산 조합)
• 2세대 Ray Accelerator (처리량 향상)
• 2세대 AI Accelerator
• DisplayPort 2.1, AV1 하드웨어 인코드
• RX 7900 XTX: 96 CU, 6144 SP, 96MB Infinity Cache, 24GB GDDR6

CDNA 3 (2023) — Aqua Vanjaram, MI300 시리즈

CDNA 3의 핵심은 CPU, GPU, HBM을 하나의 패키지에 집적하는 통합 칩렛 설계다.

MI300X: 순수 GPU 구성

8개의 XCD(eXelerate Compute Die)와 4개의 IOD(I/O Die)를 조합한다.

MI300X 패키지 (OAM):
┌─────────────────────────────────────────────────┐
│  XCD XCD XCD XCD   HBM3 HBM3 HBM3 HBM3         │
│  ─── ─── ─── ───   ─── ─── ─── ───             │
│       IOD IOD                                   │
│       IOD IOD                                   │
│  ─── ─── ─── ───   ─── ─── ─── ───             │
│  XCD XCD XCD XCD   HBM3 HBM3 HBM3 HBM3         │
└─────────────────────────────────────────────────┘
  8 XCD × 40 CU = ~304 활성 CU
  HBM3 × 8 스택 = 192GB, 5.3 TB/s

MI300A: CPU+GPU 통합 HPC APU

GPU XCD 3개와 CPU CCD(Zen 4) 3개를 동일 패키지에 집적한다. 데이터센터용 APU로는 최초다.

MI300A 패키지:
┌─────────────────────────────────────────────────┐
│  GPU XCD × 3   │  CPU CCD(Zen 4) × 3           │
│  HBM3 × 8 스택 (128GB, 5.3 TB/s)               │
└─────────────────────────────────────────────────┘

CPU와 GPU가 동일 HBM3 풀을 공유하므로 데이터 복사 없이 CPU 계산 결과를 GPU에서 직접 사용할 수 있다.

주요 특징 (MI300X):

• FP8: ~1307 TFLOPS, BF16: 1307 TFLOPS, FP64: ~163 TFLOPS
• HBM3: 192GB, 5.3 TB/s
• El Capitan 슈퍼컴퓨터 채택: 2024년 Top500 1위 (>2 EFlop/s)

MI325X (2024) — CDNA 3 메모리 업그레이드

동일한 CDNA 3 아키텍처에 HBM3 → HBM3e로 교체한 제품이다.

용량 192GB → 288GB, 대역폭 5.3 → 6.0 TB/s로 LLM 추론 컨텍스트 확장에 직접적인 영향을 준다.

RDNA 4 (2025) — Navi 48

RDNA 4는 플래그십 없이 성능(퍼포먼스) 티어에 집중한 세대다. Navi 48 다이 기반 RX 9070 XT가 최상위 제품이다.

RDNA 3의 칩렛에서 모놀리식으로 복귀했다.

주요 특징:

• 3세대 Ray Accelerator: Ray-Triangle 교차 2.5배, BVH 순회 처리량 2배(RDNA 3 대비). Instance transform + 스택 관리 전용 HW
• 2세대 AI Accelerator: FP8/INT4 지원. FSR 4(기계 학습 기반 업스케일링)를 온칩 AI 가속기로 처리
• FSR 4: AMD 최초 ML 기반 업스케일링 (RDNA 4 AI 가속기 필요)
• PCIe 5.0, DisplayPort 2.1a
• RDNA 3 대비 전력 효율 개선

CDNA 4 — MI350 시리즈 (2025)

CDNA 4 아키텍처 기반 제품이다. White paper가 공개됐으며, MI350X와 MI355X는 출하 중이다.

다이 구성

CDNA 3와 동일한 XCD 칩렛 방식이다. XCD를 5nm에서 TSMC N3P(3nm)으로 전환했다.

MI350 시리즈 패키지:
┌──────────────────────────────────────────────────────────────┐
│  XCD XCD XCD XCD    HBM3E HBM3E HBM3E HBM3E                │
│  ─── ─── ─── ───    ───── ───── ───── ─────                 │
│        IOD  IOD   (CDNA 3의 4 IOD → 2 IOD로 통합)           │
│        IOD         ← 아님, 2 IOD                            │
│  ─── ─── ─── ───    ───── ───── ───── ─────                 │
│  XCD XCD XCD XCD    HBM3E HBM3E HBM3E HBM3E                │
└──────────────────────────────────────────────────────────────┘
  8 XCD(N3P) + 2 IOD(N6) | 총 트랜지스터 1,850억
  CU: 32/XCD × 8 = 256 CU | Matrix Core: 1,024

새 정밀도 포맷: MXFP

CDNA 4의 핵심 추가 기능이다. MXFP(Microscaling Floating Point) 포맷을 도입했다.

• MXFP8 / MXFP6 / MXFP4: 블록 단위 스케일 팩터를 공유하는 저정밀도 행렬 포맷
• AI 추론에서 웨이트·활성화값을 더 작은 비트폭으로 표현, 처리량 극대화

제품 라인업

MI355X 주요 스펙

CDNA 세대별 성능 비교

RDNA 세대별 비교

두 계열 모두 칩렛 방향으로 수렴하고 있다. RDNA 3에서 GCD+MCD로, CDNA 2에서 MCM 2-다이로, CDNA 3에서 XCD × 8 + IOD 통합 패키지로 진화했다.

세대별 심화 포스트