[리뷰] 허큘리스, Prophet 4500(KYRO II)-레이아웃/기능

강한민족/highend1@technoa.co.kr

레이아웃

제품의 기판은 기존 허큘리스 GeForce2 계열을 그대로 따라가는 청록색 PCB다. 흔히 기가바이트 메인보드에서 이와 동일한 색상의 메인보드를 출시하고 있다 사용자에게는 상당히 친근한 색이며, 최근들어 여러 업체에서 메인보드 기판에 검은색이나 빨간색, 청록색 등의 색을 칠하고 등장하고 있어 그다지 낯설지 않다. 제품 기판의 크기는 기존 INNO3D의 KYRO2000을 통해서 알아봤던 제품과 조금 다른 구성을 가진다. 제품의 한 가운데에는 역시 청록색의 히트싱크에 검은색의 팬을 가진 액티브 히트싱크가 장착되어있어 눈길을 끌며, 제품의 가장자리에는 삼성의 5ns의 메모리가 장착되어있다.

아웃풋은 단순한 D-Sub 포트 뿐이지만 레이아웃 상에는 TV-OUT 단자와 DVI 포트를 위한 설계가 되어있다. 이것은 추후에 확장 아웃풋 단자를 가진 제품이 출시될 가능성이 있음을 알아볼 수 있는 것이다. 물론, PowerVR3 시리즈는 트윈뷰나 듀얼헤드, 혹은 히드라비전과 같은 멀티 디스플레이는 지원하지 않는다. 사용자의 입장에서는 아쉬운 것이 사실이지만 아직까지 대부분의 그래픽 카드가 제대로 지원하고 있지 않으므로 그다지 흠이 될 것은 없다. 하지만 역시나 허큘리스 정도의 회사라면 DVI포트 등을 가지고 있으면 좋지 않을까 하는 생각이다.

KYRO2 칩
(그림을 클릭하시면 큰 그림을 보실 수 있습니다)

쿨러를 제거하면 KYRO 2 칩을 볼 수 있다. 기존 KYRO 칩에서 그다지 크게 바뀐 것이 없는 KYRO2의 그래픽 칩은 0.18 미크론 공정의 제품인만큼 열이 적은 편이다. 기존의 KYRO 제품에서 엄청난 열이 발생했고, 그로 인해 쿨링에 각별한 주의를 요했던 것과는 달리 상당히 안정적 수준의 열이 발생하는 것을 볼 수 있었다. (역시 기술은 좋은 것이다 ^_^;)

기능

KYRO1과 2의 의 하드웨어적인 스펙을 표로 간단히 나타냈다. 사실 클럭의 상승으로 인한 성능향상을 제외하고는 램댁이 상승했다는 것 외에 어떠한 변화는 보이지 않는다. 그러나 분명히 NVIDIA가 GeForce2 GTS의 몇 가지 기능을 제외하고 GeForce2 MX를 출시했고, 또 아무런 변화없이 GeForce2 ULTRA 제품을 출시했던 것과 마찬가지로 클럭의 상승은 어떠한 식으로든 성능의 향상을 가지고 올 것이 분명하다.

메모리는 삼성의 5ns Single Data Rate RAM을 장착하고 있다. 현재 대부분의 그래픽 카드가 DDR 메모리를 장착하고 있는 것과 조금은 다른 모습이다. 아무래도 설계가 오래된 제품이고, 그 당시에는 DDR의 메모리 장착이 일반화되지 않은 시점이었다는 것이 SDR 메모리를 장착한 이유일 것이다. 아니면 메모리 구조가 타일렌더 구조로 인하여 DDR을 필요로 하지 않을 만큼 자신이 있다는 것일 수도 있겠지만 아무래도 전자일 가능성이 높다. 메모리 동작속도는 코어클럭과 같은 175MHz다. 동기식으로 동작하기 때문에 원래 클럭인 200MHz로 동작시키기 위해서는 파워스트립 등을 통해 200MHz로 오버클럭을 해야한다. 그러나, 오버클럭은 절대 권장하지 않는다. 인터넷에 201MHz까지 오버클럭이 되었다는 기사가 포스팅된 적은 있지만 전혀 권하고 싶지 않다.

그래픽 카드의 레이아웃을 더 볼 필요가 없을 것 같아 바로 기능으로 넘어간다.

NVIDIA에 T&L이 있고, ATI에 카리스마 엔진과 하이퍼 Z가 있다면 KYRO에는 뭐가 있을까. 바로 한맺힌 기술인 타일렌더와 내부 32비트 연산, 그리고 8 계층 텍스쳐링을 들 수 있다. 타일렌더에 왜 한맺힌 기술이라고 표현했는지 궁금하지 않은가. 그것은 3DFX가 GLIDE라는 혁명적 API를 앞세워 3D 가속기 시장을 선점했고, NVIDIA가 T&L엔진이라는 무기를 앞세워 3DFX를 누르고 제왕의 자리에 올랐지만, 3D 가속기 시장에서 처음부터 지금까지 한결같이 지키고 있는 타일렌더는 계속 잊혀지고 있다가 PowerVR 시리즈의 세번째 네번째에 와서야 결국 빛을 보게 됐기 때문이다. 속된말로, 짬빱으로만 따진다면 Glide 못지 않은 것이 바로 타일렌더라 할 수 있다. 그럼 왜 타일렌더가 중요한 기능일까에 대해서 아래의 설명을 통해 알아보도록 하자.

타일렌더(Tile Rendering Architecture)

3D 그래픽 카드가 일반적으로 3차원으로 모델링된 세계를 화면에 만들어낼 때 실제로 화면에 출력되는 것은 2D로 표현이된다. 이 세계는 각 물체의 버텍스(꼭지점)에 의해 각각 구분되는 서로 인접해있는 삼각형이나 폴리곤의 촘촘한 조합으로부터 만들어진다. 각 버텍스는 3D 공간에서의 X,Y,Z 축의 위치와 색상 등에 관한 몇가지 정보를 가지고 있다. 각 폴리곤들은 또 추가적으로 텍스쳐와 같은 보다 광범위한 정보를 가지게 된다.

3D 세계에서 사용자에게 상호작용을 하도록 하는 것(게임에서 플레이어가 전후좌우로 이동하고 혹은 물건을 집어올리는 등의....)은 그 세계 안에서 물체를 변형시키고, 위치를 변형시키는 작업을 필요로 하기 때문에 모든 세계는 새로운 이미지를 화면에 출력해야만 한다. 이 과정은 크게 세 가지의 작업이 필요한데 하나는 변형과 광원, 숨겨진 화면 제거, 텍스쳐링과 쉐이딩 등이다.

변형은 사용자의 시점이 변화하거나 물체의 이동에 따라서 3D세계를 변화시키는 것이다. 각 변화는 3D로 표현되는 세계 안에서 버텍스 일부 또는 전부의 위치에 영향을 준다. 광원은 화면 내에서 물체에 비춰진 이전과 달라진 빛의 영향에 의해 결과적으로 각 버텍스의 색상에 미치는 영향을 시뮬레이트 하기 위한 연산작업을 수행한다.

텍스쳐링과 쉐이딩은 폴리곤들과 그들의 텍스쳐의 색상을 계산하는 것에 의해 화면 내에서의 각 픽셀의 색상을 결정짓는 작업이다. 텍스쳐들은 메모리에 저장되고 텍셀이라 불리는 텍스쳐 맵과 연관된 픽셀들은 그것이 디스플레이 메모리에 쓰여지기 전에 각 픽셀들을 텍스쳐링 하는데 사용되어진다. 텍스쳐링 기술에 따라 각 출력된 픽셀들은 각기 다른 수의 텍셀들이 필요하다. 가장 단순한 기술인 포인트 샘플 텍스쳐링은 텍스쳐 맵으로부터 한 개의 텍셀만을 사용하고 더 향상된 기술에서는 많은 수의 텍셀 가운데서 출력될 픽셀을 위해 정확하게 측정된 텍스쳐를 삽입한다.

일반적인 3D 시스템

3D 처리의 재래식 알고리즘의 접근은 1960년대 개발되었고 CAD, 건축 엔지니어링, 그리고 영화의 특수효과 등의 작업에서 정지 프레임 렌더링을 위해 고성능의 워크스테이션을 통해 많은 발전을 이루었다. 이 접근 방식은 방위산업이나 혹은 추후에 민간 비행사 훈련을 위한 리얼타임 비행 시뮬레이터 등에도 역시 사용되었다.

재래식 시스템은 각 화면의 픽셀 깊이값이 저장되는 Z 버퍼 기술을 사용했다. 텍스쳐링과 쉐이딩 후에 각 폴리곤의 각 픽셀은 화면상에서 그려진 다른 픽셀보다 보는 사람의 관점에서 얼마나 가까운지 결정하기 위해 그 저장된 깊이값을 다시 한번 테스트하게 된다. 이러한 과정에서 많은 픽셀들은 텍스쳐가 입혀지고, 명암처리가 되며, 결국 그림을 그려지게 되지만 화면상에서 나중에 그려진 물체에게 가려지기도 한다. Z 버퍼 메모리는 결국 해상도에 따라서 엄청난 양의 크기가 필요하게 된다.

PowerVR 3D 시스템

PowerVR은 3D 처리에서 반복적인 작업을 제거하고 메모리 병목현상을 제거할 수 있다는 지금까지와는 다른 알고리즘 접근방식을 가지는 것을 전제로해서 3D 그래픽에 접근했다. PowerVR은 3D 연산 하드웨어에 의해 처리되기 전에 폴리곤의 여러 그룹은 함께 묶여서 한꺼번에 처리된다. 이것은 근본적으로 틀에박힌 기존의 시스템들에서 사용되는 것과 접근 방법 자체가 다른 것이다. 이것은 화면을 부분적으로 작은 "타일" 또는 "지역"으로 불리는 영역으로 나눠 개별적인 렌더링을 하기 때문이다. 이 효과는 4가지 이익을 준다.

첫번째로, 나뉘어진 영역은 전체 화면의 아주 작은 부분집합이기 때문에 PowerVR은 외부 메모리로 잦은 접근 없이 칩 안에서 작업을 수행할 수 있다. HSR은 칩 안의 Z 버퍼로 이루어지고 픽셀 처리와 혼합 역시 칩 안의 부분적인 저장 공간인 프레임 버퍼 타일을 사용한다. 이것은 일반적인 3D 시스템에서 외부 메모리로 데이터를 주고받는 주요 기능이 제거되었다는 것을 의미한다. PowerVR 칩 내부의 연산 과정은 일반적인 3D 시스템에서 속도 저하를 일으키는 Z 버퍼의 대기 또는 프레임 버퍼 메모리로의 접근 대기시간 없이 모든 클럭을 깊이와 픽셀의 정확성을 위해 수행할 수 있다.

두번째로, "쳐진 텍스쳐링 순번"이다. PowerVR 시스템에서 HSR은 텍스쳐링과 쉐이딩을 하기 전에 파이프라인 단계상 첫번째에 이루어진다. 이것은 최종적으로 눈에 보이는 픽셀들에 대해서만 텍스쳐를 입히는 것과 명암을 더하는 작업을 함으로써 일반적인 3D 시스템에서 필요로 하는 반복적인 그래픽 칩과 메모리 사이의 입출력 작업을 제거하고 성능을 향상시키는 것이다.

세번째로, 정확도와 화질이다. Z 버퍼링과 픽셀 혼합은 전적으로 칩 안에서 이루어지기 때문에 성능의 저하 없이 높은 정밀도에서 작업이 수행된다. PowerVR에서 모든 픽셀 혼합작업은 32비트 트루컬러에서 이루어진다.

네번째로 PowerVR 시스템은 서로 독립적인 타일로 화면을 분할하기 때문에 성능 향상을 위해 추가적인 처리 요소(칩 내부가 됐든 여러 개의 칩을 사용하든)의 추가가 쉽다

왜 타일 기반 렌더링이 미래지향적 그래픽 처리 기술인가?

• 메모리 대역폭의 효과적인 사용
  
• 메모리 밀도는 빠르게 증가하는데 비해 버스의 폭은 한계에 도달하게 된다. 과거 그래픽 성능은 보다 넓은 메모리 버스를 사용하는 것에 의해 증가해왔다. 간단히 3D 그래픽 콘트롤러의 역사를 보면 맨 처음 32비트 SDR 메모리를 사용했지만 64비트, 128비트에 이어 현재는 128비트 DDR 메모리 인터페이스를 지원하게 됐다. 그러나 이러한 추세는 메모리의 대역폭을 한없이 늘릴 수 만은 없다는 이유 등으로 계속될 수 없다.
  
• 그래픽 프로세서에 T&L 엔진을 옮겨가는 풍조는 또다른 문제를 추가하는 것이다. 그래픽 콘트롤러 안에 내장된 T&L 엔진은 그래픽 프로세서가 이용할 수 있는 대역폭의 공유를 위해 경쟁하는 것이다.
  
• 최근 시스템에서 증가하는 해상도(HDTV 와 같은)의 요구는 대역폭의 더 많은 증가를 요구한다.
  

PowerVR은 HSR과 픽셀 혼합을 전적으로 칩 안에서 수행하고 메모리 대역폭의 요청을 눈에띄게 감소시킨다. 몇 년 전의 게임들의 평균적인 심도는 1.2~1.5 정도였지만 오늘날의 게임은 2와 3사이다. 그러나 좀 더 사실적인 게임이 되기 위해서는 심도가 4에서 5정도로 높아져야 하며 그래픽 카드의 하드웨어 성능이 더 높아져야 한다. 하지만 메모리의 대역폭이 넓어지는 것이나 하드웨어의 성능이 높아지는데는 한계가 있다.
메모리 대역폭 문제는 프레임 버퍼, Z 버퍼와 텍스쳐를 칩의 DRAM을 사용하는 것에 의해 해결될 수 있다는 것은 논의될만하다. 그러나 보다 높은 해상도에서의 운영은 증가된 색상과 심도의 정확성, 그리고 증가된 텍스쳐 공간은 칩의 DRAM이 조만간 볼 수 있을 미래에는 메모리의 요구를 만족시킬 수 없다는 것을 의미한

물론 이것은 PowerVR 의 화이트페이퍼로서 자기가 잘났다고 우기는 부분이라 할 수 있다. 하지만 상당부분 공감이 가는것이 바로, 타일렌더 기능의 아키텍쳐일 것이다. 위의 말이 영어식 표현이라 제대로 이해하지 못한다면 아래의 울트라 초특급 단순 번역을 참고하자.

울트라 초특급 단순번역 문서

내부 32비트 연산(Internal True Colour)

PowerVR은 또한 내부 32비트 연산을 통해 화질 향상을 꾀하고 있다. 왜 사람들이 퀘이크3를 32비트 모드에서 해보라는지 궁금한가? 그들은 이미지 퀄리티가 16비트 모드에서는 충분하지 못하다고 얘기한다. 오늘날 게임은 그래픽 부분에서 더 많은 것을 요구하지만 너는 성능을 감소하면서까지 32비트 모드의 퀄리티를 얻고 싶은가? PowerVR은 아니다. 3D 화면에서 다중 혼합 작업을 수행할 때, 결과물로 나온 혼합된 픽셀의 색상 정밀도는 프레임 버퍼의 비트 깊이와 직접적으로 관계있는 요소이다. 일반적인 16비트 프레임 버퍼에서 픽셀들이 함께 혼합될 때 겹쳐진 에러 때문에 "밴딩 현상"을 목격하는 것은 일반적이다. 디더링은 이러한 효과를 해결하는데 일반적으로 사용되지만 그것은 또한 의도하지 않은 거친 화면을 보여주게 된다. 이번 장에서는 이런 효과를 PowerVR이 어떻게 극복했는지를 보여준다.

고전적인 하드웨어

예전 3D 시스템에서는 전송 명령 도중에 폴리곤을 생성하고 각 폴리곤은 완성된 상태에서 메모리에 옮겨진다. 만약 바로 뒤이어 폴리곤들이 이미 렌더링된 이미지에 폭발 효과를 추가하기 위해 덧씌워진다면, 이전의 것은 반드시 칩으로 되돌아가 읽혀져야 하고, 그 결과물은 다시 메모리로 돌아가 저장된다. 사용되는 메모리 대역폭은 제쳐놓고라도 이러한 작업은 폴리곤이 내부적으로 32비트 모드에서 만들어졌더라도 프레임버퍼로 쓰여지고 다시 그것을 추가적인 연산을 위해 읽어오는 과정에서 16비트 모드로 디더링이 되는 과정이 있기 때문에 심각한 화질 저하를 가져올 수 있다. 이런 디더링 효과는 비디오 테이프를 계속해서 복사본을 만들 때 화질이 저하되는 것과 비슷하다.

디더링은 일반적으로 눈에 보이는 에러를 적게 만들어 준다. 디더링은 사용할 수 있는 다른 색상을 사용해 원래의 색상에 가깝게 맞추는 작업이고 색상들 사이에 에러를 고르게 분포시킨다. 디더링은 색상을 잘라냄으로써 눈에 보이는 에러는 감소시키지만 디더링 과정이 반복됐을 때 그 효과는 훨씬 감소된다. 마지막으로 일반적인3D 그래픽 카드는 이미 화면에 표현된 삼각형에 투명값(또는 반투명) 을 적용시키는 어떠한 혼합 효과를 이루기 위해서는 32비트의 프레임 버퍼를 사용해야 한다. 그것은 투명 효과는 32비트에서 16비트로 전환되는 과정에서 손실되기 때문이다.

PowerVR 에서는…

PowerVR은 3D 연산 하드웨어에 의해 처리되기 전에 폴리곤의 여러 그룹은 함께 묶여서 한꺼번에 처리된다. 이것은 근본적으로 틀에박힌 기존의 시스템들에서 사용되는 것과 접근 방법 자체가 다른 것이다. 이것은 화면을 부분적으로 작은 "타일" 또는 "지역"으로 불리는 영역으로 나눠 개별적인 렌더링을 하기 때문이다. Z-버퍼링과 픽셀 혼합은 어떠한 성능의 감소도 없이 보다 높은 정밀도로 수행될 수 있도록 전적으로 칩 상에서 이루어진다. PowerVR에서 모든 픽셀 혼합 작업은 몇 개의 반투명 효과에도 상관없이 트루컬러로 수행되어 성능의 저하없이 고화질의 화면을 프레임 버퍼로 보내게 된다.

PowerVR의 내부 트루컬러 기능은 칩셋에서 프레임버퍼로 렌더링된 파일을 보낼 때 16비트 컬러로 디더링해서 고화질의 화면이 거친 화면으로 작업이 진행되지 않고 전적으로 32비트의 색상으로 각 타일의 모든 픽셀이 혼합되어지는 것이다. 사실, PowerVR의 16비트 렌더링 결과물은 다른 많은 시스템에서의 32비트 렌더링 화질과 거의 흡사하거나 오히려 뛰어난 편이다. PowerVR의 내부 트루컬러 기능의 작업 도중에는 혼합 과정 동안 어떠한 정밀도의 손실도 나타나지 않는다. 오직 마지막 프레임 버퍼로의 출력 생상에서만 16비트로 바뀌어지는 것이다. 이러한 결과로 16비트결과가 다른 일반적인 그래픽 카드의 16비트 프레임 버퍼 렌더링 보다 뛰어난 화질을 보여주는 것이다.

PowerVR의 내부 32비트 색상 기능은 다른 일반적인 하드웨어와 비교해 뛰어난 화질을 보여준다. 다른 그래픽 카드들이 게임에서 눈에 보이는 "질"을 희생하면서 16비트 모드를 강요하는 것과 다르게 16비트 모드에서 PowerVR은 띠모양이나 입자가 굵은 화면을 나타내지는 않는다. 또한 내부 32비트 색상 기능은 일반적인 그래픽 카드들이 3D 작업을 수행하면서 프레임버퍼로 쓰기/읽기 작업은 계속적으로 반복해서 결과물을 출력해내는 데 비해 모든 작업을 칩 안에서 해결하며 최종 결과물만 프레임버퍼로 내보내기 때문에 메모리 대역폭도 절약할 수 있어 PowerVR은 32비트 모드에서도 최적의 성능을 보여준다.

이 밖에도 8 계층 다중 텍스쳐링과 환경 범프매핑 등을 지원함으로써, 더욱 사실적인 이미지 출력이 가능하며 그로 인한 성능의 저하도 적은 편이다. 그러나 최근 그래픽 칩의 흐름인 하드웨어 T&L을 지원하지 않기 때문에 CPU에 의해 성능 차이가 많이 날 수 있다. 기존의 PowerVR 1에서도 타일 렌더 구조는 CPU에 의해 성능이 좌우되었기 때문에 아직까지 T&L 엔진을 갖추지 않은 KYRO는 그만큼 CPU를 더 많이 탈 수 밖에 없을 것이다.

울트라 초특급 단순번역 문서2

2D 화질과 동영상

2D 화질에 대해서 논하는 것은 상당히 민감한 사안임을 다들 아시리라 믿는다. 그렇기 때문에 이에 대해 언급은 하겠지만 이것이 절대적인 것은 아니라는 것을 감안하고 읽어주시길.

KYRO의 2D 화질은 상당히 인상적인 편이다. 초고해상도라 부를 수 있는 1920X1440에서는 색감이 바래긴 하지만 1600X1200해상도에서는 꽤 뛰어난 화질을 보여주고 있다. 특히 동영상 재생능력은 현재 상위권이라 말할 수 있는 ATI 보다 뛰어난 재생을 보였다. X-Y 인터폴레이션이 더 자연스러웠으며 색감 표현 능력 역시 ATI의 것과 비교할 만했다. 최근 들어 동영상의 질을 따질때 DIVX 코덱으로 압축된 AVI 파일을 사용하는데 그것은 사실 잘못된 것이라 말하고 싶다. 가급적 DAT파일이나 MPG로 된 표준 MPEG1 코덱으로 압축된 것이 아직까지는 사실상의 기준이 되고있기 때문이다.

DVD 재생 능력은 기존 KYRO1 테스트에서도 다뤘던 부분이므로 넘어가도록 하겠다.