[벤치] NVIDIA 칩셋별 OpenGL 성능 벤치마크

(3) GeForce와 Quadro

GeForce vs. Quadro

자 그렇다면 도대체 Quadro2 Pro와 Quadro2 MXR칩셋은 무슨 특이한 기능이 있길래 같은 코어에 기반한 GeForce2 GTS, GeForce2 MX에 비해 가격이 몇배로 높을까? 이제 그 궁금증을 하나 하나 풀어보자. 다음은 nVidia에서 공식적으로 공개한 차이점들이다.

표를 보면, Quadro제품군은 GeForce제품군이 가지지 못한 몇몇 특성을 지니고 있음을 알 수 있다. 우선 수치적인 성능면에서 살펴보면 Quadro2 Pro와 GeForce2 GTS를 보면 코어 클럭이 Quadro2 Pro가 250MHz로 GeForce2 Ultra와 동일하다. 참고로 메모리 동작속도는 GeForce2 Pro와 동일한 200MHz DDR(400MHz)를 사용한다. 이는 230MHz DDR(460MHz)를 사용하는 GeForce2 Ultra에 비해 낮다. (사실 이러한 전문 OpenGL가속기들은 게임용 가속기 들에 비해 메모리 영향을 덜 받는다. 이는 필레이트에 우선하는 게임용 가속기와는 달리 전문 OpenGL가속기들은 초당 폴리곤 처리능력에 주안점을 두기 때문이다.) 코어 동작속도가 높다 보니 초당 폴리곤 처리 능력도 훨신 높다. Quadro2 MXR도 역시 GeForce2 MX에 비해 코어 동작 속도가 200MHz로 높다. 이때문에 역시 초당 폴리곤 처리 능력이 GeForce MX보다 뛰어나다.

기능적인 측면에서 살펴보면 Quadro 계열은 GeForce계열이 지원하지 못하는 몇몇 기능들을 지원하고 있다. 실제 성능에 영향을 주는 가장 큰 차이점 두가지를 살펴보자.

우선 첫번째로 Hardware anti-aliased Line/Point 기능을 지원한다. anti-aliasing에 대해서는 익히 들어 독자 여러분 모두 익히 잘 알고 있을것이다. 쉽게 설명해서 계단 현상 제거 라고 일컫는다. 그러나 여기서 말하는 anti-aliasing은 흔히들 게임에서 적용하는 FSAA(Full Scene Anti-Aliasing)과는 조금은 다르다. 게임에서 말하는 FSAA는 텍스쳐까지 입혀지고 쉐이딩까지 된 전체화면에 anti-aliasing을 적용하는 것이고 지금 언급하고 있는 Line anti-aliasing은 와이어 프레임으로 구성된 물체의 선에 anti-aliasing을 적용하는 것이다. 이러한 계단현상은 우리가 사용하는 모니터가 직사각형구조의 점들의 행렬로 이루어져 있기 때문에 나타나는 것으로써, 수직선이나 수평선에서는 문제가 일어나지 않으나 대각선 이나 호 같은 곡선이 그려지면 모니터의 화면 구조상 발생하는 것이다. (이러한 현상을 줄이기 위해 보다 고해상도화 하고 모니터의 도트 피치를 점점 작게 줄여나가고 있다)

다음 그림을 살펴보자.

이 그림은 와이어프레임으로 그려진 구의 일부분을 확대한 것이다. 화면에 보이듯이 세로줄을 구성하는 곡선부분이 톱날처럼 거칠게 되어 있는것을 알 수 있다. 이제 anti-aliasing을 적용한 후 다음 결과를 살펴보자 

위 그림에서 보이듯, 이전화면에서 거칠었던 세로줄이 매우 부드럽게 표현되고 있다. 다만 독자 여러분도 금방 느끼실 수 있듯이 선의 굵기가 굵어져 다소 두툼해 보인다. 이러한 현상은 anti-aliasing의 원리를 알면 쉽게 이해할 수 있다. Anti-aliasing은 실제로 인접하는 점들의 색을 중심이 되는 선과 비슷한 픽셀로 만들어 부드럽게 보이게 하는 눈속임을 하는것이다. 위의 그림으로 살펴보면 백색의 중심이 되는 선 주위로 회색의 선을 넣어 주어 부드럽게 만들어 주는것이다. 이때문에 당연히 선은 굵게 보이게 되는것이다. Point anti-aliasing은 이러한 anti-aliasing을 점에 적용시켜 주는 것이다. (쉽게 이해가 될 것이라 생각되어 도식화 된 추가의 설명은 하지 않는다.)

여기서 한가지 집고 넘어가야 할 것이 있다. 사실 Line anti-aliasing이나  Point anti-aliasing, 3차원 게임에서 말하는 전체 화면 anti-aliasing은 하드웨어에 종속된 기능이 아니다. 심지어 OpenGL이나 Direct3D역시 그렇다. 예를 들어 Hardware Line anti-aliasing 기능이 없는 Geforce계열의 카드에서도 Line anti-aliasing을 적용할 수 있다. 그렇다면 뭐하러 Quadro제품군을 쓰는가? 이는 우리가 흔히 3D 그래픽 카드를 3D 가속기라고 부르는 것과 일맥 상통한다고 볼 수 있다. 이는 3차원 그래픽을 3D그래픽 칩의 도움없이도 구현은 가능하나 실제 사용할 수 없는 속도가 나오는 것과 마찬가지 맥락이다. 3D 가속기들은 이러한 기능들을 속도의 큰 감소없이 구현할 수 있도록 해주는 역할을 한다. 즉 Geforce계열에서 Line anti-aliasing을 적용하면 큰 속도의 감소를 감수해야 하지만 Quadro제품군은 이를 하드웨어적으로 지원하기 때문에 큰 속도의 희생없이 Line anti-aliasing을 적용할 수 있는 것이다.

그런데 한가지 아쉬운것은 Quadro2 MXR칩셋에는 이러한 기능이 빠져 있다는 것이다. Quadro2 MXR칩셋이 Quadro2 Pro칩셋의 보급형이기 때문에 빠진것이라고 예상은 되지만 참으로 안타까울 뿐이다. 이 때문에 Geforce2 MXR은 바로 뒤에 설명할 3D Window Clipping기능을 제외하고는 거의 Geforce2 MX와 동일하게 동작한다. 이에 대한것은 뒷부분의 벤치마크상에서 직접 눈으로 확인할 수 있을 것이다.

두번째로 3D Window Clipping을 지원한다. 이에 대해서는 다소 생소한 독자분들이 많을텐데 우선 Clipping에 대해 알아보자. Clipping은 말 그대로 화면영역의 일부분을 잘라내는 것이다. Clipping도 안티알리아싱과 마찬가지로 2D로부터 시작된 기술인만큼 2D에서의 효과부터 알아보자.

 클리핑이란 물체의 일정 영역을 잘라내는 것이다

명을 위한 간단한 예제화면이다. 그림에서 파란색의 직사각형은 스크린 영역을 의미하고 회색으로 표시한 부분은 그 영역 밖을 뜻한다. 즉 그림에서의 개구리의 머리와 다리일부분은 스크린 영역을 벗어나 잘리게 된다. 이를 Clipping이라고 한다. 실제로는 스크린 영역, 즉 하얀색의 영역만 화면에 보여지게 되는것이다.

3D Window Clipping은 이러한 Clipping을 3차원 공간으로 옮겨놓은 것이다.  다시 예제 그림을 살펴보자.

3D Window Clipping의 개념도

그림을 보면 회색의 면이 Clipping 면, 그리고 면을 중심으로 윗부분이 잘려져 나가는 Clipping 공간, 그리고 밑부분이 화면에 표시되는 스크린 공간이다. (필자가 디자이너도 아니고 워낙 미적감각은 황인지라 다소 미흡한 일러스트지만 이해해 주기 바란다.) 물론 Clipping 공간은 Clipping 면을 중심으로 사용자가 지정한 곳이 잘려져 나간다. 그러므로 위의 예제화면 같은경우 주전자의 윗부분이 잘려나가서 실제로는 주전자의 단면이 보여지게 된다. 이러한 단면을 보여주는 3D Clipping은 시물레이션 프로그램에서 무척 많이 사용된다. 아직 이해가 안되시는 분은 병원에서 쓰이는 단층 촬영 생각하기 바란다. 이외에도 기계구조 분석, 지질학에서의 지형분석등 꽤나많은 곳에서 이러한 기술이 사용된다.

앞서 설명했다시피 3D Clipping도 역시 anti-aliasing과 마찬가지로 하드웨어에 의존성이 있는 그런 기술이 아니다. 다만 Quadro계열은 이러한 기능을 성능의 저하 없이 하드웨어 적으로 가속할 수 있다는 차이점이 있다는 것이다. 이 또한 벤치마크 부분에서 눈으로 확인해 보자.

앞서 이야기한 2가지 특징은 성능과 관계된 가장 큰 특징이라고 할 수 있다. 그렇다면 기능적인 특징은 뭐가 있을까?

우선 첫번째로 메모리에 back buffer를 공유할 수 있다. 필자가 Gloria III와 Synergy III의 드라이버를 소개할때 Geforce제품군에는 나타나지 않는”Use unified back/depth buffer”라는 옵션이 생긴다고 언급했다. 우선 back buffer가 무엇인지 알아보자.

우리가 사용하는 3D는 실제 2D화면의 연속이다. 게임등에서 흔히 말하는 fps(frame per second)가 바로 그것이다. 1초에 얼마만큼 많은 2D화면이 그려지는가를 측정하는 단위이다. 당연한 것이지만 fps 수치가 높을수록 초당 더 많은 이미지가 들어가 보다 부드러운 화면을 구성한다. 이러한 3D화면을 구성할때 비디오 카드는 color buffer라는 것을 사용한다. (color buffer는 frame buffer의 한 요소이다.) 비디오 메모리가 바로 color buffer를 이용하기 위해 쓰이는것이다. 즉 그래픽 칩으로 부터 한장의 화면구성이 끝나면 이는 color buffer에 그려지고 이를 RAMDAC을 통해 화면에 출력하게 되는것이다. 이때 color buffer를 하나 더 만들어 2개로 구성한 후 (front buffer, back buffer) 프레임 버퍼로 부터 화면에 그려질때 1개의 color buffer여유분을 둬서 보다 부드러운 화면 구성을 하는것이다. 쉽게 설명해 1프레임을 미리 쌓아 놓는다고 생각하면 된다. 이러한 원리를 double buffer라고 하고 대부분의 3D는 double buffer를 사용한다. (추가로 double buffer에 한개의 color buffer를 더 두어 3개의 버퍼를 구성하는것을 Triple buffer라고 한다.) 이때 이미지를 그리는데 사용하는 buffer를 front buffer, 다음 순서를 기다리고 미리 쌓여있게 되는 1개의 여분 buffer를 back buffer라고 한다.

Quadro계열은 이러한 back buffer를 메모리 상에서 공유할 수 있다. 즉 OpenGL을 사용하는 윈도우가 화면에 여러개가 있을때 이러한 창들은 각각 자신의 back buffer를 사용하지 않고 모두 공유하게 된다. 당연한 결과지만 윈도우 마다 back buffer로 사용되는 메모리를 공유하게 되니 메모리가 절약된다. 물론 이러한 기능은 화면상에 OpenGL을 사용하는 여러개의 윈도우들이 있을때 이득이 있다. 단 한개의 윈도우만 사용한다면 아무런 효과가 없는것이다.

두번째로 대용량의 Frame Buffer를 구성할 수 있다. 앞서 설명한 공식적인 기능표를 보면 128MB의 Frame Buffer가 구성 가능하다고 언급되어 있으나 아직 128MB의 메모리 구성을 한 Quadro계열 카드는 없다.

세번째로 전문적인 어플리케이션에 대응할 수 있다. 당연한 것이지만Quadro칩셋계열은 이러한 용도를 위해 Geforce계열 칩을 특화한 것이므로 쉽게 이해할 수 있다. 역시 앞서 언급했던 드라어버부분을 보면 “Custom OpenGL Applications Setting”라는 설정이 생긴것을 알 수 있다. 방금 설명한 부분과 부합되는 부분이라 할 수 있다.