[강좌] 2. 광속 메모리 아키텍쳐

(4) 결론, 용어정리

GeForce3의 광속(Lightspeed) 메모리 아키텍쳐

GeForce3는 메모리 대역폭의 한계를 돌파하기 위한 여러가지 기술들을 가지고 있다. 고차수 표면 등의 복잡한 지오메트리를 표현하고, 이러한 복잡한 표면의 연산을 GPU에서 완전히 수행해내기 위해서 GeForce3는 AGP 버스를 통해서 막대한 양의 트라이앵글 데이터를 전달하는 것을 피할 수 있다. 이것은 시스템과 GPU 사이의 고성능, 고효율적인 정보전달을 책임진다. 픽셀 대역폭의 문제를 여러가지 방법으로 돌파해 나감으로써 GeForce3는 PC 그래픽에 사용되는 메모리 효율성에서의 큰 진보를 이루어냈다. 가장 효율적이고 정교한 크로스바 메모리 컨트롤러를 PC 그래픽에 집적시키고, 향상된 비손실 Z 버퍼 압축기능을 탑재하여 대역폭의 소모를 줄였으며, 더욱 진보된 Z축 교차 선별 기술을 통해서 안보이는 픽셀들을 렌더링과정에서 제거함으로써 대역폭의 낭비를 억제하였다. 이로써 GeForce3는 이전 세대의 어떠한 아키텍쳐보다도 메모리 대역폭을 두 배 이상으로 활용하게 된다.

이러한 기술적 향상은 점점 더 진보하는, 동적이고 풍부한 실시간 3D 그래픽의 경험을 이룰 수 있는 포석이다. 시스템과 그래픽 프로세서간의 정보 전달의 효율성을 향상시킴으로써, 컨텐츠 개발자는 그들의 3D 장면을 AGP 버스의 한계를 뛰어넘는 새로운 수준의 풍부한 지오메트리를 가지고, 화려하고 복잡한 화면을 가질 수 있도록 만들어낼 수 있다. 고해상도로, 높은 프레임 레이트를 가지도록 렌더링하는 것은 GeForce3에 있어서는 보통의 일이 될 것이다. 또한 픽셀 렌더링과 메모리 효율성에서의 향상은 프레임 버퍼 대역폭의 한계를 타개하고 성능의 손실 없이도 고해상도의 32bit 화면을 렌더링할 수 있는 최초의 길을 제시하고 있다.

용어정리  

해상도(Resolution)

해상도는 화면에 보이는 픽셀의 갯수이다. 보다 높은 해상도에서는 보다 섬세한 장면의 묘사가 가능하기 때문에 훨씬 현실적인 3D 환경을 만들어낼 수 있다. 최근의 디스플레이 기기들은 최소한 1280 x 1024 이상의 해상도를 지원하며, 더 크고, 비싼 디스플레이 기기들은 1600 x 1200, 때로는 2048 x 1536 픽셀의 고해상도를 지원하기도 한다. 대다수의 그래픽 어플리케이션은 다양한 해상도를 지원하고 있는데, 이는 최종 사용자가 보다 높은 해상도로(즉, 더 정밀한 화면을) 사용할 수 있도록 한다. 다만, 높은 해상도를 사용할수록 그래픽 프로세싱 시스템에는 더욱 큰 작업량이 걸리게 된다.

비트 심도(Bit Depth)

비트 심도는 화면에 표시되는 각각의 픽셀과 연관되어 있는 색상이나 Z 값을 표현해내는데에 필요한 정확한 비트 수를 지칭한다. 더 많은 비트를 사용할수록 시각적인 현실감이나 렌더링되는 프레임의 정교함은 향상된다. 최근의 그래픽 하드웨어에 자주 사용되는 비트 심도는 16bit와 32bit이다. 이들은 모두 색상 수나 Z 값을 결정하는데에 적용될 수 있다. 32bit 컬러는 일반적으로 각기 8bit 씩의 적색(R), 녹색(G), 청색(B), 알파채널(A : 투명도)로써 구성된다. 즉, R, G, B, A 각각은 256단계의 계조를 가질 수 있다. 32bit의 Z 값은 24bit의 Z 버퍼 정밀도와 8bit의 스텐실(혹은 마스크라고 불리는)의 정밀도 값을 가진다.

초당 프레임 수

초당 프레임 수(frame per second : fps)는 프레임 레이트(frame rate)라고도 불리며, 1초 동안 그래픽 프로세서에 의해서 장면이 얼마나 많이 변경되는가를 의미한다. 보다 높은 프레임 레이트를 가질수록 애니메이션은 부드러워지고, 사실적이 된다. 통상적인 애니메이션에서 약 30fps를 적절한 수준의 프레임 레이트로 보고 있지만, fps를 60 이상으로 높임으로써 훨씬 생동감있고 사실적인 결과를 얻는다. 75fps 이상이 되면 사람의 눈으로는 더이상 성능의 향상을 느낀다는 것이 불가능하다. 또한 모니터의 리프레시 레이트보다 빠른 프레임 레이트로 렌더링하는 것은 그래픽 프로세서의 연산능력을 낭비하는 것에 지나지 않는다. 모니터는 리프레시 레이트 이상의 속도로 화면을 변경할 수 없기 때문에 그 이상의 리프레시 레이트의 제약으로 표현되지 못하는 프레임은 버려진다.

심도 복잡성

심도 복잡성은 장면의 복잡한 정도를 표현하며, 프레임이 완성되기까지 특정 픽셀이 몇번 렌더랑되어야 하는가를 의미한다. 예를 들어서 렌더링된 벽의 이미지는 1의 심도 복잡성을 가진다. 벽 앞에 사람이 서 있다면, 이 장면의 심도 복잡성은 2가 된다. 벽 앞에 서 있는 사람의 앞쪽에 강아지가 한마리 있는 모습을 렌더링할 경우 이 때의 심도 복잡성은 3이 되며, 그 앞에 무언가가 놓일수록 심도 복잡성은 커진다. 심도 복잡성이 증가할수록, 장면이나, 그 장면의 픽셀들을 렌더링하기 위해서는 더욱 많은 렌더링 능력과 대역폭이 필요하다. 오늘날의 그래픽 어플리케이션에서 사용되는 심도 복잡성은 대개 평균 2~3 정도이며, 이것은 최종적으로 사용자에게 보여지는 픽셀은 그래픽 프로세서에 의해서 2 내지는 3회 렌더링되었다는 것을 말한다.

텍스쳐 매핑

텍스쳐 매핑은 2D 이미지(일반적으로 비트맵)를 3D 오브젝트 위에 투사하기 위한 기술이다. 텍스쳐 매핑은 폴리곤 수의 증가를 수반하지 않고도 시각적인 정밀도를 실질적으로 향상시켜준다. 이 때 얻어진 사실감은 대단히 적은 연산능력만으로도 얻어지기 때문에, 텍스쳐 매핑은 오늘날 현실적인 3D 오브젝트를 표한하기 위한 가장 일반적인 기술 중의 하나로 자리잡았다. 텍스쳐 매핑이 된 픽셀을 렌더링하기 위해서, 해당 픽셀을 위한 텍스쳐 데이터가 필요하며, 이것을 그래픽 프로세서가 읽어들이는 과정을 거친다. 물론 이러한 과정은 메모리 대역폭을 소모한다.

필 레이트

필 레이트는 픽셀들이 스크린 메모리에 그려지는 속도를 지칭한다. 필 레이트는 일반적으로 오늘날의 3D 그래픽 프로세서의 픽셀 처리 능력을 표시하는데에 주로 사용된다. 일반적으로 Mpixels/sec(Million Pixels per second)의 단위를 사용한다. 1997년에는 50~70Mpixel/s 정도의 성능이 가장 뛰어난 것으로 여겨졌지만, 2001년도의 하이엔드 3D 그래픽 프로세서는 800~1000 Mpixel/s 정도의 성능을 가진다. 이러한 성능의 향상이 대단히 뛰어난 것이기는 하지만 그래도 오늘날 사용되는 풍부하고 화려한 3D 환경을 간신히 만들어낼 정도이다. 픽셀을 높은 필 레이트로 렌더링하는 것은 당연히 메모리 대역폭의 대량 소모를 수반한다.

메모리 대역폭

메모리 대역폭은 그래픽 프로세서와 그래픽 메모리 사이에 데이터가 전달되는 속도를 의미한다. 메모리 대역폭의 제약은 진정한 사실적 3D 환경을 구현하기 위해서 극복되어야만 하는 주요한 병목현상이다. 뛰어난 3D 그래픽을 구현하기 위해서는 풍부한 지오메트리와 저욕한 텍스쳐 매핑, 복합적인 버텍스 및 픽셀 쉐이딩과 함께 높은 해상도로, 32bit의 색심도 가지는, 높은 프레임 레이트를 가져야 한다. 이들은 모두 메모리 대역폭의 부족을 초래하는 요인이기도 하다.