[테크노아] - Digital Community Techno@

여러분들도 잘 아시다시피 Nvidia, PowerVR, ATI 등의 회사들은 이전 보다 휠씬 빠른 속도로 새로운 비디오 카드를 출시하고 있고 그것들이 채용하는 램의 크기는 점점더 커지고 있다. 물론 그러한 따라서 Quake III Arena, Unreal Tournament, Halo, Messiah, MDK II, Sacrifice, Citizen kabuto등의 신작 게임 역시 계속해서 등장하고 있다. 새로운 3D 엔진들은 점점더 많은 메모리를 요구하는 괴물이 되어가고 있으며 그것은 비됴 카드 자체의 로컬 메모리 영역을 넘어서 결국 AGP를 통해 시스템 메모리까지 위협하는 지경에 이르렀다.

왜 그런 것인가? 다르게 이야기 하자면 3D 엔진은 3D 세계를 구현하기 위해 보다 많은 메모리를 요구하며 CPU의 파워 역시 더 필요로 하게 된다. 그런 문제를 일으키는 것 중 가장 큰 부분 중에 하나가 바로 텍스쳐링이다. 텍스쳐링은 삼차원 물체에 이미지를 입히는 처리과정이다. 하지만 당신이 보고있는 모든 세계 전부를 랜더링 하는 것은 사실상 불가능한 일이며, 그것은 결국 한계에 부딪치게 되는 것이다.

이 글은 이런 문제와 관련된 메모리 측면의 병목 현상을 이야기 하고자 한다. 그리고 가능하다면 몇가지의 해결책도 제시해 보고자 하는 글이 될 것이다.

텍스쳐 정보는 주체하지 못할 정도로 점점 커지고 있다. 차원의 개념을 늘리고 칼라수를 증가시킨다는 것은 곧 그러한 효과에 따른 메모리의 선형적인 증가를 의미하게 된다.퀘이크2 시절의 엔진은 잘해봐야 512*512*16 비트 칼러를 쓰는 것이 고작이었다. 퀘이크는 실제로 256*256*8 비트 칼라를 주로 썼다. 하지만 오늘날의 퀘이크3는 종종 1024*1024*32 비트를 사용하기 시작했다. 이미 잘 알려졌다시피 퀘이크3 아레나의 경우 그 자신의 막대한 텍스쳐 때문에 프레임 레이트에 심각한 타격을 받기도 한다. 하지만 이것만이 문제의 전부는 결코 아니다. 가까운 미래에 우리는 곧 2048*2048*32칼러의 텍스쳐를 쓰게 될 것이다. 물론 이것은 단지 순간적인 기우일 수도 있지만, 여하튼 우리는 점점더 큰 텍스쳐를 써야만 하는 것에 수긍을 할 수 밖에 없다.

문제의 본질로 들어가서, 필자가 생각하기에는 텍스쳐링을 재 사용하지 않는 새로운 기술을 보게 될 것이라고 생각하고 있다. 현재, 퀘이크3 아레나나 언리얼 토너먼트 게임은 텍스쳐는 레벨 전체에 걸쳐서 재 사용되고 있다. - 사실 그럴 수 밖에 없다는 표현이 옳겠다. (물론 퀘이크3 엔진과 언리얼 엔진은 다르기는 하지만 그냥 퀘이크3 엔진을 예로 들어 설명한다.)

도대체 왜 그런 것인가? 보다 새로운 것들을 사용하지 않고 다양하고 변화되어야 할 서로 다른 맵에서 같은 텍스쳐들을 사용하고 있는 것인가? 그래픽 아티스트가 너무 많은 맵을 감당할 텍스쳐를 그리지 못해서 그런 것일까? 물론 당연히 아니다. 그것은 사용자가 가지고 있는 그래픽 카드에 부담을 주지 않기 위한 단순한 이유에서 그렇다.

하드웨어가 강력해 진다면 이러한 텍스쳐의 사용은 점점더 줄어들 것이다. 개발자에게 가장 이상적인 게임개발 환경은 게임내의 모든 부분에서 동일한 텍스쳐를 한번도 재사용 하지 않는 것이다. 모든 환경에서는 텍스쳐는 그 텍스쳐가 유일한 것이며 그것이야 말고 진짜 현실감을 주는 3D 효과를 경험하게 해 주는 것이다. 우리들은 게임내에서 서로 다른 맵임에도 불구하고 똑 같은 텍스쳐를 쳐다봐야 하는 지루함 속에 쳐해 있다.

두번 말할 것도 없이 여러분들은 가능한 큰 텍스쳐를 쓰며 더 많은 텍스쳐를 사용하므로써 여러분들의 게임에서 더 뛰어난 퀼리티를 얻게 되는 것에 반대할 사람은 없을 것이라고 생각한다. 게임은 가능한 많은 부분에서 서로 다른 텍스쳐를 사용함으로써 더 뛰어난 퀼리티를 얻을 수 있는 것은 자명한 일이다. 보다 정교하고 다양한 칼라의 텍스쳐는 휠씬 더 뛰어난 게임 퀼리티를 얻게 해 준다. 하지만 이것은 현재의 3D 카드에 있어서는 커다란 걸림돌이 된다. 여러분이 8메가 혹은 16메가의 비디오 메모리를 단 카드를 사용하고 있다면 당신은 분명이 퀘이크3 게임에서 컴퓨터가 버벅되는 것을 경험했을 것이다. 하물며 32MB의 메모리를 가진 그래픽 카드를 가지고 있더라도 이미 프레임 레이트는 당신이 모르는 사이에 떨어지기 시작하고 있다. 결국 우리는 커다란 두가지의 문제에 봉착하게 된다.

"띠불 이거 메모리가 부족하잖아. --;" - Shortage of RAM
"많으면 뭐해? 대역이 부족해 좀더 빠른 메모리 없어?!" - Shortage of Bandwidth

자 여기서 우리는 3Dlabs가 제공하는 VT 백서 문건에 기재되어 있는 대역 비교에 대한 표를 한번 살펴보자.

Bus Peak	Bandwidth
On Card Memory	2,000 MB/sec
AGP 4X	1,066 MB/sec
AGP 2X	533 MB/sec
PCI-32	132 MB/sec

표에서 보다시피 메모리 카드 속의 데이타가 2GB의 속도로 데이터를 내 뿜는다고 한들 그 잘난 AGP 4X의 대역은 1GB 수준에 머무르고 있다. 문제가 이렇게 되면 AGP 2X나 PCI 버스는 더 이상 거론할 가치도 없게 된다. 더군다나 더 큰 문제는 AGP 4X 버스는 무척 바쁘기 때문에(다른 데이터도 이 공통 버스를 통해서 데이터가 흘러간다) 비디오 카드의 어리광 만을 보고 있을 수도 없다. 여기에는 비디오 카드 데이터 뿐만 아니라, 프로그램의 명령이나 폴리곤 데이타(지오메트리 데이타), 칩셋의 상태를 나타내는 파라미터등의 정보도 같이 흘러 다녀야 한다. PCI는 더이상 쨉도 않되게 되고 이러한 문제들 때문에 몇몇의 회사에서는 이에 대한 해결책들을 제시하고 있다.

자 이제는 다양한 3D 하드웨어 회사들이 어떠한 문제 해결책을 제시하고 있는지 살펴 볼 때다. 어떤것은 이미 여러분들이 잘 알고 있는 것도 있고, 또 어떤 것은 다소 생소한 것들도 있을 것이다.

1. S3: S3TC.
2. 3DFX: FXT1
3. PowerVR: VQTC and Deferred rendering.
4. DirectX: DXTC.
5. 3Dlabs: Virtual Texturing.
6. Adding more and faster RAM onboard: all major video card manufacturers
- 더 빠르고 많은 메모리를 장착하는 것.
7. Embedded ram

1번 부터 4번까지는 잘 알려진 방법들이다. 바로 "텍스쳐 압축"의 기법을 그 해결책으로 제시한 것이다. 5번은 다소 생소하다. 6번은 이미 많은 하드웨어 회사들이 행하고 있는 "단순 무식"의 방법이긴 하지만 우선 당장 해결하기 쉽고 효과를 쉽게 볼 수 있는 부분이다. 마지막 7번도 앞으로 기대되는 기술이다. 자 아시는 분들도 계시겠지만 한번 천천히 정리해 보는 시간을 갖자. 이번 파트는 이것을 정리하는 것으로 맺고 다음 파트에서는 5번에 자리잡고 있는 Virtual Texturing이라는 새로운 기술이 어떤 것인가에 대한 심층적인 고찰을 해보고자 한다.

1번 부터 4번까지는 이미 잘 알려졌다시피 텍스쳐를 압축하는 방법이다. 이것은 직접적으로 작은 메모리를 사용하는 효과를 얻을 수 있다. S3TC, VQTC, FXT1, DXTC등의 방법은 기술적인 부분에서 다소 차이를 보이긴 하지만 원리적으로 크게 다르지 않다. 텍스쳐 압축 기법은 우선 당장 문제를 해결해 주는 열쇠이긴 하지만 최선은 방법은 결코 될 수가 없다. 높은 압축율이 텍스쳐 처리는 메모리 손실을 줄여주긴 하지만 이미지가 뭉게지거나 이미지의 퀼리티가 낮아지는 고통을 겪어야 하는 것이다. 여하튼 텍스쳐 압축이 효과적인 방법이긴 하다는 것에는 별 이견이 없다. 하지만 "압축 한 것"과 "압축 하지 않은 것"의 차이는 메꿀 수 없는 수도 있다. 질적인 부분의 열화는 감뇌를 해야 되는 것이기 때문이다.

PowerVR 아키텍쳐(드림캐스트에 사용된 아키텍쳐이며 Neon 250나 Kyro 칩셋등을 말한다.)는 VQTC 압축 기법을 사용한다. 이것 역시 S3TC와 같은 텍스쳐 압축 기법의 한가지 방법이다. 하지만 PowerVR 아키텍쳐는 이것 이외에도 지연-랜더링 기법(Deferred rendering)을 함께 사용한다. 지연-랜더링 기법은 기존의 전통적인 압축 기법을 사용하는 랜더링을 통해 대역폭을 줄이는 것보다 휠씬 더 높은 효과를 얻을 수 있다. 이미 Neon 250 칩셋은 이러한 지연 랜더링 기법을 사용하고 있으며 현재로써는 PowerVR 아키텍쳐가 유일하게 이 방법을 사용하고 있다. 또 이 아키텍쳐에서 재미있는 것은 사용하는 메모리의 종류인데, 단지 SDRAM이나 SGRAM을 사용할 뿐, DDR-RAM은 필요치 않다는 것이다. 현재는 지연-랜더링 기법을 다른 회사에서도 손을 대려고 한다는 루머가 돌고 있다. 이 랜더링 기법을 사용하는 것도 상당한 득이 있는 것은 분명하다.(시간이 허락할 경우 매드삼디에서도 이 기법에 대한 소개를 하는 시간을 마련해 보겠다.)

버추얼 텍스쳐링은 다음시간에 좀더 심층적으로 고찰해 보자. :)

어떤 점에 있어서는 이게 가장 확실한 방법이다. 하지만 이렇게 메모리를 자꾸 늘려나가다가는 128MB의 비디오 메모리도 작다는 소리가 결국 나오게 된다. 이 문제는 대역 문제를 피할 나갈 수 있는 본질적인 해결책은 결국 되지 못한다.

지포스2가 지포스1에 비해서 왜 충분히 빠른 퍼포먼스를 내지 못한다고 생각하는가? 사실 3D 코어의 경우 지포스2는 지포스1에 비해 무려 67%나 빠른 효율을 자랑한다. 최고속도 100킬로미터로 달리던 차가 이제 167킬로미터로 달리는 차량이 된 것이다. 하지만 여러분의 컴퓨터에서 돌린 퀘이크3가 지포스1에서 지포스2로 탈바꿈하게 됨으로써 67%의 성능 향상을 느껴 보셨는가? 당연히 대답은 "아니다"일 것이고 그 대답은 곧 "내 돈 돌리도"로 이어지게 된다. 문제는 코어가 아무리 빨려져도 코어속을 흐르는 데이터의 속도를 따라갈 메모리가 없다는 것이다.

쿨링팬을 달고 컴터를 식히는 난리를 쳐도 옛날 만큼의 재미를, 프레임의 향상을 느낄 수 없다는 점이 그것을 증명하고 있다. 지포스2를 오버클럭 하시려면 코어를 하는 것 보다는 차라리 메모리 클럭을 오버하라. 그게 성능 향샹의 측면에서는 좀더 현명한 방법이다.

보다 빠른 메모리가 나왔다는 소식은 곧 지포스2 카드가 좀더 빨라질 수 있다는 이야기와 같다. 하지만 그것에는 너무 많은 비용이 든다. 그리고 그것은 곧 또다른 한계에 부딪치게 된다. 물론 1024x768 해상도에서만 여러분이 게임을 즐기겠다는 각서만 쓴다면 이것은 큰 문제가 않된다. :) 하지만 게임은 곧 64비트 칼라의 텍스쳐를 쓸 지도 모르며 퀘이크3의 존 카멕은 이미 그런 뜻을 비추고 있다. 이미 문제는 안심할 단계를 지나서고 있는 것이다.

여기에 메모리 대역 문제를 풀어줄 또 하나의 열쇠가 있다. 임베디드 메모리에 관해서는 단지 메모리의 크기가 문제 될 뿐이다. 64메가 혹은 128메가의 비디오 메모리를 3D 코어에 집어 넣을려는 회사가 있다. 이것은 임베디드 메모리 기술과 외부 프레임 버퍼를 복합적으로 사용하는 기술이 될 것이다. 이것이 가능할지는 아직 미지수 이지만 조금더 시간을 두고 지켜 보는 것은 필요할 듯 하다.

Pixelfusion이라는 한 회사가 이미 24MB의 임베디드 메모리를 장착한 3D 칩셋을 발표했다. 그렇다면 이제 내부에 각각 24MB의 메모리를 집적한 4개의 병렬 그래픽 프로세서가 서로 동기되면서 돌아간다고 상상을 해보자. 이것은 충분한 대역폭을 확보할 수 있는 방법을 제공하게 된다. 또한 칩셋 외부에 64MB의 DDRAM을 추가로 가지게 된다면 더욱 그럴 듯 하다. 이렇게 되면 결국 (4*24)=96MB + 64MB = 162MB라는 공식을 통해서 우리는 총 162MB라는 비디오 메모리를 가지게 된다. 물론 가격은 무지막지하게 비싸긴 하지만 96MB라는 "날라다니는 내부 메모리"와 또다른 64MB라는 추가적인 텍스쳐를 처리할 수 있는 백업용 외부 텍스쳐 버퍼를 사용할 수 있게 되는 것이다.

물론 현재까지는 이것은 이상적인 구조일 뿐이며 이런 구조의 아키텍쳐가 가능하게 될지는 아직까지 미지수이다. 가격이 비싸다면 결국 그림에 떡이 되며 아무도 그 칩셋을 사용하지 않을 것이기 때문이다.

얼마전 퀘이크3의 존 카멕은 그의 새로운 계획을 발표했다. 그것은 버추얼 텍스쳐가 곧 부상하게 될 것이라는 것이다. 다음 호에서는 버추얼-텍스쳐 기법은 무엇이며 이 방법이 메모리 대역 문제에 대한 문제를 해결할 수 있는 최상이 방법이 될 수 있는지에 대한 고찰을 해 보는 시간을 갖도록 하자.