3차원 그래픽 가속기능
최근에 출시되는 거의 모든 게임들은 3차원 그래픽을 이용하여 게임이 진행되고 있다. 이전에 DOOM이 출시 될때만 해도 소프트웨어적으로 구현하였기 때문에 왠만한 컴퓨터 성능이 되어도 640x480 256 컬러 모드 이상의 실행이 힘들었고 그래픽 화질이나 색감도 그리 좋은 편은 아니었다. 하지만 3차원 그래픽 가속 기능이 그래픽 프로세서에 내장이 되면서 CPU로 처리하는 것에 비하여 수십에서 수백배의 빠른 속도로 3차원 그래픽을 구현할 수 있게 되었으며 뛰어난 화질과 현실감으로 빠른 속도로 컴퓨터에 보급이 되어 이제는 기본적인 기능이 되고 있다.
3차원 가속 기능은 (X,Y,Z)의 좌표로 구성된 다각형을 이용하여 물체를 표현하고 이것을 2차원 평면인 컴퓨터 모니터에 나타낼 수 있도록 2차원 그래픽으로 변환하는 처리를 하게 된다. 이때 각종 그래픽 처리 기법이 동원되어 보다 현실감 있는 그래픽을 구현하게 된다.
3차원 그래픽 처리 과정은 먼저 폴리곤을 수준에서 실수 연산이 위주가 되는 Geometry 저리 작업이 이루어지고 폴리곤을 컴퓨터가 처리할 수 있도록 디지털화된 픽셀 단위로 분리시키는 Rasterization 작업이 이루어진 다음, 픽셀에 텍스쳐를 입히고 밝기와 음영 정보를 부여하는 렌더링 작업이 이루어진다. 이렇게 모든 처리가 끝난 픽셀은 그래픽 메모리에 저장되고 램댁(RAMDAC)에 의해서 모니터로 출력되는 것이다.
 

3차원 그래픽 처리 과정은 먼저 폴리곤으로 표현되어 있는 3차원 물체를 시점의 위치와 화면의 위치에 따라서 회전시키거나 수평 이동시키는 Transformation 작업이 이루어진다. 그리고 광원의 위치에 따라서 폴리곤의 꼭지점에 밝기 정보가 부여하는 Lighting 이라 한다. 이 두 작업을 T&L이라 짧게 부른다. 이 작업은 CPU에 내장된 FPU(Float Point Unit)에 의해서 이루어지며 펜티엄III의 SSE(Streaming SIMD Extension) 명령어나 AMD K6 또는 Athlon의 3DNow! 명령어는 T&L 연산을 고속으로 처리할 수 있는 명령어들이다. 따라서 3차원 그래픽 가속 명령어라 부르기도 한다. 최근에는 3차원 그래픽 프로세서에 T&L 처리 기능이 내장되면서 FPU의 도움 없이 직접

처리하기도 하며, 이 경우에 FPU를 이용하는 경우에 비하여 3∼4배 가량 빠른 처리가 가능하게 된다. 반대로 CPU의 작업양을 줄여주기 때문에 시스템 성능이 향상되는 역할을 하고 CPU는 물체의 움직임(Motion)이나 폴리곤 정보의 변환(Unit Conversion)등의 작업을 더욱 정밀하게 처리할 수 있게 된다.

 

변환 작업이 끝난 폴리곤은 화면에 나타나는 부분만 잘라내고 필요 없는 부분을 삭제하는 Clipping 작업이 이루어진다. 이 경우에 초기에 삼각형이었던 폴리곤이 4각형으로 변환되며 이것을 다시 삼각형으로 분할하는 Tessellation 작업이 이루어진다. 최종적으로 얻어진 폴리곤은 픽셀 단위로 분리시키게 되며, 보다 빠른 처리를 위해서 미리 배면 폴리곤을 제거하는 Stripping 작업이 이루어지게 된다. 즉, 앞으로 처리할 데이터 양을 최소화함으로 해서 실질적인 성능을 향상시키는 기법이다. 분리된 픽셀에는 밝기 정보와 X/Y/Z 정보 그리고 텍스쳐를 처리할 텍스쳐 위치 정보를 가지고 있다. 이러한 정보는 텍스쳐 처리 유니트와 음영 처리 유니트를 거쳐서 픽셀이 생성된다. 픽셀은 안개 효과와 같은 각종 3차원 그래픽 효과를 처리하여 최종적으로 프레임 버퍼에 기록이 된다. 이 과정을 렌더링(Rendering) 처리라 한다.

 

최종적으로 얻어지는 픽셀은 RGBA 컬러 요소와 Z 값을 가지고 있다. Z 값은 3차원 공간에서 앞에 있는 물체에 의해서 가리워진 뒤쪽의 물체를 화면에 나타나지 않도록 선별하기 위해서 사용되어진다. 즉, 새로운 픽셀이 그려질 때 Z 값을 비교하여 새로 그려질 픽셀이 이전의 픽셀에 앞쪽에 있는 경우에 픽셀을 그리고 그렇지 않는 경우는 픽셀을 그리지 않는 방식이다. 이렇게 함으로 해서 같은 위치라도 시점에서 가장 가까운 면만이 표현이 된다.   그래픽 버스 과거의 단순 변환 기능을 갖던 그래픽 프로세서는 이제 CPU 수준을 능가하는 성능과 고급 기능이 필요하게 되었다. 따라서 그래픽 프로세서를 제작하는 제작사별로 기술 수준이 다르기 때문에 현저한 성능의 차이가 발생하고 있다. 이것은 CPU에서 인텔, 사이릭스, AMD, IDT 등의 회사의 CPU가 모두 다른 성능을 갖는 것과 동일한 이치이다.

또한 3차원 그래픽 처리에서는 막대한 양의 데이터를 처리해야 한다. 기본적을 프레임 버퍼의 입출력 이외에 텍스쳐 맵핑에 사용할 텍스쳐 정보와 3차원 입체를 표현하는 수치 정보가 필요하기 때문이다. 따라서 기존의 PCI 버스로도 그 성능을 출분히 뒷받침 할 수 없게 되었고 AGP(Accelerated Graphic Port)와 같은 고속 버스 시스템이 등장하게 되었다.

 

	AGP 버스는 동작 속도에 따라서 AGP 1x, 2x, 4x 모드로 구분하며, AGP 1x 모드에서 PCI에 비하여 두 배의 빠른 속도를 가지고 있다. 최근에 지원이 이루어진 AGP 4x 모드는 기존의 PCI에 비하여 8배의 높은 속도로 데이터를 입출력할 수 있다. 이러한 고속 이외에도 AGP 규격에서는 그래픽 프로세서가 CPU의 도움 없이 시스템 메모리에 저장되어 있는 그래픽 정보를 직업 억세스 하여 처리할 수 있다. 즉, 기존의 개념에서는 텍스쳐/지오메트리 등의 3차원 그래픽 정보가 반드시 그래픽 메모리에 미리 읽어져야 했지만 AGP에서는 시스템 메모리에 바로
읽어서 처리할 수 있으로 중간에 전송하는 시간이 필요하지 않고 메모리 사용량이 현저하게 줄어들게 되며 더불어 그래픽 메모리의 전송 대역을 다른 그래픽 처리에 모두 사용이 가능하므로 그 만큼 하드웨어 사양이 높아지게 된다. 실제로 PCI 방식에 비하여 AGP 방식은 기존 게임을 10% 이상 높은 속도로 향상시키고 있다. 더불어 대용량의 텍스쳐를 이용하는 경우에 적은 그래픽 메모리도로 처리가 가능하게 되었다.

 

하지만 AGP 1x 모드와 AGP 4x 모드에서 4배의 전송 대역을 가지고 있지만 실제 게임에서 그 차이는 크게 나타나지 않고 있다. 이것은 기존의 게임이나 프로그램이 AGP 1x/2x 모드 수준에 맞추어져 있고 굳이 텍스쳐 처리를 위해서 대역을 나누지 않고 처리하기 때문이다. 하지만 AGP 4x 모드에 적합하게 프로그래밍 되는 게임에서는 기존의 AGP 1x에 비하여 10∼20% 이상 높은 성능 향상을 기대할 수 있다.