요즘 필자가 구입하고 싶은 컴퓨터 부품 No.1 은 단연코 NVIDIA GeForce 7800 GTX 다. 기존 제품보다 한층더 강력해진 스펙과 성능, 소음 및 발열량이 줄어들어 쾌적한 환경에서 최신의 3D 게임을 부드럽게 게임을 즐길수 있는 메리트. 과연 어떤 게이머가 이 매력을 거부할 수 있을까 ?

하지만 이 새로운 베이비를 사용하기 위해선, 소비자는 상당한 비용의 지출의 감수해야 한다. 기존 제품 대비 퍼포먼스를 생각해보면 나름대로 가치가 있는 비용투자이지만, 소비자 입장에선 역시 만만치 않은 금액이 지출되는 것이기 때문에 GeForce 7800 GTX 가 기존 제품에 비해 얼마만큼 발전되었고, 어떠한 기술적 특징을 가지고 있는지 궁금해진다.

▒ [리뷰] : 천상천하유아독존! NVIDIA GeForce 7800 GTX : 제 1 부 ▒

테크노아에서는 지난 GeForce 7800 GTX 1부 리뷰 기사에서, 제품의 개략적인 특성과 성능에 대해 중점적으로 알아본 바 있다. 오늘 게시되는 2부 기사에서는 GeForce 7800 GTX 의 기술적 발전사항을 면밀하게 분석하고, 성능 이외의 측면이지만 소비자에게는 매우 유용한 정보가 될 수 있는 소음/발열량을 중점적으로 체크해 보았다. 아무쪼록 GeForce 7800 GTX 에 관심이 많은 소비자들에게 유용한 정보가 되길 바라며, 2부 기사를 시작하고자 한다.

▒ CineFX™ 4.0 Technology

▲ 그림 1 - GeForce 7800 을 통해 렌더링한 NVIDIA 루나 기술 데모

NVIDIA 의 새로운 GeForce 7800 GPU 들은 기존 GeForce 6800 GPU 들에 비해 여러 가지로 발전된 기술과 스펙을 제공하고 있지만, 가장 먼저 주목해야 할 개선사항이라고 한다면 역시 CineFX™ 4.0 엔진을 제공한다는 점일 것이다. CineFX™ 4.0 엔진은 기본적으로는 CineFX™ 3.0 엔진에 근간을 두고 있지만, 내부적인 연산구조에 있어서 기존 엔진보다 더욱 최적화된 구조를 갖추고 있어서 더욱 빠르고 효율적인 3D 가속 기능을 수행한다는 장점을 가지게 되었다.

- 새롭게 디자인된 버텍스 쉐이더 유닛은 지오메트리 프로세싱을 수행하고 준비하는데 소요되는 시간을 단축시키게 되었다.

- 새로운 픽셀 쉐이더 유닛 디자인은 기존 GPU 와 비교하여 두배만큼 빠른 부동소수점 연산을 수행할 수 있게 되었고, 기타 수학적 연산능력 역시 향상되어 전체적인 데이터 처리량을 크게 증가시킬 수 있게 되었다.

- 새로운 하드웨어 알고리즘과 개선된 캐쉬 처리능력이 통합되어 더욱 강화된 텍스쳐 유닛은, 필터링과 블렌딩 처리를 수행함에 있어서 기존 GPU 보다 더욱 빠른 스피드를 제공할 수 있게 되었다.

3D 비쥬얼 화면을 구성하는 모든 조건들이 새로운 레벨의 퍼포먼스와 퀄리티를 갖추게 되었기 때문에, CineFX™ 4.0 엔진이 구현한 모든 화면화면들은 사용자들에게 더욱 사실적인 느낌을 전달할 수 있게 되었다. 그렇다면 그러한 리얼리티에 한층더 가까이 다가가게된 화면들은 어떻게 만들어지게 되는 것일까 ? 지금부터 그 비밀을 차근차근 알아보도록 하자.

버텍스 쉐이더 개선사항 - 트라이앵글 셋업을 더욱 빠르게

▲ 그림 2 - NVIDIA 루나 기술 데모의 와이어 프레임 모델

버텍스 쉐이더는 3D 그래픽을 구성하는 여러가지 핵심기술 중 하나이다. 3D 환경은 가장 기초적인 그래픽 단위인 트라이앵글 (삼각형) 이 모여 하나의 모델이 되고, 이 모델들이 여러개 모여 최종적으로 3D 환경을 구성하게 되는 것이다. (그림2 참조) 삼각형의 각 꼭지점 (흔히 버텍스라 불리우는 것) 은 3D 환경 상에서 각 모델의 위치를 표시하는 하나의 기준점이 되게 되며, 기준점 이외에도 다양한 특성이 부여될 수 있는 단위가 된다.

버텍스 쉐이더 파이프라인의 첫 번째 단계는 삼각형의 꼭지점들을 각각 구별/분리하는 것이다. 각 버텍스는 앞서 설명한 바 있듯이 하나의 기준점 이외에도 다양한 정보를 포함할 수 있는 기초 단위가 될 수 있기 때문에, 각 버텍스의 위치 및 개별정보를 분리하여 인식하는 것은 매우 중요한 작업이라고 말할 수 있다. 그 다음 이러한 버텍스 정보는 3D 매트릭스 변형 연산 과정을 통하여, 3D 공간상에서 하나의 카메라로 변형되게 된다.

▲ 그림 3 - 버텍스 쉐이더가 트라이앵글 셋업 유닛에 데이터를 집어넣는다.

새롭게 변형된 버텍스는 다음 단계인 렌더링 과정을 거치기 전에, 하나의 그룹을 이루어 삼각형 셋업 유닛에 투입되게 된다. (그림 3 참조) 삼각형 셋업 유닛은 자신에게 입수된 버텍스 데이터를 수학적으로 분석하여 "그냥 흘려보낼" 것인지, 아니면 3개의 꼭지점을 가진 삼각형으로 만들 것 인지를 결정하게 된다.

▲ 그림 4 - 레스터 라인위에 겹쳐져 있는 트라이앵글

이 과정동안, 하나의 가상 삼각형은 몇 개의 레스터 라인위에 펼쳐지게 된다. 수많은 레스터 라인 중에서 특정 삼각형 범주 안에는 드는 부분은, 하나의 픽셀로 인식되어 전체 모델의 기초단위로 사용될 수 있도록 색상값을 가지도록 쉐이딩 처리된다. 하나의 모델은 수없이 많은 픽셀 및 버텍스로 이루어져 있기 때문에, 버텍스 쉐이더 안에서 이러한 트라이앵글 셋업 과정이 얼마나 빨리 완료되는가 라는 이슈는, 곧 최종적인 3D 가속성능에도 영향을 미치는 조건이 될 수 있다. GeForce 6800 시리즈에서는 이러한 버텍스 쉐이더가 6개 제공되었지만, GeForce 7800 시리즈에서는 8개로 증가되었기 때문에, 기존 제품에 비해 더욱 빠르게 트라이앵글 셋업과정을 마칠수 있는 파워를 가지게 되었다.

픽셀 쉐이더 개선사항 - MADD 연산 속도의 증가

픽셀 쉐이딩 연산과정은 대단히 복잡한 수학연산 과정으로 이루어져 있다. 빛의 굴절, 반사, 파티클 처리, 엠보싱 효과를 구현하는 것은, 현실적으로 다양하면서도 어마어마한 분량의 수학적 계산과정이 필요하다. 때문에 3D GPU 자체의 연산성능의 레벨이 낮았던 초창기 시절에는, GPU 의 스펙 뿐만 아니라 CPU 의 성능이 높으면 높을수록 성능향상 비율이 크게 향상되었던 것이 사실이다.

물론 현재시점에서도 CPU 의 연산능력은 3D 그래픽 구현과정에서 매우 중요한 요소임에는 분명하다. 다만 예전과 다른 상황이라면, 최신의 GPU 의 경우 기술 및 스펙상의 발전으로 예전에는 CPU 가 담당하던 업무를 상당부분 가져와서 GPU 자체적으로 처리할 수 있게 발전되었다는 점이며, 이는 최근 발표된 GeForce 7800 GTX 코어도 기본적으로 가지고 있는 특성이다.

"곱셈" 과 "덧셈" 은 3D 그래픽 수학 연산과정에서 자주 사용되는 공식중 하나이다. 3D 그래픽 분야에서는 이들 두 개의 연산과정을 합쳐 "multiply + add" (MADD) 연산이라고 부르기도 한다. 당연하겠지만 MADD 연산은 3D 그래픽 변환 / 광원처리 / 노말맵 계산, 그리고 다양한 연산 과정상에서 빈번히 사용되게 된다.

CineFX 4.0 엔진은, 픽셀 쉐이더 아키텍쳐 안에서 이러한 MADD 연산을 더욱 빠르고 더욱 많은 데이터를 처리할 수 있도록 개선되었다. 사실상 GeForce 7800 GPU 는 이전 세대의 GPU 와 비교하여 MADD 연산속도 및 데이터 처리량이 2배만큼 빨라진 특성을 가지고 있다.

위의 다이어그램은 GeForce 7800 GPU 의 싱글 픽셀 쉐이더 파이프라인 동작구조를 간단한 나타낸 것이다. 살펴보시면 아시겠지만, 기본적인 동작구조는 기존의 칩셋과 특별한 차이는 없다. 이전 코어인 NV40 코어 역시 1개의 픽셀 쉐이더 파이프라인 안에 2개의 FP32 쉐이더 유닛이 들어있었고, GeForce 7800 GPU 는 이러한 구조를 그대로 이어받고 있다.

▲ 각 GPU 별 MAD 연산성능 비교

다만 기존 코어와 비교하여 한가지 다른 특징은, GeForce 7800 GPU 의 FP32 쉐이더 유닛안에서 MADD 연산을 4개씩 처리할 수 있게 되었다는 점이다. 다이어그램에서 알 수 있듯이 GeForce 7800 싱글 픽셀 쉐이더 파이프라인 안에는 2개의 FP32 쉐이더 유닛이 포함되어 있으므로, 최종적으로 하나의 픽셀 쉐이더 파이프라인에서 처리할 수 있는 MADD 연산은 총 8개가 된다.

▲ GeForce 7800 GTX - NV40 의 2배에 달하는 Gflops 성능을 제공하고 있다.

반면의 NV40 (GeForce 6800 Ultra) 의 경우에는 하나의 픽셀 쉐이어 파이프라인 안에서 총 4개의 MADD 연산과 4개의 MUL 연산을 수행할 수 있도록 디자인 되어 있다. 결론적으로 GeForce 7800 GPU 는 GeForce 6800 GPU 에 비해 2배만큼 많은 MADD 연산을 동시에 수행할 수 있는 장점이 있다는 것을 알 수 있다. 물론 GeForce 7800 GPU 의 경우에는 픽셀 파이프라인의 개수 또한 24개로 늘어났기 때문에, 각각의 GPU 가 수행할 수 있는 flops (초당 부동소수점 연산 능력) 수치는 위에 표에 나타나 있는 것과 같이 큰 차이를 보여주게 된다.

텍스쳐 엔진 개선사항 - 더욱 빠른 AF 연산 / HDR 렌더링 지원

▲ HDR 렌더링 기능을 지원하는 언리얼 엔진3

▲ 언리얼 엔진3 를 사용하여 개발되고 있는 언리얼토너먼트 2007 스크린 샷

CineFX 4.0 엔진안에는 더욱 새롭게 개선된 텍스쳐 엔진이 포함되어 있다. 기존 GPU 에 비해 텍스쳐는 더욱 빠르게 로딩 / 엑세스 될 수 있고, 개발자들은 여러가지 사이즈의 텍셀 셈플을 더욱 빠르고 자유롭게 제어할 수 있기 때문에, HDR (High Dynamic-Range) 렌더링 같은 고레벨의 정밀도가 필요한 텍스쳐 연산작업에서 눈에 띨 만한 성능향상을 가능하게 해준다.

언리얼 엔진3 에서의 퍼포먼스를 비교해 보면, 그러한 기술적 개선의 효과를 간접적으로나마 느낄수 있다. 물론 언리얼 엔진3 는 아직까지도 개발중에 있기 때문에, 최종적인 엔진에서의 퍼포먼스는 확인할 수가 없지만, 적어도 최근까지 개발된 엔진상에서 퍼포먼스를 측정한 결과에 따르면, GeForce 7800 GTX 보드 1개의 성능이 GeForce 6800 Ultra SLI 시스템의 성능을 능가하고 있음을 알 수 있다. 물론 이는 최종적인 언리얼 엔진3 기술의 성능은 아니기 때문에 부분적으로만 참고해야 할 사항이지만, 어쨌든 1개의 GeForce 7800 GTX 보드가 2개의 GeForce 6800 Ultra 보드의 성능을 능가하고 있다는 점은 매우 흥미로운 결과라고 말할 수 있을 것이다.

▲ Far Cry - HDR off

▲ Far Cry - HDR On

☞ [News] : HDR 렌더링 지원하는 Far Cry v1.3 패치 업데이트 (GeForce 6 지원)

한가지 알아둘 필요가 있는 사항이라면, HDR 렌더링 기술은 이미 GeForce 6 그래픽 코어 시리즈에서도 지원이 가능한 기능이라는 점이다. 다만 GeForce 7800 시리즈에서는 텍스쳐 엔진이 강화되어 이전 제품보다 더욱 빠른 속도로 HDR 렌더링 같은 고레벨 정밀도 텍스쳐 연산작업이 가능하졌다는 것이 차이점이라고 할까. 참고로 Anisotropic 필터링 연산작업 역시 기본적으로 텍스쳐 변환을 통해 더욱 높은 이미지 퀄리티를 제공할 수 있게 지원해주는 기능이기 때문에, GeForce 7800 GPU 에서는 기존 GPU 보다 부하가 적게 걸린 상태에서 AF 연산작업을 더욱 빠르게 수행할 수 있게 되는 장점또한 가지게 된다.

▒ Intellisample™ 4.0 - 투명 슈퍼/멀티셈플링 AA 기능지원

CineFX 4.0 엔진이 속도의 개선 측면에 중심을 두고 발전된 기술이라면, Intellisample 4.0 엔진은 보다 나은 이미지 퀄리티를 제공하는 측면으로 발전된 기술이라고 말할 수 있다. GeForce 7800 GTX 같은 최신의 그래픽 카드들은 GPU 연산성능 및 메모리 대역폭등이 과거 제품에 비해 매우 높은 수준으로 발전했기 때문에, 이미지 퀄리티를 상승시켜주는 AA / AF 효과등을 적용하여도 프레임 저하가 적은 특성을 가지게 된다.

하지만 NVIDIA 는 이러한 성능향상에 만족하지 않고 더욱 높은 이미지 퀄리티를 제공할 수 있는 새로운 안티알리아싱 기능을 제공하게 된다. 소위 말하는 "투명 슈퍼/멀티 셈플링" AA 기능이 바로 그것인데, 이 새로운 기능은 기존의 AA 기능에서는 적용대상이 되지 않았던 얇고 단순한 오브젝트 (격자 철조망 울타리, 얇은 나뭇가지, 얇은 식물 잎새) 등의 경계선을 더욱 부드럽게 처리해주는 기능을 수행한다.

▲ 단일 텍스쳐 단일 폴리건으로 구성된 초목 잎새 표현 (기존 AA 적용)

▲ 단일 텍스쳐 단일 폴리건으로 구성된 초목 잎새 표현 (투명 슈퍼셈플링 AA 적용)

위에서 언급한 얇고 단순한 오브젝트들은 일반적으로 매우 단순한 폴리건으로 렌더링 되는 경우가 많다. (심지어 하나의 폴리건으로 구성되는 경우도 있음.) 기존의 AA 기능들은 폴리건 안에 있는 픽셀들은 AA 를 적용할 수 있는 단위로 보지 않기 때문에, 아무리 높은 단계의 AA를 적용하더라도 경계선이 부드러워지는 효과를 보기 힘들다.

▲ 기존 AA 적용 화면

▲ 투명 슈퍼셈플링 AA 적용 화면

투명 슈퍼셈플링 AA 기능은 이러한 기존 방식에서 탈피하여, 삼각형의 꼭지점이 아닌 텍셀의 알파채널에서 하나의 키를 추출하여 AA 를 적용시킬수 있는 단위로 인식할 수 있기 때문에, 위에서 언급한 얇고 단순한 오브젝트에 대해서도 AA 기능을 수행할 수 있는 특징을 가지게 된다. 다만 이러한 투명 슈퍼셈플링 AA 기능은 기존의 AA 기능과는 별도로 수행되는 작업이기 때문에, 역시 추가적인 3D 연산부하가 GPU 에 걸리게 된다는 점은 기억할 필요가 있을 것이다.

▲ 왼쪽은 일반 AA 화면, 오른쪽은 투명 멀티셈플링 AA 화면이다.

투명 멀티셈플링 AA 기능은 투명 슈퍼셈플링 AA 기능보다는 낮은 퀄리티의 결과물을 보여주지만, 속도의 측면에선 나름대로 최적화된 방식을 가진 기능이다. 최고의 이미지 퀄리티를 원한다면 당연히 투명 슈퍼셈플링 AA 기능을 활용해야 하겠지만, 일부 사용자들의 경우에는 퀄리티와 함께 속도의 측면에서도 만족스러운 게임 플레이 환경을 원하는 경우도 있기 때문에, NVIDIA 는 투명 AA 퀄리티를 한단계 낮추면서도 기존의 AA 화면보다는 높은 퀄리티와 빠른 속도를 제공하는 투명 멀티셈플링 AA 기능을 제공해주는 것이라 판단할 수 있다. 참고로 투명 슈퍼/멀티셈플링 AA 기능은 GeForce 7800 GPU 에서만 가능한 독자적인 기능이다. 당연하겠지만 기존의 AA 기능 활성화 여부와는 관계없이 사용자가 임의로 적용할 수 있는 기능이기도 하다.

사실 GeForce 7800 GTX 의 기술적인 측면에서의 개선사항은 위에서 설명한 것보다 훨씬 복잡하고 방대하지만, 굵직굵직한 특징은 위와같다고 말할 수 있다. 다음 페이지에서는 이러한 개선 사항중 실제 성능체크가 가능한 HDR 렌더링 성능 및 투명 슈퍼/멀티셈플링 AA 퍼포먼스 및 효율을 검증해 볼 예정이다. 더불어 성능 이외의 측면이지만, 실제 소비자 입장에서는 매우 중요한 온도/소음 테스트도 진행하여 다양한 각도에서 GeForce 7800 GTX 의 가치를 체크해 볼 생각이다.