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ATI의 선택, Shader연산에 중점을 둔다!
단순한 3D화면에서는 수만은 폴리곤으로 구성된 케릭터들이 움직였지만 지금의 3D화면은 사실과 같은 화면을 보여주기 위해 더 많은 그래픽 기법들이 사용되어가고 있다. 이것은 Shader라는 그래픽 처리용 언어가 GPU를 통해 지원되면서부터 더욱 빠르게 발전되어 해가갈수록 더 사실적인 화면을 만들어내기 위해 계속 업그레이드 되고 있고 이를 사용한 게임타이틀도 갈수록 늘어나고 있는 상태이다.
[ATI가 설명한 Pixel Shader를 사용한 게임타이틀의 비율, 2006년에는 거의 모든 게임타이틀이 Pixel Shader를 사용하게 될것으로 예상되고 있다.]
이처럼 게임들이 Shader 연산을 통한 그래픽 기법을 사용해가고 있음에 따라 이를 처리해야하는 GPU들도 새로운 Shader 연산을 지원하면서 더욱 빠른 처리가 가능하도록 개발되고 있지만 기존 세대의 게임에서도 빠른 성능을 보여주기 위해 Shader 연산 뿐만 아니라 3D 화면을 처리하는 기본적인 텍스쳐들을 빠르게 읽고 쓰기 위해 텍스쳐 처리를 위한 기능도 계속 증가시키고 있었다.
하지만 언제나 세월에 따라 그리고 그 상황에 따라 모든 것이 변화되듯이 이러한 GPU 아키텍쳐의 개발 트렌드는 변화되기 시작해 Shader 연산을 위한 부분과 텍스쳐 처리를 위한 부분이 나누어지기 시작하더니 급기야 1:1의 비율을 유지하던 Shader 연산과 텍스쳐 처리 부분의 비율이 변화되게 되었다.
[해마다 PC 게임 타이틀에 사용되는 Shader 연산의 갯수와 Shader 연산에서 텍스쳐와 산술 연산이 차지하는 비율을 나타낸 그래프]
이러한 트렌드는 그래픽 프로세서 개발사의 두 공룡 기업인 ATI와 nVIDIA가 아닌 S3나 XGI로부터 먼저 시작되었지만 두 공룡 기업중 하나인 ATI에서도 이러한 트렌드에 동참하게 되어 이번 Radeon X1900 제품군이 탄생하게 되었다.
ATI는 Radeon X1900 제품군의 GPU인 R580 GPU를 이러한 트렌드에 맞춰 개발한 배경을 위의 그래프를 통해 설명하고 있는데 픽셀당 처리하는 Shader 연산 부분이 해가 갈수록 증가되고 있지만 세부적으로 따져본다면 텍스쳐 유닛을 통해 불러들여 처리하는 Shader 연산부분은 별다른 증가를 보이지 않고 있는것과 달리 Shader 연산중 산술 연산을 통해 처리하는 연산 부분은 해가갈수록 증가되고 있어 최신 게임들에서는 산술 연산 : 텍스쳐 처리 부분의 비율이 5:1 정도의 차이를 나타내게 되었다고 한다.
따라서 ATI는 Radeon X1900 제품군에 사용한 GPU인 R580 GPU를 R520 GPU와 동일한 상태에서 Pixel Shader 유닛수만 3배로 증가시킨 특이한 방식의 제품으로 만들게 된것인데 ATI의 이러한 주장이 틀린 것은 아니다.
최근 개발되어 발표된 게임들을 보면 Shader 연산을 통한 그래픽 처리가 있고 없음에 따라 화면 퀄리티의 차이가 극과 극을 보일 정도의 차이를 보이고 있고 이러한 그래픽 처리를 사용하게 되면 프레임이 낮아지게 되는 문제를 누구나 체감하고 있기에 Shader 연산을 더욱 빠르게 하기 위해 Pixel Shader 유닛수만 증가시켜 신제품으로 출시하여도 아무런 문제가 되지 않는다.
하지만 현재의 대부분의 게임이나 국내의 대다수 온라인 게임들은 Shader연산을 이용한다고 하더라도 그리 높은 성능이 필요한 Shader 연산을 필요하지 않게 만들어진 상태이기에 이러한 트렌드가 기존 세대와 현재의 대다수 게임에서는 큰 이점으로 작용하지 못하게 된다. 물론 게임들이 계속 새롭게 개발되고 있기에 이 부분은 시간이 흐르면 해결되겠지만 지금 상태에선 이러한 방식이 바로 환영받을 수는 없을지도 모른다.
48개로 늘어난 Pixel Shader 유닛
이번 Radeon X1900 제품군에 사용된 R580 GPU는 기존 R520 GPU와 내부 아키텍쳐와 구성이 거의 동일한 GPU라고 설명할 수 있다. R520처럼 Shader Model 3.0과 HDR 랜더링을 지원하며 Ultra-Threaded Dispatch Processor 및 링버스 메모리 아키텍쳐를 사용하여 효율을 높이는 방식이 그대로 사용되었고 지금까지 설명하였듯이 텍스쳐를 처리하는 텍스쳐 유닛이 분리된 방식으로 설계되었다.
[R580 GPU의 Pixel Shader 엔진부분]
[R520 GPU의 Pixel Shader 엔진부분]
위의 이미지 R580 GPU를 사용한 Radeon X1900의 Pixel Shader 엔진 부분의 블록도이다. 이미지에서 쉽게 확인할 수 있겠지만 이미 설명하였듯이 Ultra-Threaded Dispatch Processor와 연결된 Pixel Shader 유닛의 갯수가 16개에서 48개(코어당 4개의 유닛을 가지고 있다)로 증가된 것을 확인할 수 있을 것이다.
그리고 한가지더, 이것은 Ultra-Threaded Dispatch Processor를 사용한 이번 R5xx GPU들의 특징 때문에 필요한 GPRA(General Purpose Register Arrays) 부분도 Pixel Shader 유닛이 증가됨에 따라 그에 맞게 증가되었다.(사진상 하단부의 회색 부분)
Ultra-Threaded Dispatch Processor와 Pixel Shader 그리고 GPRA의 상호 의존성은 기존 기사인 Shader Model 3.0과 HDR 그 이상이 있다!, ATI Radeon X1000 시리즈
의 5번째 페이지를 참조하기 바란다.
Shadow Map 및 Fetch4 하드웨어 필터링 지원
그림자 처리를 위해 다양한 그래픽기법이 사용되고 있지만 최근에는 Shadow Map이라는 특수용도의 텍스쳐를 이용한 매핑 기법이 사용되고 있어 더욱 사실적인 그림자처리가 가능해지고 있지만 이 경우 그림자 주변이 부드럽지 못하게 되어 이를 처리하고자 필터링 처리를 하게 된다.
하지만 이를 PIxel shader 연산을 통해서만 처리하게 되면 상당히 많은 사이클이 소요되게 되어 높은 퀄리티의 그림자를 보여주기 위해서는 성능이 낮아지는 문제를 감수해야되었다. 이 부분은 3DMARK05가 발표되었을 당시 nVIDIA만이 이러한 기능을 가지고 있기에 ATI가 지원하지 못하는 부분을 기본적으로 사용하게 만든것에 대한 공정성 부분이 논란이 되었지만 ATI도 이 부분을 해결하고자 이번 Radeon X1900 제품군의 GPU인 R580부터 Shadow Map 및 하드웨어 필터링 기능인 Fetch4를 지원하게 만들었다.
사실 Fetch4는 이미 Radeon X1600 제품군인 RV530 GPU에서도 지워하고 있던 부분이라고 알려져 R580 GPU에서 최초로 지원했다고는 볼수 없지만 하위 제품들의 경우 최상위 GPU의 아키텍쳐를 그대로 사용하는 것이 일반적이고 R580의 발표가 계속 늦어져서 지금에와서 자세하게 소개한 것으로 생각된다.
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