2. 두 배로 늘어난 지포스 GTX 400 시리즈
엔비디아 (NVIDIA)가 발표한 지포스 GTX 400 시리즈는
하이엔드 시장에 먼저 등장할 지포스 GTX 470과 GTX 480의 2종이 있으며,
이들은 Fermi GF100 기반으로 DirectX 11의 주요 특징인 테셀레이션
(Tessellation)을 비롯하여 GPGPU에 이전보다 최적화된 아키텍처가 적용되는
GPU로 알려져 있다.
30억개의 트랜지스터가 집적된 지포스 GTX 470/
GTX 480
지포스 GTX 470/ GTX 480은 이전 세대인 지포스
GTX 200 시리즈에 적용된 14억개보다 16억개가 더 늘어난
30억개의 트랜지스터가 집적되고 있으며, 라데온 HD 5800 시리즈에 사용된
RV870의 21억 5천만 개보다도 8억 5천만 개가 더 늘어났다.
다이 사이즈는 지포스 GTX 470/ GTX 480에 적용된
GF100이 529mm2의 크기를 가진 것으로 알려져 있으며, RV870은 334mm2의
크기를 가져 늘어난 트랜지스터 수만큼이나 크기도 더 커졌다.
GF100의 늘어난 트랜지스터는 이전 세대보다 강화된
GPGPU 지원과 늘어난 스트림 프로세서, DirectX 11에 최적화된 기능들의
집적으로 인한 것이다. 특히, 테슬라 같은 제품과 같은 아키텍처로 만들어져
컴퓨팅에 강화된 기능들도 상당수 포함되었기 때문에 그만큼 트랜지스터
수의 증가를 가져왔다. 하지만, 이로 인해 발열과 소비전력은 증가될
수밖에 없는데 라데온 HD 5000 시리즈에 적용된 동일한 40nm 공정을
통해 발열과 소비전력, 와트당 성능비를 개선할 수 있도록 했다.
지포스 GTX 400, Fermi GF100
[최대 512 쿠다코어 제공하는 GF100]
지포스 GTX 400 시리즈에 사용된 Fermi GF100 GPU는
DirectX 11에 최적화된 테셀레이션 (Tessellatioin)과 명령어, 스트림
프로세서, 아키텍처로의 변화가 이루어졌다. 특히, 지포스 GTX 400 시리즈는
범용성과 그래픽처리 모두를 고려하여 만들어진 아키텍처를 적용하면서
DirectX 11의 중심이되고 있는 테셀레이션에도 집중하고 있다.
GF100은 최대 512개의 쿠다코어 (SP, Stream Processor,
스트림 프로세서)를 제공가능한데 하이엔드로 먼저 등장한 지포스
GTX 470과 GTX 480은 각각 448개와 480개의 쿠다코어 (14개와 15개의
SM (Streaming Multiprocessor))가 적용되었다. 엔비디아에 따르면,
추후 512개의 쿠다코어를 적용한 제품이 등장할 것으로 알려지고 있다.
GF100은 GT200 대비 트랜지스터와 쿠다코어 수가
2배 (GTX 258 240개, GTX 470/ 480은 448개와 480개)로 늘었고 ROP는
1.5배 (GTX 285 32 ROP, GTX 470/ 480은 48/ 40 ROP), GDDR5 메모리를
적용하여 전송율도 2배로 끌어올렸다. 하지만, 텍스처 유닛은 지포스
GTX 285와 라데온 HD 5800의 80개보다 줄어든 60 (GTX 480)/ 56 (GTX
470)개를 제공해 텍스처 처리 성능보다 쉐이더에 연산에 비중을
둔 최근의 추세를 따르고 있다. 텍스처 유닛이 줄어든 만큼 텍스처 연산에
비중을 둔 게임 등에서는 불리해질 수도 있다. 지오메트리 연산 능력도
GT200보다 8배 높였다.
GF100은 SM (Streaming Multiprocessor)가 16개로
구성되고 내부에 32개의 쿠다 코어를 포함하여 총 512개로 구성되고
GT200 시리즈보다 최대 4배가 증개했다. 더블 프리시전 (Double Precision
Floating Point) 연산에서도 GT200의 8배나 증가했다.
GF100은 448/ 480개의 스레드를 처리할 수 있게
되어 지포스 GTX 285의 240개보다 2배에 이르는 스레드를 처리할 수
있게 되었고 쿠다코어의 클럭은 기존처럼 코어 클럭과 비동기로 동작하여
효율을 높였다.
또한, 범용컴퓨팅과 그래픽처리를 모두 고려한 GF100은
그래픽 파이프라인에 레이트레이싱과 지오메트리 렌더링 기능을 포함하여
기존 GT200 시리즈보다 더욱 효율적인 성능 향상과 범용 컴퓨팅에 최적화된
모습을 보여준다. 이를 바탕으로 범용 컴퓨팅의 OpenCL과 DirectCopute, PhysX,
AI, Ray-Tracing 등의 처리 성능도 향상되었다.
GF100, 쿼드코어화된 GPU
[GF100, 쿼드코어화된 GPU, GPC 1개가 1코어 총
4개의 GPC 구성]
GF100 최대 구성은 4개의 GPC (Graphics Processing
Cluster)로 구성되는데 GPC를 CPU에 비유하면 하나의 코어에 해당하며,
라데온 HD 5800 시리즈가 듀얼코어화되었다면, GF100은 4개의 GPC를
구성할 수 있어 쿼드코어화된 GPU라고 설명할 수 있다. 범용컴퓨팅에서는
16코어로, 그래픽처리에는 4코어로 활용된다.
GPC 하나에는 4개의 SM (Streaming Multiprocessor)과
PolyMorph Engine 4개 (각 SM 당 1개), Raster Engine 1개가 포함된다.
PolyMorph Engine에는 테셀레이터 1개가 포함되므로 GPC 하나에는 총
4개의 테셀레이터가 내장된다.
GF100은 DirectX 11에도 최적화된 모습을 보여주는데
특히 DirectX 11의 중심이되는 테셀레이션 (Tessellation)을 위한 테셀레이터를
PolyMorph Engine에 하나씩 배치하여 지포스 GTX 470/ GTX 480은 최대
16개의 테셀레이터가 내장되며, 프로그래밍 가능한 Hull과 Domain 쉐이더
역할도 함께 포함된다. 메모리와 직접 입출력할 수 있는 Stream Output도
최대 16개가 내장되며, Raster Engine도 4개가 사용되어 레스터라이저
(Rasterizer)도 4개가 적용된다. (라데온 HD 5800 시리즈는 듀얼 레스터
라이저와 하나의 테셀레이터가 적용되는 것으로 알려져 있다.)
GF100은 GPC 구조와 기가스레드 (GigaThread) 엔진을
개선하여 GT200이 한 번에 하나의 커널 프로그램을 실행했다면, GF100은
다수의 커널 프로그램을 동시에 실행할 수 있는 발전된 멀티 스레드
개념을 적용하고 있다.
ROP 유닛 증가 및 32x CSAA 지원
[32x CSAA : 8xMSAA + 24X Coverage Samples (CSAA)]
지포스 GTX 470과 GTX 480은 ROP 유닛이 지포스
GTX 285가 제공하는 32 ROP보다 1.5배 가량 더 늘어난 48개와 40개를
제공하기 때문에 고해상도와 안티앨리어싱 환경에서 성능 저하를 GT200
시리즈보다 줄일 수 있게 되었다. 또, AA 품질 향상을 위한 32x CSAA
(8xMSAA + 24 CSAA)를 지원하여 보다 향상된 AA 품질을 제공할 수 있게
되었으며, 여기에 개선된 TMAA (Transparency MultiSample Anti-Aliasing)
품질도 제공한다.
GDDR5 메모리
적용, 클럭 스위칭
AMD ATI의 경우 라데온 HD 4800 시리즈로 넘어오면서부터
GDDR5 메모리를 적용했지만, 엔비디아는 GF100으로 넘어오면서 GDDR5
메모리를 적용했다. GDDR3를 사용하던 GT200과 비교하여 메모리
인터페이스는 512bit에서 384/ 320bit로 줄어 G80 GPU와 비슷한 구성을
하고 있다. 하지만, 고클럭 GDDR5 메모리를 적용하는 만큼 전송률 향상을
바탕으로 대역폭을 증가시킬 수 있게 되었다. 또, 경쟁사처럼 GDDR5
메모리는 클럭 및 전압을 부하에 따라 스위칭하여 전력효율을 높여주고
있다.
그러나, 메모리 클럭 및 전압 스위칭과 40nm 공정을
적용함에도 트랜지스터 수 증가에 따라 최대 보드 파워 (TDP, 열설계전력)는
지포스 GTX 470이 215W, GTX 480이 250W이며, 이는 라데온 HD 5870의
188W, 라데온 HD 5850의 151W보다 높은 수준이다.
디스플레이 출력과 3D Vision Surround 지원
[3D Vision Surround : GTX 470/ GTX 480 SLI,
GT200 SLI 지원]
디스플레이 지원은 NVIO 칩셋을 별도로 분리하였던
GT200 시리즈와 달리 GF100 GPU에 모두 내장하고 있으며, 이로 인해
트랜지스터 수가 더 늘어났다. 디스플레이 지원은 AMD ATI의 멀티디스플레이
확장을 위한 Eyefinity와 같은 기술은 지원하지 않으나 3D Vision을
GTX 470/ GTX 480 SLI를 통해 3대의 모니터로 구현하는 3D Visioin Surround를
GT200 SLI 구성과 함께 지원할 수 있게 되었다.
지포스 GTX 470과 GTX 480에 제공되는 기본 구성은
듀얼링크 DVI (Dual-Link DVI) 지원 DVI 포트 2개와 미니 HDMI (Mini
HDMI) 포트 1개를 제공한다. 또, GF100은 G210/ GT220/ GT240 처럼 오디오
코덱이 내장되어 오디오 출력이 가능해졌으며, 2채널 LPCM, Dolby Digital
(AC3), DTS 5.1, 멀티채널 (7.1) LPCM, Dolby Digital Plus (DD+), MPEG2/
MPEG4 AAC를 지원한다.
NVIDIA GeForce 시리즈 스펙비교
지포스 GTX 470과 GTX 480의 GF100 GPU를 사용하고
있지만, 최대 512 쿠다코어가 아닌 480개의 쿠다코어를 GTX 480이 사용하고
있으며, GTX 470은 448개를 제공한다. 트랜지스터 수는 30억 개로 14억
개를 제공하는 지포스 GTX 200 시리즈들보다 16억 개 더 많은 트랜지스터가
내장되고 있다.
코어는 클럭은 기존 GTX 200 시리즈들보다 높아졌고
GDDR5 메모리 지원, 메모리 인터페이스는 384/ 320bit로 줄었다. GDDR5
고클럭 적용으로 메모리 인터페이스가 줄어든 부분을 보충했고 대역폭은
증가했다.
스트림 프로세서 즉, 쿠다코어 (CUDA Cores)는 최대
240개였던 GTX 200 시리즈보다 2배 늘어난 480개와 448개가 각각 사용되며,
ROP도 32/ 28에서 48/ 40으로 늘어났다. 반면, 텍스처 유닛은 GTX 200
시리즈의 80/ 72/ 64에서 60/ 56으로 줄어 쉐이더 연산의 비중을 높이고
있다.
열설계전력인 TDP는 지포스 GTX 470과 GTX 480이
각각 215W/ 250W로 나타나 지포스 GTX 480은 이전 세대 듀얼 GPU인 지포스 GTX 295의 289W에 근접했으며, 지포스 GTX 470은 지포스 GTX 275의 219W보다 약간 낮은 것으로 나타났다.
지포스 GTX 470과 GTX 480의 가격대는 각각 $349와
$499로 공개되어 환율 계산으로 40만원/ 50만원 후반의 가격이지만,
실제로 수입통관비 등이 추가되면서 이 가격대보다 더 높은 가격이 적용될
것으로 예상된다.
AMD와 NVIDIA 제품군 비교
지포스 GTX 470과 GTX 480은 라데온 HD 5850과 라데온
HD 5870, 라데온 HD 5970 사이에 각각 위치하는 제품으로 하이엔드 라인업에
배치된다. 라데온 계열보다 지포스 GTX 400 시리즈는 같은 GDDR5 메모리를
사용하지만, 메모리 인터페이스는 더 높고 메모리 대역폭, 메모리 용량,
ROP 수가 더 많안 고해상도와 AA/ AF 적용에서 더 유리한 모습을 보여줄
수 있을 것으로 예상된다. 반면, 텍스처 유닛은 줄어 쉐이더 기반 게임들보다
텍스처 연산 기반 게임들에서 상대적으로 불리할 것으로 예상된다.
열설계전력인 TDP는 지포스 GTX 400 시리즈와 라데온
HD 5800 시리즈/ 5970이 같은 40nm 공정이지만, 라데온
계열이 200W 이하로 더 낮은 TDP 스펙을 갖고 있으며, 지포스 GTX 480은
앞서 언급된 것처럼 듀얼 GPU 기반 라데온 HD 5970/ 지포스 GTX 295에
더 근접한 TDP 스펙을 지니고 있다.
지포스 GTX 470과 GTX 480은 라데온 HD 5850과 라데온
HD 5870, 라데온 HD 5970의 각 사이의 하이엔드 라인업에 배치될 것으로
예상되며, 적절한 성능과 가격대를 제공하면 하이엔드 라인업에서 라데온
HD 5800 시리즈와 DirectX 11 라인업의 경쟁이 가능할 것으로 보여진다.
지포스 GTX 470과 GTX 480은 지포스 GTX 400 시리즈
중 싱글 GPU 기반에서는 가장 상위 라인업의 제품으로 DirectX 11과 테셀레이션, GPGPU에 보다 최적화된
모습을 보여주고 있으며, 범용컴퓨팅의 확장성도 GTX 200
시리즈들보다 크게 개선하고 있다. 지금까지 살펴본 지포스 GTX 470/
480의 스펙을 정리하면 아래와 같다.
- DirectX 11과 GPGPU에 보다 최적화된 아키텍처
- 테셀레이터 및 멀티스레딩 능력 강화 (동시실행 능력)
-
GT200 대비 최대 8배 향상된 지오메트리 성능
- PhysX 최대 2.5배,
AI 및 Ray-Tracing 처리 향상
- 쿠다코어 448/ 480 (GTX 470 448/
GTX 480 480)
- 40nm 공정 및 GDDR5 메모리 사용
- 고클럭 GDDR5 메모리 사용 및 에러정정 기능 포함
- 텍스처 처리
유닛 60/ 56개, 텍스처 처리향상 (GTX 480 60/ GTX 470 56)
- 32x CSAA 및 TMAA/ AA의 효율적인 처리 및 성능 향상
- Render
Back-Ends (ROP) 유닛 48/ 40 (GTX 480 48/ GTX 470 40)
- 전력관리 개선
(클럭 및 전압 스위칭, GDDR5 클럭 및 전압 감소)
지포스 GTX 400 시리즈와 GTX 200 시리즈에 대한
내용은 드디어 출시된 엔비디아 Fermi, 지포스 GTX 400 완벽 분석 기사와 게임을 넘어서는 GPU, NVIDIA GeForce GTX 200 시리즈
기사를 참조하자.
HD 5800 시리즈와 HD 4800 시리즈에 대한 내용은
지난 기사인 [이론편] 공정으로 압도하는
RV770. ATI Radeon HD 4800 시리즈와 [이론편] Over the GeForce!
라데온HD5800의 모든것 기사를 참조하자.
