뜨거운 여름의 시작과 함께 그래픽카드 시장도 후끈 달아오르는 중이다. 엔비디아가 내놓은 차세대 그래픽 프로세서 아키텍처, 파스칼(Pascal) 때문이다. 지포스 GTX 1000 시리즈로 이름 지어진 새 그래픽카드는 이전 세대와 비교를 거부할 정도로 향상된 전력대 성능과 게이밍 환경 제공을 앞세우고 있다. 여기에는 새 반도체 기술과 설계 구성도 한 몫 단단히 하고 있다.

젠슨 황 엔비디아 CEO는 지포스 GTX 1080을 공개하며 “타이탄(TITAN) X보다  빠르다”는 점을 강조했다. 특정 환경에서는 이전 세대인 지포스 GTX 980을 두 개 묶은 것보다 빠르다는 부분도 언급했다. 단순히 계산하면 두 배에 가까운 성능 향상을 이뤄냈다는 의미다.

 ▲ 화제의 그래픽카드, 엔비디아 지포스 GTX 1080.

이는 곧 어떤 환경에서든 최고 수준의 게임 몰입감을 경험할 수 있다는 뜻도 담겨 있을 것이다. 풀HD에서 QHD(2K), 4K(UHD) 해상도로 게이밍 환경이 변화하고 있고, 가상현실(VR)에 대한 수요도 존재하니 여기에 맞춘 성능을 제공해야 한다. 과연 새로운 지포스는 어떤 게이밍 환경을 우리에게 제공할까? 최대한 파헤쳐 봤다.

‘효율 극대화’ 지포스 GTX 1080의 특징
코드명 파스칼(Pascal), 새로운 지포스 GTX 1080은 크게 2가지 하드웨어적 특징과 몇 가지의 기술적 특징들을 제공한다. 대부분 성능과 효율성 개선이라는 목표 아래 이뤄진 것으로 PC 게이머들은 지포스 GTX 1080을 통해 최상의 게이밍 몰입감을 경험할 수 있다. 여기에 흔히 360 스크린샷 촬영 기능인 안셀(ANSEL)을 포함하기도 하는데, 사실 이건 파스칼 특유의 기능이 아니므로 제외했다.

▲ 지포스 GTX 1080의 특징들.

하드웨어적으로 이뤄낸 것은 크기 16nm 핀펫(FinFET) 공정과 GDDR5X 비디오 메모리 도입이다. 그 동안 엔비디아는 28nm 공정을 사용해 왔다. 자체적으로 보면 미세공정이지만 타 반도체 기업이 경쟁적으로 도입 중인 공정 기술과 비교하면 시대에 뒤처져 있었던 것도 사실이다. 미세공정 도입으로 더 많은 트랜지스터 집적과 함께 발열과 전력 유출을 방지할 수 있다.

지포스 GTX 1080에는 총 72억 개의 트랜지스터가 탑재됐다. 동시에 180W의 전력 효율을 확보할 수 있었다. 이전 세대 동급 제품군인 GTX 980과 비교하면 열 설계 전력(TDP)이 15W 늘었지만 성능은 크게 상승했다고 한다. 쿠다코어는 2560개로 2048개인 GTX 980 대비 20% 이상 증가했다. 작동 속도도 1126MHz가 기본이었던 전작에 비해 1607MHz로 40% 가량 상승하는 효과가 있었다. 15W 늘어난 것 치고 많은 것이 달라진 셈이다.

메모리에도 변화가 있다. 오랜 시간 쓰이던 GDDR5 메모리의 한계를 뛰어 넘은 GDDR5X의 도입이다. 우선 작동 속도가 10Gbps(2500MHz)에 달한다. 그 동안 가장 빠른 GDDR5 메모리의 속도는 7Gbps(1750MHz) 정도다.

메모리 속도의 향상이 성능으로 직결되기는 하지만 더 중요한 것은 이를 어떻게 활용하느냐다. 파스칼 아키텍처는 메모리 대역을 낭비하지 않고자 특별한 데이터 압축 기술을 적용했다. 기존 지포스 그래픽 프로세서는 2:1 비율의 델타 컬러 압축을 지원했었다. 그러나 파스칼에서는 4세대로 진화한 델타 컬러 압축 기술을 적용하면서 4:1 또는 8:1 압축을 지원하게 됐다.
 

▲ 프로젝트 카에서의 델타 컬러 압축 기술 소개. 좌측이 맥스웰, 우측이 파스칼이다. 어느 정도 형태가 남아있는 맥스웰과 달리 파스칼은 형체를 알아보기 어려울 정도로 컬러 압축이 이뤄졌음을 알 수 있다.

지포스 GTX 1080은 이를 활용해 메모리 대역을 효과적으로 운용하게 됐다. 엔비디아 자료에 따르면, GTX 980과 비교해 디램(DRAM) 대역폭은 1.4배, 압축 효율은 1.2배가 증가했다. 이를 실제 성능에 반영하니 1.7배 대역폭 개선 효과가 있었다고 한다.

파스칼 아키텍처에서 또 다른 변화는 동적 다중 투사(Simultaneous Multi-Projection) 기술이다. 이 기술은 실제 그려지고 있는 3D 화면을 디스플레이 비율이나 곡률 등에 맞춰 실제와 가깝게 표시해 주는 것에 기반한다. 일반 모니터보다는 다중 모니터나 곡면 모니터를 구성했을 때 효과를 보게 된다. 두 개의 디스플레이를 활용하는 가상현실(VR)에서도 적용 가능한 기술이다.
 

▲ 디스플레이 환경에 따라 왜곡을 보정해 표시하는 동적 다중 투사 기술.

동적 다중 투사 기술은 모든 게임에서 바로 지원하는 것은 아니다. 게임 개발사가 지원을 위한 코드를 게임에 추가해야 쓸 수 있다. 하지만 엔비디아는 해당 기술을 적용하는데 큰 어려움이 없다는 입장이다. 안셀(ANSEL)처럼 준비되어 있는 코드를 추가하면 끝이다. 대신 게임 내 시야(FOV) 조절이 가능해야 한다.

그래픽 연산과 연산을 적기에 사용하는 비동기 컴퓨트(Async) 컴퓨트 기술도 개선됐다. 과거 맥스웰 아키텍처는 한 가지 작업을 처리한 다음, 다른 작업을 하는 구조였다. 한 번에 하나의 명령어를 처리함으로써 효율적이지 못한 방식이다. 이 때는 그래픽 프로세서의 자원이 남더라도 다른 업무를 하지 못하는 일이 생긴다.

파스칼에서는 동적 부하 분배(Dynamic Load Balancing) 기술을 썼다. 그래픽과 컴퓨팅 연산을 필요에 따라 분산 처리하게끔 만든 것이다. 여기에 우선권(Preemption)을 둬서 중요도가 높은 작업을 우선 수행하는 식으로 효율성을 높였다.  

▲ 파스칼 아키텍처는 필요한 작업을 효율적으로 수행하는 비동기 쉐이더 기술이 본격 도입됐다.

이런 기술이 도입된 지포스 GTX 1080(GP104)은 2560개의 쿠다(CUDA) 코어가 탑재됐다. 이는 다시 20개의 SM으로 구성된다. 1개의 SM에 128개의 쿠다 코어가 포함되는 구조다. 큰 코어의 역할을 하는 GPC는 총 4개인데, 각 5개의 SM이 이에 포함된다.

쿠다 코어는 단정밀도 처리가 가능하다. 배정밀도 연산은 SM과 GPC를 통해 유연하게 처리되는 방식이며, 최대 1/32의 비율로 연산 가능하다. 그러나 풀칩이고 연산에 특화된 GP100과 달리 GP104는 배정밀도 성능을 조금 양보한 채로 단정밀도 게임 처리에 초점을 더 둔 형태다.

이 외에 지포스 GTX 1080은 20개의 지오메트리 유닛, 160개의 텍스처 유닛, 렌더링 파이프라인(ROP)은 64개가 포함된다.

 ▲ 지포스 GTX 1080(GP104)의 코어 다이어그램.

파운더스 에디션? 이보시오, 이게 무슨 소리요?
엔비디아는 지포스 GTX 1080의 발표와 함께 두 가지 제품을 제안했다. 하나는 기본형이 아닌 제조사 기판 공급 가격, 다른 하나는 파운더스 에디션(Founder’s Edition)이다. 가격은 각각 599 달러와 699달러. 물론 원화 환산된 가격은 실제 유통가격과 큰 차이가 있으니 참고만 하자. 하지만 이전과 다른 두 라인업의 등장은 궁금증을 자아내기에 충분하다.

▲ 기본형이지만 부품의 고급화로 상품성을 높인 파운더스 에디션.

엔비디아는 파운더스 에디션을 레퍼런스(기본형) 디자인에 특별함을 더한 제품이라 설명했다. 과거 기본형은 출시 후 약 2개월 정도만 판매해 왔고, 그 뒤를 제조사 기술력을 앞세운 비-레퍼런스 디자인 제품들이 차지했다. 그러나 이 기본형 디자인을 선호하는 소비자도 있다는 점에 착안, 1년 이상 판매 가능하도록 파운더스 에디션이라는 이름으로 별도 준비하게 된 것이다.

그러나 파운더스 에디션은 그냥 기본형과는 궤를 달리 한다. 쿨러 외형을 금속 재질을 채용해 완성도를 높였고, 쿨링 구조도 증기실(Vapor-Chamber)을 채용해 발열 처리에 신경 썼다. 냉각팬도 저소음 댐핑 기능을 갖춘 것을 써 조용하다. 2200rpm의 속도로 돌아도 소음은 33dBA 수준이라고 한다.

부품도 고급형으로 채웠다. 사양은 엔비디아가 제시한 속도를 따르지만, 전반적인 완성도를 높여 기본형으로도 비-레퍼런스의 오버클럭에 도전 가능하게끔 설계했다. 

 
▲ 그래픽카드 제조사의 기술력을 한껏 경험할 수 있는 비-레퍼런스 디자인 GTX 1080.

비-레퍼런스 디자인도 빠르게 등장했다. 파운더스 에디션과 달리 자체 설계한 냉각 솔루션과 기판 디자인이 적용됐다. 두 제품간 근본적인 차이는 쿨러 디자인과 기판 구성, 기본 오버클럭 유무 등이라 하겠다. 성능을 끌어 올리기 위해 보조 전원을 추가한 제품도 있다. 파운더스 에디션의 추가 전원은 8핀 1개만 요구하고 있다.

‘Better than TITAN X’ 화끈한 성능은 허풍이 아니었네
과연 지포스 GTX 1080의 성능은 어느 정도일까? 벤치마크 및 게임 테스트를 통해 실력을 가늠해 봤다. 단순히 몇 프레임이 나왔다는 것을 언급하는 것보다 얼마나 게임이 부드럽게 구동되는지 여부를 확인하는 것이 중요해 보인다. 테스트 환경은 코어 i7 5960X와 32GB DDR4(2,400MHz) 메모리, X99 칩셋 메인보드 등으로 구성된 시스템에서 이뤄졌다. 운영체제는 윈도우 10 프로이고, 운영체제를 제외한 게임들은 모두 인텔 750 SSD 1.2TB에 설치되어 실행됐다.

▲ 지포스 GTX 1080 테스트에 쓰인 시스템 목록.

가장 먼저 확인해 본 것은 벤치마크. 파이어 스트라이크 울트라(Fire Strike Ultra)를 실행해 지포스 GTX 1080의 성능을 확인해 봤다. 해당 벤치마크는 풀HD 해상도 기반과 QHD 해상도에 맞춘 익스트림(Extreme), 4K 해상도 환경을 위한 울트라(Ultra)로 나뉜다. 해상도가 높아질수록 당연히 처리해야 할 데이터는 많아지고, 원활히 구동하려면 성능이 받쳐줘야 한다.

테스트 결과, 5129점을 기록한 지포스 GTX 1080. 프레임 자체만 보면 만족스러운 수준이라 보긴 어렵지만 이전 세대 지포스 그래픽카드는 확실히 앞서는 모습을 보여준다. 참고로 지포스 타이탄 X와 GTX 980 Ti가 3800~3900점 대, GTX 980이 3000점 대를 기록한다. 젠슨 황 엔비디아 CEO의 말대로 타이탄 X를 앞서는 성능이다.
 

▲ 5100점 가량을 기록한 GTX 1080의 파이어 스트라이크 울트라 테스트 결과.

▲ 3DMark 파이어 스트라이크 울트라 실행 영상.

어느 수준의 게이밍 환경을 만들어 줄까? FPS 게임 둠과 레이싱 게임 포르자 모터스포트 6 – 에이펙스 실행을 통해 알아보자.

먼저 둠을 실행해 봤다. 해상도는 2560 x 1600으로 옵션은 울트라 설정을 기본으로 적용한 다음, 모두 최대로 재설정했다. 1인칭 슈터 게임인 둠은 특성상 빠르고 부드러운 움직임이 필수다. 게다가 적이 많이 등장하기 때문에 그만큼 오브젝트 수가 많고, 그래픽 옵션을 최대로 적용했기 때문에 부하량이 어느 정도 될 것으로 예상된다. 테스트는 라자루스 랩스에서 이뤄졌고, 적이 많이 등장하는 구간에서 약 3분간 활동한 것을 기반으로 프레임을 측정했다.

▲ 화끈한 효과와 타격 쾌감을 맛볼 수 있는 FPS 게임 둠.

▲ GTX 1080으로 실행한 둠 플레이 영상.

둠을 실행한 결과, 평균 97.2 프레임을 기록하는 것으로 나타났다. 최저 프레임은 71, 최대 프레임은 151로 큰 차이가 발생한다. 아무리 적이 많더라도 60 프레임 이상의 부드러운 움직임을 보여준다는 의미다. 하지만 최저 프레임으로 놓고 봤을 때, 4K 게이밍 환경에서는 큰 성능 하락이 있을 것으로 예상된다.

▲ 3분간 이뤄진 전투 상태를 초 단위로 기록한 그래프. 스터터링이 존재하지만 전반적으로 높은 프레임을 유지해 준다.

실시간 프레임 변화를 측정한 그래프에서는 최저와 최대 프레임간 괴리감이 존재함을 알 수 있다. 여기에서는 최저 40 프레임대까지 하락하게 된다. 스터터링이 존재하기 때문인데, 실제 체감적으로 느끼긴 쉽지 않다. 전반적으로 높은 프레임을 유지하고 있어서다.

▲ 윈도우 스토어 게임으로 DirectX 12를 지원하는 레이싱 게임. 포르자 모터스포트 6 – 에이펙스.

▲ 최대 옵션으로 포르자 모터스포트 6를 플레이한 영상.

레이싱 게임 포르자 모터 스포트 6 – 에이펙스도 실행해 봤다. 민첩한 조작이 지속적으로 요구되는 레이싱 게임이기 때문에 무엇보다 프레임 유지가 중요하다. 여기에서도 둠과 동일한 2560 x 1600 해상도를 적용하고 모든 그래픽 옵션을 최대로 맞춰 레이스를 진행했다.

모든 그래픽 옵션을 적용했음에도 불구하고 게임은 매우 부드럽게 진행됨을 알 수 있었다. 영상으로 보면 실제 지포스 GTX 1080의 그래픽 처리 성능을 확인 가능하다. 어떤 순간에서도 자연스러운 움직임으로 게임에 몰입하게 됐다.

아쉽게도 포르자 모터스포트 6는 프레임 측정 소프트웨어인 Fraps가 적용되지 않는다. 윈도우 스토어 기반 앱은 외부 후킹 소프트웨어의 접근을 차단하기 때문이다. 분명한 것은 테스트 시스템에서는 어떤 상황에서든 육안으로 느껴지는 프레임 저하가 없었다는 것이다.
 

VR 환경도 착실히 준비됐습니다!
엔비디아는 지포스 GTX 1080이 VR 시대에 최적의 성능을 제공해 줄 것이라고 말한다. 여기에 대한 신기술도 투입하면서, 효율을 1.5배 이상 높였다. VR 기기를 가지고 있는 게이머들 중, 이전 세대 그래픽카드의 성능이 만족스럽지 않았다면 엔비디아의 제안은 솔깃하게 들릴 듯 하다.

먼저 스팀 VR의 테스트 결과를 먼저 확인해 보자. 스팀은 바이브나 오큘러스 등을 쓸 때 얼마나 효과적인 체험이 가능한지 여부를 알려주고 있다. 그 결과는 점수보다 준비가 안 됐다(Not Ready)거나 평균(Capable), 준비 됐다(Ready)는 식의 표시와 품질이 얼마나 유지되는지 등을 그래프로 표시한다.

▲ 스팀 VR 테스트 결과. GTX 1080 정도면 충분한 VR 환경 구축이 가능하다.

테스트 PC 시스템에서 나온 결과는 만족스러운 수준이다. VR 준비(Ready)가 되었다는 메시지와 함께 품질도 매우 높음(Very High)을 계속 유지하는 모습이다. 어느 정도 성능을 갖춘 CPU와 지포스 GTX 1080을 조합하면 VR을 즐기는데 문제 없을 것으로 전망된다.

▲ VR Mark를 구동하는 영상. 화면 전환이 부드럽게 이어지는 모습을 볼 수 있다.

이어 테스트한 VR 소프트웨어는 3D Mark 내에 있는 VR Mark다. 당장 점수로 표시되지 않고 그 동안 3D Mark가 보여 줬던 인트로 영상을 주변에 배치해 동시 재생하는 방식으로 이뤄진다. 말 그대로 VR 환경을 경험할 수 있는지 없는지 여부를 판가름하는 소프트웨어다.

정확한 프레임을 기록할 수 없었고, VR 기기가 없었기에 자세한 확인은 불가능했다. 다만, 영상에서 보여지는 것처럼 화면 전환 시에도 프레임이 떨어지거나 부자연스러운 부분은 찾기 어려웠다.
 

고사양 게임 많이 즐기십니까? 그렇다면...
요즘 핫하다는 블리자드의 오버워치(Overwatch), 출시와 함께 화제를 몰고 왔던 톰클랜시의 더 디비전(Tom Clancy’s The Division), 전설의 FPS 게임을 리부트해 호평 받았던 둠(DOOM) 등 개성 넘치는 게임들은 모두 저마다의 특색을 통해 게이머를 유혹하고 있다. 이들은 모두 화려한 3D 그래픽으로 무장해 원활히 즐기려면 일정 이상의 성능을 갖춘 그래픽카드 사용이 필수다. 지포스 GTX 1080은 치열한 전장을 빠르고 부드럽게 표현하는데 초점을 맞춘 제품으로 완성됐다.

뿐만 아니라, 친 엔비디아 게임에서도 효과는 배가된다. 쿠다(CUDA) 가속을 활용한 물리연산, 예로 안개나 폭발효과, 머리카락 표현 등이 포함된 엔비디아 게임웍스(NVIDIA GAMEWORKS)가 대표적이다. 이를 적용해도 과거와 다른 원활한 성능과 몰입감을 경험할 수 있을 것이다.

엔비디아는 게임 몰입감 향상을 위해 게임 개발사들과 협력하고 있다. 그 결과, 위쳐3(WITCHER 3)나 배트맨 아캄나이트(BATMAN Arkham Knight), 더 디비전, 파라곤, 미러스 엣지 카탈리스트(Mirrors Edge Catalyst) 등 지포스 그래픽카드의 성능과 효과를 100% 경험 가능한 게임들이 게이머들 앞에 모습을 드러내고 있다.
 

▲ 지포스 그래픽카드의 참 맛을 느낄 수 있는 다양한 게임을 GTX 1080으로 더 원활히 즐길 수 있다.

이 뿐만 아니라, DirectX 12 게이밍 환경에서도 일정 수준 이상의 게이밍 몰입감을 경험할 수도 있다. 최근 퀀텀 브레이크(Quantum Break)나 포르자 모터스포트 6 – 에이펙스(FORZA MOTORSPORT 6 – Apex), 라이즈 오브 툼레이더(Rise of the Tomb Raider) 등 여러 AAA급 게임들이 윈도우 10과 함께 화려한 그래픽으로 게이머들을 맞이하고 있다.

향후 윈도우 10과 DirectX 12에 대응하는 게임의 수는 계속 늘 전망이다. 와치독스2(Watchdogs 2), 스타 시티즌(Star Citizen) 등 기대작들도 흐름에 동참할 예정이다.

향상된 게이밍 성능, VR을 위한 기술과 소프트웨어의 지원. 지포스 GTX 1080은 그래픽카드의 새로운 왕 자리를 물려 받기에 충분한 자격을 갖췄다. 초기 100만 원 이상이었던 가격은 이제 다나와 최저가 기준으로 80만 원대 후반에서 90만 원 대로 내려왔다. 가격이 조금 더 안정화 되었으면 하는 것이 소비자 마음이리라.

다소 부담스러운 가격이지만 지포스 GTX 980이나 심지어 GTX 980 Ti 급 이상 그래픽카드를 보유하고 있는 게이머라도 탐나게 하는 매력적인 성능이 GTX 1080에는 존재한다. 그렇다고 무조건 이동해야 할 필요가 있느냐에 대해서는 물음표가 그려지는 것도 사실. 정말 화끈한 성능이 필요하다거나, 600~700 시리즈 기반 지포스 그래픽카드에서 최고 제품군으로 업그레이드를 하려는 소비자라면 추천한다. 반면, 바로 이전 세대(900 시리즈) 보유자라면 기회비용이나 여러 요인을 한 번 따져보는 것이 현명해 보인다.

 기획, 편집 / 다나와 홍석표 (hongdev@danawa.com)

글 / 테크니컬라이터 강형석 (news@danawa.com)

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