차세대 그래픽 프로세서 경쟁이 드디어 시작됐다. 발 빠르게 대응하며 다양한 라인업으로의 확장을 꾀하고 있는 엔비디아의 파스칼(Pascal), 늦었지만 차분하게 준비하면서 시장에 진입한 AMD의 폴라리스 10이 그 주인공이다. 이들은 모두 지포스 GTX 1000 시리즈, 라데온 400 시리즈라는 이름으로 2016~2017년 게이밍 시장을 이끌어 나갈 예정이다.

주목해야 할 부분은 AMD의 행보다. 비록 엔비디아보다 출시 시기는 늦어졌지만 변화하는 시대에 맞춰 착실히 준비한 성과를 보일 차례이기 때문이다. 특히 윈도우 10의 DirectX 12와 가상현실(VR) 시대에 맞춰 그래픽 프로세서를 갈고 닦은 흔적이 보인다. 가격 또한 제품에 따라 199~239달러로 파격 책정하면서 공격적인 움직임을 보이기도 했다.

이제 우리나라 PC 시장에도 모습을 드러낸 AMD 라데온 RX 480. 과연 과거의 영광을 되찾을 수 있을까? 그 속살을 하나씩 파헤쳐 본다.

4세대 GCN 아키텍처 적용된 RX 480의 특징

폴라리스(Polaris) 10. 새로운 라데온의 코드명이다. 그 근간은 라데온 HD 7000 시리즈에 적용된 GCN(Graphics Core Next)에 근간을 두지만 4세대로 진화하면서 변화를 꾀했다. 특히 지오메트리 처리 성능과 델타 컬러 압축 기술, 쉐이더 명령 프리페치와 버퍼, 비동기 컴퓨팅 스케쥴링, 16비트 부동소수점과 정수 연산이 큰 변화를 겪었다. 이 외에도 리퀴드 VR의 가변 해상도 렌더링, 차세대 트루 오디오(TrueAudio Next)도 적용되었다.

기본적으로는 그래픽 명령 프로세서가 1개, 비동기 컴퓨트 엔진과 지오메트리 프로세서 4rom 하드웨어 스케줄러 2개 등이며, 텍스처 유닛 144개, 렌더 출력 유닛은 32개가 되었다.

▲ 라데온 400 시리즈는 현재 폴라리스 10과 폴라리스 11로 나눈다.

그래픽 프로세서는 14nm FinFET 공정에서 만들어진다. 엔비디아가 16nm FinFET 공정인 것보다 더 미세하기 때문에 같은 다이 면적에서 더 많은 트랜지스터 집적이 가능해졌다. 차세대 퓨리 또는 RX 490 라인업에는 더 많은 트랜지스터를 통해 성능과 기능을 향상시킬 가능성이 존재한다. 또한 미세공정 적용으로 기존 라데온 그래픽 프로세서보다 전력대 성능이 최대 2.8배 상승했다.

현재 공개된 라데온은 폴라리스 10 아키텍처와 폴라리스 11로 나눈다. 큰 특징이라면 폴라리스 10은 36개의 컴퓨트 유닛, 폴라리스 11은 16개의 컴퓨트 유닛이 제공된다. 현재 RX 480이 36개 컴퓨트 유닛을 탑재한 폴라리스 10 아키텍처이고, 보급형인 라데온 400 시리즈는 폴라리스 11을 탑재할 가능성이 높다. 기술적으로는 큰 차이가 없지만 보급형과 고급형을 나누기 위한 일부 요소에만 차이를 두었다.

▲ 지오메트리 엔진의 처리 구조를 변경해 효율을 높였다.

라데온 RX 480의 변화는 그래픽 프로세서와 메모리의 처리 효율 개선에 있다. 먼저 그래픽 프로세서의 변화를 보면, 지오메트리 엔진 처리 구조가 효율성 제고에 초점을 두었음을 알 수 있다.

폴라리스에는 Primitive Discard Accelerator가 적용됐다. 이는 제로 에어리어 또는 샘플 포인트를 포함하지 않는 폴리곤 영역(삼각형)에 대해서 과감히 잘라내는 기능이다. 그러니까 실제 표시되지 않지만 뒤에서 표현되는 영역에 대해 처리하지 않음으로써 불필요한 부하를 줄이고자 한 것이다. 이를 통해 멀티 샘플링 안티앨리어싱 성능이 개선되는 효과를 가져왔다.

실제와 같은 질감을 주기 위한 테셀레이션 적용 시에 이 같은 문제가 두드러질 수 있는데, AMD는 이 기술로 픽셀당 삼각형에 따라 최대 2.2~3.5배 정도 성능 향상이 있다고 설명한다.

소규모 인스턴스 지오메트리에 대한 새 인덱스 캐시를 추가해 불필요한 데이터 이동도 줄였다. 내부 대역폭 자원을 확보하고 초기 인스턴스 처리량도 향상되는 결과로 이어진다.

▲ 메모리 성능은 물론 델타 컬러 압축 엔진에도 변경을 줘 효율을 높였다.

쉐이더 성능을 강화하기 위해 명령 프리페치를 강화했다. 캐싱 효율을 더 개선하기 위함이다. 웨이브당 명령어 버퍼 크기도 늘려 단일 쓰레드 처리 성능도 높였다. 2차 캐시 동작 구조도 조율했으며, 부동소수점(FP16)과 정수(Int16)도 자체 지원해 메모리와 레지스터의 풋프린트와 대역폭을 절약했다. 부동소수점과 정수 연산의 자체 처리로 인해 그래픽은 물론 컴퓨팅이나 데이터 학습 분야에서의 성능 향상이 기대된다.

코어 내부의 구조 변경으로 폴라리스 아키텍처는 라데온 R9 290 대비 컴퓨트 유닛당 성능을 최대 15%가량 개선하게 됐다.

메모리는 라데온 첫 8Gbps 사양이 채택된다. 때문에 단순히 성능만 높아서는 병목으로 인해 제대로 된 대응이 어렵다. 메모리 자체만으로 256비트 인터페이스에 초당 256GB의 대역폭이 제공된다. AMD는 빨라진 속도에 대응하고자 2:1과 4:1, 8:1 델타 컬러 압축 엔진을 적용했다. 이는 지포스 GTX 1080과 비슷한 부분.

▲ GCN 아키텍처의 특징인 비동기 컴퓨팅은 RX 480에도 그대로 탑재된다.

라데온 그래픽 프로세서의 장점이었던 비동기 컴퓨트(Asynchronous Compute)도 그대로 탑재된다. RX 480에서는 이 부분을 더 강화했는데, 기존의 장점은 유지하면서도 Quick Response Queue를 더해 효율적인 쓰레드 처리가 가능해졌다. 이는 컴퓨팅 연산(GPGPU) 같은 최우선 처리 작업이 발생하면, 그래픽 처리는 잠시 뒤로 미루고 연산을 우선 처리하는 식이다.

▲ 라데온 RX 480의 기본 사양.

이런 기술들이 대거 탑재된 라데온 RX 480은 총 2304개의 스트림 프로세서(컴퓨트 유닛 36개)를 갖추고 있으며, 256비트 메모리 인터페이스에 8Gbps 속도 GDDR5 메모리를 탑재했다. 속도는 8Gbps로 2000MHz로 작동하게 된다. 열설계전력(TDP)는 150W 사양이다.

세부적으로는 4GB 메모리와 8GB 메모리 제품이 존재하는데, 4GB인 RX 480은 메모리가 7Gbps로 작동하게 된다. 이에 따라 메모리 대역폭은 4GB가 224GB/s, 8GB가 256GB/s다. DVI 단자는 없으며, 1개의 HDMI 단자와 3개의 디스플레이 포트(DP)로 구성되어 있다. 이에 모니터가 이에 대응 가능한지 여부를 확인할 필요가 있다.

레퍼런스와 비-레퍼런스, 소비자의 선택은?

모든 그래픽카드가 그렇지만 AMD가 직접 설계한 레퍼런스와 이를 기반으로 성능 향상에 초점을 맞춘 비-레퍼런스 설계 그래픽카그다 존재한다. 제조사 설계 기반의 기본 안정성과 조립 편의성 등을 고려하면 레퍼런스를, 그렇지 않고 성능이나 구성 등에 중심을 둔다면 비-레퍼런스 그래픽카드를 선택하는 것이 일반적이다.

라데온 RX 480은 어떻게 될까? 우선 엔비디아의 파운더스 에디션 같은 구성은 AMD가 채택하지 않았다. 대신 박스 형태의 그래픽카드 디자인이 레퍼런스가 될 확률이 높다. 이는 기존 라데온 그래픽카드와 다르지 않아 보인다.

▲ 2016년 7월 초 기준으로 아직 라데온 RX 480의 비-레퍼런스 그래픽카드는 출시되지 않았다.

비-레퍼런스 그래픽카드는 사파이어나 기가바이트, 에이수스, XFX 등과 같은 그래픽카드 제조사가 직접 제품에 맞춰 냉각 솔루션이다 기판 등을 설계하는 것을 말한다. 기본 틀은 유지하되 안정성을 위해 전원부를 보강하거나 쿨러 성능을 높이는 식으로 운영된다. 이 때에는 자연스럽게 오버클럭이 적용되고 동일 그래픽카드 대비 높은 성능을 기대할 수 있다.

아직 라데온 RX 480은 비-레퍼런스 디자인 그래픽카드가 출시되지 않은 상황이다. 빠른 시일 내에 추가될 예정인데, 조금 더 나은 성능을 기대한다면 조금 인내를 가지고 기다리는 것이 바람직하다.

가격대비 성능 탄탄, 기본기는 갖췄다

라데온 RX 480. 과연 어떤 성능을 품고 있을까? 이미 많은 국내외 매체 및 다나와 내에서도 RX 480의 성능 관련 내용이 다수 올라오고 있어 그렇게 신선하지 않을 수 있지만 어느 수준인지 게임과 벤치마크 실행으로 확인해 봤다. 실제 플레이 영상을 보면 RX 480의 성능이 가늠될 것으로 예상된다. 테스트는 코어 i7 5960X와 32GB DDR4(2,400MHz) 메모리, X99 칩셋 메인보드 등으로 구성된 시스템에서 이뤄졌다. 운영체제는 윈도우 10 프로, 운영체제를 제외한 게임들은 모두 인텔 750 SSD 1.2TB에 설치되어 실행됐다.

▲ 라데온 RX 480의 파이어 스트라이크 울트라 테스트 결과.

가장 먼저 확인해 본 것은 벤치마크. 파이어 스트라이크 울트라(Fire Strike Ultra)를 실행해 라데온 RX 480의 성능을 검증했다. 파이어 스트라이크 벤치마크는 풀HD 해상도의 베이직(BASIC), QHD 해상도에 맞춘 익스트림(Extreme), 4K 해상도 환경을 위한 울트라(Ultra)로 나뉜다. 해상도가 높아질수록 당연히 처리해야 할 데이터는 많아지고, 원활히 구동하려면 그래픽카드의 성능은 물론 주변 시스템도 이에 대응할 수 있어야 한다.

울트라 테스트 결과, 2718점을 기록했다. 지난 6월에 열린 대만 컴퓨텍스(Computex)를 통해 공개된 라데온 RX 480의 내용 중에는 지포스 GTX 1080에 대한 언급이 있었다. 두 대의 RX 480이면 500달러 이하의 가격으로 700달러 수준인 GTX 1080 이상의 게이밍 경험을 누릴 수 있다는 것이었다. 즉, RX 480은 GTX 1080의 절반 수준의 성능이라는 점을 암시한다.

실제 동일한 시스템에서 테스트한 지포스 GTX 1080은 이 테스트에서 5129점을 기록한 바 있다. 단순히 결과로 놓고 본다면 이 말은 맞는 듯 하다. 약 55% 정도의 성능을 보여주기 때문이다.

▲ 파이어 스트라이크 울트라 테스트를 라데온 RX 480으로 구동한 모습.

▲ 라데온 RX 480의 파이어 스트라이크 익스트림 테스트 결과.

점수만 놓고 보면 단일 구성의 라데온 RX 480으로는 4K 게이밍은 다소 어려움이 따른다는 결론이 나온다. 지포스 GTX 1080도 단일로는 완전한 4K 게이밍 구현이 어렵다. 여기에서 완전한 4K 게이밍이라는 것은 그래픽 옵션 타협 없이 60 프레임 움직임을 구현한다는 의미다.

그렇다면 단일 그래픽카드로 QHD(2560 x 1440) 환경은 대응할 수 있을까? 파이어 스트라이크 익스트림 테스트 결과를 보자.

여기에서 약 5250점 정도를 기록한 라데온 RX 480. 완전한 2K 게이밍까지는 아니지만 어느 정도 소화 가능해 보인다. 지포스 GTX 970~980급 성능이라 가정했을 때, 최고 그래픽 옵션으로 약 40~50 프레임 사이를 구현하는 수준의 성능이라 예상된다.

▲ 풀HD 해상도의 파이어 스트라이크 테스트 결과.

마지막으로 풀HD 해상도 게이밍 테스트를 보는 베이직이다. 여기에서 10725점을 기록했는데, 전반적인 프레임이 게임을 원활히 즐길 수준이라 판단된다. 가혹한 테스트 환경이기 때문에 프레임이 떨어지는 것은 어쩔 수 없는 결과. 아직 많은 게이머들이 풀HD 해상도로 게임을 즐긴다는 점을 감안했을 때 이 정도 수준의 성능은 눈에 띄는 결과다.

▲ 라데온 RX 480으로 포르자 모터스포트 6 – 에이펙스를 실행한 영상.

실제 게임 몰입감은 어떨까? 먼저 포르자 모터스포트 6 – 에이펙스(FORZA MOTORSPORT 6 – Apex)를 실행해 확인해 봤다. 윈도우 10에서 즐길 수 있는 이 게임은 DirectX 12 기반으로 작동하는 몇 안 되는 게임 중 하나다. 라데온 RX 480의 DX12 게이밍 성능을 가늠할 좋은 기회이기도 하다.

먼저 해상도는 2560 x 1600으로 설정되었다. MSAA를 제외한 모든 그래픽 옵션은 높음에 맞춘 상태에서 자유주행을 선택해 게임을 즐겼다.

놀라운 점은 라데온 RX 480의 성능이다. DirectX 12 게임인 포르자 모터스포트에서 프레임 저하 현상을 거의 느낄 수 없었다. 시종일관 부드러운 프레임을 유지했다. 그 동안 라데온 그래픽 프로세서는 DirectX 12에서 좋은 결과를 보여주곤 했다. 퀀텀 브레이크나 라이즈 오브 툼레이더 같은 게임도 마찬가지였다. 향후 게이밍 환경에서 라데온의 역할이 기대되는 부분이기도 하다.

▲ QHD 해상도에 울트라 옵션이 적용된 둠 플레이 영상.

둠을 실행한 결과, 최소 34 프레임, 최대 79 프레임을 각각 기록했다. 평균 50.9 프레임으로 QHD 해상도 울트라셋으로는 초당 60 프레임의 부드러운 움직임을 기대할 수 없다. 약간의 옵션 타협이 이뤄지면 60 프레임은 쉽게 넘길 수 있을 듯 하다. 4K 게이밍 환경에서는 이보다 더 큰 프레임 하락이 있을 것으로 예상되니 완전한 4K 게이밍 구축은 쉽지 않을 전망이다.

▲ 약 3분간 이뤄진 전투 상태를 초 단위로 기록한 그래프, 일부를 제외하면 전반적으로 안정적이다.

전투가 많은 구간에서 3분간 그래프 변화를 측정하니 최저와 최고 프레임간 격차는 크다. 스터터링 구간이 일부 존재한다는 것인데, 실제 체감에서는 크게 느끼긴 어렵다. 오히려 로딩 이후 스왑에 의한 프레임 저하가 눈에 띄는 정도다.

단일로는 무난한 VR 성능

AMD도 리퀴드 VR이라는 이름으로 가상현실 환경에 주목하고 있다. RX 480도 합리적인 가격에 안정적인 VR 환경 구축이 가능하다는 점에 초점을 맞췄다. 이를 위해 가변 해상도 렌더링(Variable Resolution Rendering) 기술도 투입했다.

먼저 스팀 VR 테스트를 실행했다. 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.

▲ RX 480의 스팀 VR 성능 테스트 결과, 준비는 됐지만 완벽하다고 보기엔 무리가 있어 보인다.

테스트 PC 시스템에서는 준비가 된 것으로 표시됐다. 그러나 준비 단계에서 중간 이상을 넘기지 못했기에 준비는 됐으나 타협은 필요하다 정도로 해석하면 되겠다. 하단의 그래프도 일부 매우 높음에 다다랐지만 대체로 높음 수준을 유지했다는 점도 위 해석에 힘을 실어준다. 점수는 6.6점으로 기록됐다.

▲ VRMark를 RX 480으로 구동하는 영상. 화면 전환은 비교적 부드럽게 이어진다.

이어 3D Mark 내에 있는 VRMark로 테스트를 이어갔다. 이 항목에서는 점수 기록이 되지 않기 때문에 위에 첨부된 영상을 참조하는 것을 권장한다. 정확한 프레임을 기록할 수 없었고, VR 기기 또한 없기 때문에 어느 정도 수준인지 가늠하기 어려우나, 화면에서 보면 끊김은 느낄 수 없었다. 급격한 화면 전환에서도 비교적 안정적인 프레임 유지가 이뤄졌다. 

특정 시장 아닌 주력 시장을 선택한 전략 성공할까?

여러 환경에서 쓰이는 그래픽카드지만 일반 데스크톱 시장에서는 대부분 게임을 즐기기 위해 쓰이고 있다. 그렇기에 그래픽 프로세서 제조사들은 게이머들의 마음을 사로잡을 수 있는 게임과 손을 잡는다. 엔비디아는 THE WAY IT’S MEANT TO BE PLAYED 프로그램으로 게임웍스나 관련 기술을 도입하며, AMD 역시 게이밍 이볼브드(GAMING EVOLVED) 프로그램을 가지고 게임 개발사와 호흡을 맞춘다.

최신 게임들 일부는 AMD 그래픽카드로 최적의 게이밍 몰입감을 경험할 수 있다. 둠(DOOM)이나 히트맨(HITMAN), 애시스 오브 더 싱귤래러티(ASHES OF THE SINGULARITY), 토탈워 – 워해머(TOTAL WAR – WARHAMMER), 스타워즈 배틀프론트(STARWARS BATTLEFRONT) 등이 대표적이다.

▲ 라데온 RX 480과 함께 즐길 매력적인 게임이 다수 포진되어 있다.

DirectX 12 환경에서 최적의 성능을 보여주는 라데온인 만큼, 굳이 게이밍 이볼브드가 아니어도 뛰어난 게이밍 몰입감을 제공할 게임은 많다. 라이즈 오브 툼레이더나 퀀텀 브레이크, 포르자 모터스포트 6 – 에이펙스 등을 예로 들 수 있다. 이런 게임 외에도 윈도우 10의 저변 확대화 함께 DX 12 기반의 게임들은 세를 넓혀 나갈 것으로 예쌍된다.

현재 라데온 RX 480의 매력은 가격이다. AMD는 그래픽카드를 발표하면서 4GB와 8GB 라인업을 각각 공개했으며, 가격은 199달러(4GB)와 239달러(8GB)였다. 국내에는 8GB 메모리를 탑재한 그래픽카드만 출시되어 있는데, 32~36만 원대에 포진해 있다. 경쟁사 그래픽카드의 높은 가격과는 사뭇 대조적이다. 그만큼 성능은 낮지만, AMD 말대로 두 대를 구성해도 GTX 1080보다 상대적으로 저렴한 가격인 셈이다.

라데온 RX 480의 등장으로 2016년 차세대 그래픽 프로세서 더비는 막 올랐다. 엔비디아는 고성능에서 보급형으로 내려가는 폭포 형태로, AMD는 주류급에서 양 옆으로 라인업을 확대하는 커튼 형태의 전략을 선택했다. 어느 쪽이 현명한 선택인지 알 수 없지만 소비자 선택의 폭 확대라는 측면에서 보면 긍정적인 부분이 많다.

기획, 편집 / 다나와 홍석표 (hongdev@danawa.com)

글 / 테크니컬라이터 강형석 (news@danawa.com)

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