엔비디아 지포스가 약 2년 만에 RTX라는 이름으로 새롭게 등장했다. 라인업 이름을 바꾸는 것은 쉽지 않은 일이지만 이번에는 이유가 분명하다. 바로 차세대 그래픽 효과의 핵심이 될 ‘빛’ 때문이다. RTX는 새롭게 고안된 그래픽 관련 데이터 처리 과정을 묶은 총칭이지만 그 중심에는 현실적인 그래픽 표현이라는 목표가 존재한다. 게이머들이 더 나은 그래픽 환경을 즐길 수 있도록 많은 노력을 기울이고 있는지 보여주는 부분이다. 시장에서 이를 인정(평가)받는 것은 그 이후이지만 말이다.

새로운 아키텍처와 이를 받쳐주는 기술을 총망라한 지포스 RTX 20 시리즈. 말도 많고 탈도 많지만 향후 게이밍 시대를 이끌어가는 제품이 될 것이라는 점은 부정할 수 없다. 그렇기에 많은 파트너들이 RTX 20 시리즈를 바탕으로 한 그래픽카드를 적극적으로 선보이고 있다. 제품은 총 3종. 흥미롭게도 여기에는 항상 마지막 시기에 등장했던 Ti도 포함되어 있다. 2080 Ti, 2080, 2070이 공개됐고, 연내 중으로 순차 출시될 예정이다. 현재는 지포스 RTX 2080이 거의 주력으로 만나볼 수 있고 소량으로나마 2080 Ti가 유통되는 모습.

이번에 소개할 지포스 RTX 20 시리즈 그래픽카드는 하이엔드 라인업의 정점인 RTX 2080. 발 빠르게 제품을 선보이는 갤럭시의 ‘GALAX 지포스 RTX 2080 개간지 OC BLACK Edition’이 그 주인공이다.

3팬 디자인으로 안정적 성능에 대한 ‘기대감’ 줘

GALAX 지포스 RTX 2080 개간지 OC BLACK Edition은 첫 외모부터 강렬한 인상을 심어준다. 80mm 냉각팬 3개가 큰 그래픽카드에 장착되어 있는데다 쿨러 덮개는 굵은 캐릭터라인을 적용해 고성능 제품이라는 것을 암시해준다. 색상 자체는 검은색이라 여느 제품들처럼 화려한 멋은 없지만 묵직한 존재감을 주기에는 충분하다. 중앙에는 LED 라이트도 달아 튜닝 효과도 제공한다.

▲ 3개의 80mm 냉각팬과 대형 방열판 등으로 꾸민 GALAX 지포스 RTX 2080 개간지 OC BLACK Edition

길이가 308mm 가량으로 매우 길기 때문에 장착 시 유의할 필요가 있다. 최근 PC 케이스는 긴 그래픽카드 장착이 용이하도록 공간을 할애하는 경우가 있으나 과거 제품들은 그렇지 않을 때가 많기 때문에 확인이 필요하다.

또한 쿨러가 조금 크기 때문에 실제로는 2슬롯보다 조금 높게 디자인 되어 있다. 2.5 슬롯 디자인까지는 아니지만 PCI-Express 슬롯에 여러 장치를 연결해 쓰는 환경이라면 간섭에도 주의할 필요가 있다. 이는 SLI(Scalable Link Interface) 연결 시에도 마찬가지다.

▲ 전후면 플레이트와 대형 방열판은 발열과 안정성을 향상시키는데 도움이 된다

냉각 구조는 발열을 최대한 억제하는 방향으로 설계됐다. 80mm 냉각팬 3개는 방열판이 품은 열을 효과적으로 배출하도록 도와준다. 상황에 따라 냉각팬 속도가 유동적으로 작동하면서 일정 온도 이하에서는 냉각팬 작동을 멈춰 무소음 환경을 구현해준다.

방열판은 기판보다 길게 만들어졌는데 그 사이를 6개의 히트파이프가 지나간다. 그래픽 프로세서와 맞닿는 베이스는 구리로 만들어 열전도 성능을 높였다. 이 외에도 기판 전체를 고정해주는 전후면 플레이트는 방열판 역할 및 기판 손상을 효과적으로 억제해준다. 이 정도면 신뢰도 측면에서 최고 수준이라 해도 과언이 아니다.

▲ 기판 내에 고급 부품으로 가득 채웠다

기판 구성도 고성능 제품에 어울리는 모습이다. 중앙에는 그래픽 프로세서(TU104)가 배치되어 있고 주변에 총 8GB 용량의 GDDR6 메모리를 두었다. 메모리 인터페이스는 256비트, 작동 속도는 14Gbps(7000MHz)에 달한다. 높은 메모리 속도만큼 그래픽 데이터 처리 능력에도 여유가 생긴다.

전원부와 기타 부품 구성도 화려하다. 전원부는 총 10페이즈로 그래픽 프로세서와 메모리에 안정적인 전원을 공급한다. 옆에는 DrMOS를 통해 공간을 활용하면서도 효율과 내구성을 높였다. 드라이버-모스펫(Driver-MOSFET)인 DrMOS는 드라이버 IC와 상하단 MOSFET을 통합한 것이다. 보조전원은 이 제품의 TDP(215W+@)를 고려해 6+8핀 구조로 구성됐다.

▲ 미세공정과 새로운 아키텍처가 도입된 지포스 RTX 2080 그래픽 프로세서(TU104-400A)

TU104-400A. 지포스 RTX 2080의 또 다른 이름이다. 12nm 공정으로 545㎟ 면적에 136억 개에 달하는 트랜지스터를 집적했다. 총 2944개의 쿠다코어를 제공하고 있으며 별개로 텐서코어 368개, RT 코어 46개가 포함되어 있다. 작동속도는 기본 1515MHz로 최대 1815MHz까지 상승하게 된다. 일반 RTX 2080이 부스트 기준 1710MHz, 파운더스 에디션이 1800MHz니까 기본적으로는 더 오버클럭이 이뤄진 셈이다. 그만큼 나은 성능을 기대할 수 있다.

▲ DVI가 사라지고 대신 Virtual Link라는 이름의 USB-C 단자가 추가됐다

출력단자 구성은 이전 대비 조금 달라진 부분이 있다. 기존에는 DVI 단자가 따로 배치되어 있었는데 RTX 2080에 와서는 이것이 사라졌다. 이 자리를 디스플레이포트(DP)가 차지했다. 전체 구성은 HDMI와 디스플레이포트 2개씩, 그리고 버추얼링크(Virtual Link)라는 이름의 USB-C 단자 하나가 추가됐다. 버추얼링크는 가상현실 기기에 대응하기 위한 것으로 사용 편의성 확대에 도움을 준다. 디스플레이포트로는 커넥터(DSC) 사용 시 4K 144Hz 주사율에서 12비트 HDR, 8K 60Hz 주사율에서 12비트 HDR을 지원한다.

차세대 그래픽 기술 담은 ‘지포스 RTX 2080’

지포스 20 시리즈는 GTX가 아닌 RTX라는 새로운 브랜드를 전면에 내세웠다. 기존에는 게이밍 처리 성능 향상에 초점을 맞췄다면 이번에는 자연스러운 ‘빛 표현’에 초점을 맞췄다. 물론 성능 향상을 이루기 위한 다양한 신기술이 적용되기도 했다. 개선된 그래픽 데이터 처리 구조라던지 향상된 데이터 압축, 인공지능을 활용한 이미지 품질 향상 등이 대표적이다.

지포스 RTX는 진보한 셰이딩(Shading) 처리, 인공지능(AI), 레이트레이싱(Ray Tracing) 등 세가지 신기술로 게이밍 몰입감을 향상시킨다. 이 모든 것을 위해 기존 파스칼 아키텍처를 기반으로 새롭게 빚어낸 것이 튜링(Turing) 아키텍처다.

▲ 튜링 아키텍처는 기존 쿠다 코어와 함께 텐서 코어, RT 코어를 추가 배치한 것이 특징

튜링 아키텍처에는 기존 쿠다(CUDA) 코어와 함께 인공지능에 필요한 추론·학습 처리에 특화된 텐서(Tensor) 코어, 레이트레이싱 가속을 위한 RT코어가 함께 탑재되어 있다. 기존과 마찬가지로 큰 틀에서 보면 GPC(Graphics Processing Clusters) 안에 TPC(Texture Processing Clusters), SM(Streaming Multiprocessors) 구조로 되어 있지만 디테일한 면에서 많은 차이를 보인다.

이 구조로 만들어진 지포스 RTX 2080(TU104)은 총 2944개의 쿠다 코어를 제공하게 된다. 이 외에 368개의 텐서 코어와 RT 코어 46개가 함께 배치됐다. 코어 주변에는 256비트 인터페이스를 갖는 8GB 용량의 GDDR6 비디오 메모리가 탑재된다. 작동속도는 14Gbps(7GHz)로 이전 세대인 파스칼에 쓰였던 GDDR5X의 11Gbps(5.5GHz) 대비 속도 향상이 크다.

▲ 튜링 아키텍처의 쿠다 코어는 부동소수점과 정수 연산을 동시에 수행하는 구조를 채택했다

우선 쿠다 코어는 기존 부동소수점 연산(FP32) 처리는 물론 정수 연산(INT32) 처리를 동시에 할 수 있도록 설계됐다. SM 1개에는 INT32, FP32 코어 64개(총 128개)가 배치됐기에 가능한 것. 여기에 인공지능 처리를 위한 텐서 코어 8개가 함께 배치된다. 마지막으로 RT 코어가 1개를 연결해 필요에 따라 데이터를 동시에 수행하도록 했다. 이들은 모두 96KB 용량의 L1 캐시와 만나 데이터를 주고 받는다. L2 캐시 용량도 크게 늘었다.

단순히 코어 구성만 변경된 것이 아니라 효율적인 데이터 처리가 이뤄지도록 셰이딩 처리 기술을 새로 적용했다. 대표적인 것이 메시 셰이딩(Mesh Shading)과 가변 비율 셰이딩(Variable Rate Shading)이고 이 외에 텍스처 공간 셰이딩(Texture Space Shading), 다중 시야 렌더링(Muiti View Rendering)도 새로 적용된 기술이다.

메시 셰이딩은 화면 내에 다수의 물체가 표시될 경우 부하 상태에 따라 그래픽 처리가 이뤄지는 기술이다. 예로 가까운 곳은 세밀하게, 먼 곳은 여유롭게 표시하지만 원형이 흐트러지지 않는 수준에서 표현이 이뤄진다. 화면 품질과 성능을 모두 확보하기 위한 기술인 셈이다.

가변 비율 셰이딩은 16구역(4x4) 단위의 픽셀을 지정해 처리 비율을 능동적으로 조절하는 기술이다. 표현이 빠르고 자주 바뀌지 않는 화면 영역에서는 이를 효과적으로 활용해 성능을 향상시킬 수 있다. 타 기술도 중복되는 처리 과정을 줄이거나 VR 성능 향상을 위한 기술로 고안된 것들이다.

▲ 튜링의 텐서 코어는 다양한 요소에 쓰이게 된다

인공지능은 텐서 코어를 배치함으로써 해결했다. 기존 파스칼 아키텍처도 인공지능 처리가 불가능한 것은 아니지만 튜링 아키텍처는 인공지능 구현에 필요한 추론과 학습에 특화된 코어를 배치해 더 효과적인 성능을 구현했다.

지포스 RTX는 이 텐서 코어를 활용해 더 선명한 이미지를 구현하거나 레이트레이싱 성능 개선에 도움을 주게 된다. 구체적으로 딥러닝 슈퍼 샘플링(DLSS – Deep Learning Super Sampling)과 인페인팅(InPainting), 인공지능 슬로모션(AI Slow-Mo), 인공지능 초고해상도(AI SuperRez) 등이 있다. 레이트레이싱은 RT 코어가 광원 처리를 하며 발생하는 노이즈를 분석해 깔끔한 광선 형태로 만드는 역할을 한다.

DLSS는 엔비디아 NGX라 불리는 신경망 그래픽 프레임워크(Neural Graphics Framework)에서 구현된다. 개발사가 그래픽 혹은 이미지 자료를 NGX에 등록하면 인공지능이 이를 학습하고 분석하면서 최적의 이미지를 구현하게 된다. 이 자료는 드라이버(지포스 익스피리언스) 내에 추가되는데 사용자는 별도의 작업 없이 RTX 그래픽카드가 있으면 사용 가능하다. 개발사는 DLSS를 지원하도록 추가하면 끝이다. 다른 기술들도 NGX 기술을 활용해 구현하게 된다.

▲ 레이트레이싱 기술 도입으로 향후 더 현실적인 그래픽을 경험할 수 있게 됐다

지포스 RTX의 마지막 특징은 광선 추적이라 부르는 레이트레이싱 기술이다. 공간과 환경에 따른 광원을 정확히 처리해 실제와 같은 장면을 볼 수 있게 된다. 하지만 이를 실시간으로 구현하려면 엄청난 컴퓨팅 성능을 요구하게 된다. 지포스 RTX는 이를 RT 코어로 해결하고자 했다. 광선 처리에 특화된 구조로 최적의 성능을 구현하겠다는 것이다.

물론 아직 가야할 길은 멀다. RT 코어를 따로 배치했다고 하지만 실제 광선처리가 이뤄지려면 더 많은 자원을 요구한다. 때문에 지포스 RTX는 사양에 맞춰 빛 데이터를 업스케일링해 처리하고 그 과정에서 생기는 노이즈를 인공지능(텐서 코어)을 활용해 제거하는 식으로 빛을 표현하게 된다. 레이트레이싱 기술은 엔비디아의 옵틱스(OptiX) 외에도 Vulkan Ray-Tracing, 마이크로소프트의 DXR 등에도 대응한다.

성능 측정

GALAX 지포스 RTX 2080 개간지 OC BLACK Edition의 성능을 확인해 볼 차례. 이를 위해 이전 세대 최고 성능을 갖춘 지포스 GTX 1080과 GTX 1080 Ti를 각각 준비해 새로운 그래픽카드가 어떤 모습을 보여주는지 가늠해봤다. 테스트는 3D마크 벤치마크 및 게임 내 성능 등을 활용해 이뤄졌다. 또한 시스템 환경에 따라 실제 체감 성능이 달라질 수 있다는 점 참고하자.

<테스트 사양>
- CPU : 인텔 코어 i9 7900X (@3.8GHz)
- 메인보드 : 에이수스 TUF X299 MARK I
- RAM : 크루셜 DDR4-2400 32GB (8GB x 4)
- SSD : 인텔 750 시리즈 1.2TB
- 파워서플라이 : 시소닉 SS-1200XP 1,200W
- 운영체제 : 윈도10 프로 64비트
- 드라이버 : 지포스 390.65 게임 레디 드라이버

3DMark Fire Strike - Ultra

게이밍 벤치마크 3DMark Fire Strike 항목의 결과를 확인해 보자. DX11 기반 벤치마크로 가장 기본적인 성능을 확인해 볼 수 있다. 대부분 게임들이 DX11 이하 버전으로 만들어져 있기 때문에 현재 즐기는 게임들에 대한 성능을 어느 정도 가늠해 볼 수 있다. 테스트는 4K 해상도 기반의 울트라 설정으로 지포스 GTX 1080 Ti가 약 6000점 이상을 기록하고 있다.

지포스 RTX 2080은 6575점으로 지포스 GTX 1080 Ti 파운더스 에디션의 6772점에 비하면 다소 낮은 수치를 보여준다. 속도는 빨라졌지만 기본적으로 메모리 인터페이스와 용량 차이에 따른 결과로 볼 수도 있다. RTX 2080은 256비트 인터페이스와 8GB, GTX 1080 Ti는 352비트 인터페이스에 11GB 메모리를 탑재했다.

엇비슷한 성능이므로 실제 RTX 2080의 기본 성능으로는 4K 60 프레임을 완벽히 정복했다 보기에는 한계가 있다. 그 역할은 RTX 2080 Ti가 어느 정도 완수했으리라 판단된다. 향후 RTX가 강조하는 성능 개선 요소, 예로 DLSS 같은 기술이 널리 보급된다면 실제 상황은 달라질 가능성이 높다.

이어 DX12 게이밍 환경을 확인하기 위한 벤치마크 3DMark Time Spy 항목을 테스트했다. 대부분 게임은 DX11 기반이지만 최근 일부 AAA급 게임을 중심으로 DX12 그래픽 명령어를 활용해 화려한 그래픽을 뽐낸다. 테스트는 4K 해상도 기반의 익스트림 설정으로 진행했다. GTX 1080 Ti가 약 4400점 대 전후를 기록한다.

Fire Strike 항목과 달리 Time Spy에서는 RTX 2080이 4562점으로 4417점을 기록한 GTX 1080 Ti 대비 조금 나은 성능을 보여줬다. 데이터 처리 효율이나 빠른 메모리 속도 등이 결과에 영향을 준 것으로 파악된다. 지포스 GTX 1080과 비교하면 상당한 차이가 드러난다.

게임 테스트를 위해 지난 9월 출시된 Shadow of the Tomb Raider를 실행했다. DX12 대응 게임으로 패치를 통해 향후 RTX 기술에도 대응할 예정이다. 앞서 언급했지만 해당 기술을 사용하면 자연스러운 광원이나 게임 명령어 처리 효율에 따른 체감성능 향상 등이 이뤄진다. 테스트는 옵션 내 제공되는 벤치마크 항목을 통해 이뤄졌고 해상도는 4K(3840 x 2160), 그래픽 옵션은 가장 높은 것으로 선택했다.

측정 결과, 지포스 RTX 2080은 45 프레임을 기록했다. 4K @60fps 공략에는 일단 실패한 셈. 물론 그래픽 옵션을 낮추면 충분히 60 프레임 공략은 가능할 것으로 보인다. 비록 기대치에는 도달하지 못했어도 성능 자체로 보면 지포스 GTX 1080 Ti의 40 프레임 대비 나은 성능을 기록한 것이니 아쉬워하지 말자.

마지막으로 3DMark Time Spy 측정 시, 각 시스템이 사용하는 전력 소모량을 바탕으로 제품의 효율을 확인해 봤다. 코어 i9 7900X(오버클럭)과 기타 시스템만 놓고 보면 상당한 전력 소모가 이뤄지기 때문에 실제 사용하는 시스템들과는 차이가 발생하니 참고만 하자.

지포스 RTX 2080 시스템은 평균 408W를 기록했는데 지포스 GTX 1080 Ti의 425W, GTX 1080의 366W 사이에 위치하는 수치다. 215W라는 수치(파운더스 에디션 225W)를 고려하면 양호한 모습이지만 이전 세대지만 동급 제품군인 GTX 1080과 비교해보면 차이가 뚜렷하다.

GALAX 지포스 RTX 2080 개간지 OC BLACK Edition. 차세대 그래픽 효과를 경험할 수 있다는 점에서 긍정적인 면이 있지만 이전 세대 동급 제품군 대비 상승한 가격으로 인해 손에 넣기가 부담스러운 부분도 있다. 가격은 향후 엔비디아 및 그래픽카드 제조사들의 대응을 기다려보는 수밖에 없어 보인다.

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