2014~2015년은 4K 디스플레이가 본격적으로 PC 시장에 모습을 드러내던 시기다. 초 고해상도야 기본적으로 풀HD(1920 x 1080)나 QHD(2560 x 1440) 디스플레이를 다중 구성해 경험 가능했지만, 4K는 단일 디스플레이로 3840 x 2160 해상도를 구현 가능했다는 점에서 새로운 게이밍 환경으로 주목 받았다. 더 큰 해상도로 실감나는 게임을 즐길 수 있을거란 기대 때문이다.

2016년은 4K와 함께 가상현실(VR)의 원년으로 평가 받는다. 그 동안 개발자 키트 형태로 이어지던 오큘러스나 HTC 바이브가 본격 출시되어 소비자 품으로 찾아가고 있어서다.

물론, 기대만큼의 반응은 얻지 못했다. 기대를 한 몸에 받던 오큘러스 리프트는 599달러, 당시 국내 환율과 배송, 관세 등을 더해 약 100만 원 가량의 구매 비용이 발생해 너무 비싸다는 지적이 나왔다. 해외 역시 비슷한 반응이었다. 그럼에도 반응은 좋은 편이어서 6월 기준으로 주문하면 약 8월경에 인도 가능할 정도로 나름 절찬리에 판매 중이다.

반면, 799달러에 출시한 HTC 바이브는 처음부터 프리미엄 VR 환경을 내세웠기 때문에 오큘러스 리프트 만큼 비판의 대상은 아니었다. 그러나 전문가들의 VR 회의론에 무게를 실어주기에 충분했다. 599~799 달러 수준의 가상현실 기기는 일반 소비자들이 쉽사리 접근하기에 어려운 부분이 있다는 이유에서다.

그러나 도입 초기라는 부분으로 봤을 때 희망은 있다. 4K 디스플레이도 초기 수백만 원 가량을 호가했으나 지금은 중소기업을 중심으로 가격 안정화가 이뤄졌다. 가상현실도 시간은 조금 더 필요하겠지만 가격 안정화가 이뤄지지 않으리란 법은 없다. 그렇다면 지금 4K와 VR 게이밍을 경험하려면 어떤 그래픽카드를 선택해야 할까?

무엇이 중헌지도 모르구... 4K 게이밍 핵심은 ‘비디오 메모리’

4K와 VR, 결국 데이터 처리가 얼마나 빠른가의 싸움이다. 과거 HD나 풀HD 해상도 시절 다루던 데이터와는 비교를 거부할 정도로 방대한 양의 연산처리가 가능해야 원활한 게이밍 처리가 가능해서다. 일반적으로 풀HD 해상도에서 30 프레임의 움직임을 구현하려면 초당 6000만 화소를 그려내야 한다. 그러나 동일한 화면을 2개 그려내는 가상현실은 이보다 더 많은 데이터를 요구한다.

1초당 90프레임을 1512 x 1680 해상도로 양안 처리해야 하는 가상현실 환경이라 가정하면 4억 5000만 화소를 1초에 처리하는 구조라 한다. 데이터 처리량이 7.5배 증가한 셈이다. 당연히 데이터 처리 속도도 중요하지만 이를 어떻게 효율적으로 운용하는지도 고민해야 한다.

그래서 부각되고 있는 것이 비디오 메모리다. 흔히 VRAM이라고 부르는 비디오 메모리는 인터페이스를 확보할수록 고해상도에서 유리한 것으로 알려져 있다. 같은 메모리라도 128비트보다 256비트가 유리한 것이다. 용량은 그래픽 프로세서가 데이터를 처리하기 위해 대기하는 예비 공간으로 활용한다. 빠르고 용량이 많을수록 당연히 많은 그래픽 관련 데이터를 담아둘 수 있다.

왜 비디오 메모리가 중요한지 극단적인 예를 들어보자. 테스트를 위해 GTA 5를 실행해 해상도에 따른 비디오 메모리 점유 상태를 살펴봤다. 그래픽은 모두 최대로 설정한 다음, 해상도만 변경해 점유되는 메모리의 변화를 알아봤다. 그래픽카드는 지포스 GTX 1080으로 비디오 메모리는 8GB가 제공된다.

▲ GTA 5의 해상도에 따른 메모리 점유 상태.

동일한 상태에서만 봐도 4K(우)는 FHD(좌)의 2배 가까운 메모리 사용량을 보인다.

GTA 5에서 모든 그래픽 옵션을 적용한 상태에서 FHD 해상도를 적용했을 때, 비디오 점유는 약 4.1GB 정도다. 그래픽 프로세서의 처리 속도는 잠시 제쳐두고, 게임에 필요한 텍스처나 효과 등을 불러와 담아두려면 4GB 이상의 비디오 메모리가 필요하다는 의미다.

이번에는 주류인 QHD 해상도를 보자. 동일한 최대 그래픽 옵션에서 QHD 해상도를 적용하면 약 5GB 조금 넘는 비디오 메모리 점유 상태를 기록한다.

반면, 4K 해상도를 보자. 16:10 비율 해상도이기에 실제 QHD 보다는 세로 해상도가 조금 높아지는 점을 참고하자. 이는 앞서 설명한 다른 해상도도 마찬가지다. 다시 본론으로 돌아와, FHD에서 QHD로의 해상도 전환 시 비디오 메모리 증가 폭은 1GB 정도에 불과했다. 반면, 4K 해상도를 적용하니 지포스 GTX 1080의 최대 용량인 8192MB에 근접한 8134MB를 점유하는 것으로 나타났다. 현존 최고 성능의 그래픽카드로도 겨우 4K 데이터를 처리하는 수준이다.

4K의 해상도는 3840 x 2160, FHD 해상도는 1920 x 1080이다. 면적으로만 보면 4배에 달한다. 이것이 곧 4배의 데이터가 필요하다는 의미는 아니다. 그러나 GTA 5의 결과가 보여주듯, 해상도가 증가하면서 발생하는 데이터 양의 폭발적 증가는 피할 수 없는 운명이라 하겠다.

VR 환경에서도 그래픽카드의 역할 중요
역동적인 구성으로 생생한 게이밍 몰입감을 제공하는 가상현실. 그냥 편하게 즐겼으면 좋겠지만 이 역시 일정 부분 PC 성능이 따라와야 원활히 즐기는 게 가능하다. 가상현실 내 세계도 결국 3D 그래픽 효과로 그려내야 하기 때문이다. 게다가 최소 한 개의 디스플레이에 집중하면 최적의 성능 구현이 가능한 디스플레이와 달리 VR은 기본적으로 두 눈에 배치된 화면에 같은 화면을 표현해야 한다.

같은 화면을 표현하는 것은 둘째 치더라도 사람의 머리가 어떻게 이동하느냐에 맞춰 예측되는 화면을 그려내야 하기 때문에 구현 난이도가 높은 편이다. 화면 전체를 그려 넣고 그에 맞춰 구현하기만 하면 좋겠지만 말 그대로 방대한 데이터가 요구된다.

▲ 파스칼의 동적 다중투사 기술을 VR에 적용한 것. 두 번의 작업을 한 번만 하도록 만들어 효율을 높였다.

아쉽게도 이전 세대에는 없던 기술이다.

기본적으로 제대로 된 가상현실 구현을 위해선 해상도와 초당 프레임 증가가 필수다. 현재 오큘러스와 HTC 바이브 모두 2160 x 1200 (좌우 각 1080 x 1200) 해상도와 90Hz 주사율을 제공한다. 결국 이를 반으로 나눠야 하니까 최대 45Hz 주사율, 1초에 45 프레임을 표시하게 된다. 과거 3D 게이밍 환경에서 초당 60프레임 효과를 얻기 위해 120Hz 주사율을 요구한 것과 동일하다. VR도 결국 최대 60 프레임 움직임을 경험하려면 기기에서 120Hz 이상 주사율을 지원해야 한다.

지금도 충분한 수준이지만 더 선명한 화질을 구현하려면 해상도는 지금의 1.5배 이상 높아져야 한다. 그러니까 가상현실도 4K 못지 않게 그래픽카드의 역할이 중요하게 부각될 것이다. 그래픽 프로세서 제조사들이 VR 최적화 기술과 함께 자체 성능을 높이기 위해 열을 올리는 이유가 여기에 있다.

4K와 VR 게이밍 시대를 즐기기 위한 그래픽카드 조합은?
4K와 VR 게이밍을 제대로 즐기기 위해서는 최소 8GB 이상의 비디오 메모리는 필요할 것으로 전망된다. 그래픽 프로세서 자체에서 데이터 처리가 아주 빠르게 이뤄진다면 4GB 정도의 용량으로도 4K 게이밍은 즐길 수 있을 것이다. 대신 초당 60 프레임 도달은 어렵겠지만 말이다. 가장 확실한 조합은 최신 그래픽카드를 선택하는 것이다.

일단 메모리로 접근해 보자. 4GB 이상 메모리를 갖춘 그래픽카드는 많다. 일단 2015년 이후 출시된 제품이라면 거의 대부분 4GB 이상 메모리를 탑재했다. 일부 중보급형 이하에서는 2GB 용량의 그래픽카드가 있기는 하지만, 보급형 그래픽카드로 4K 가속 자체는 힘에 부치는 상황이니 큰 의미를 부여하지 않아도 되겠다. 실제 제조사들도 중보급형 이하는 FHD 환경에 맞춰 설계하고 있다.

일단 4K 해상도와 VR 게이밍을 모두 만족하는 그래픽카드는 지포스 GTX 1080 / 1070이라 하겠다. 사실 두 그래픽카드 모두 성능만으로 보면 4K 게이밍에 100% 최적화 되었다 보긴 어렵다. 단일 그래픽카드로는 4K 해상도에서 초당 60프레임 구동은 사실상 어렵기 때문이다.

그럼에도 가능성이 있는 것은 8GB 메모리를 두 제품 모두 탑재하고 있어서다. 메모리 인터페이스도 256비트이기 때문에 상대적으로 고해상도에서 힘을 발휘한다. 최신 그래픽 프로세서 기술과 효율성을 강조한 신기술을 대거 탑재한 점도 눈에 띄는 부분이다.

▲ 현재 최고의 성능을 자랑하는 지포스 GTX 1080.

지포스 GTX 1080은 2560개의 쿠다 코어를 품고 있다. 텍스처 유닛은 160개, 렌더링 출력 유닛(ROP)은 64개로 구성되어 있다. 메모리는 GDDR5X가 탑재되는데, 기존 7Gbps 수준의 메모리보다 더 빠른 10Gbps의 전송 대역을 갖는다. 작동속도가 2500MHz에 달한다.

그래픽 프로세서는 기본 1.61GHz로 작동한다. 여기에 상황에 따라 속도를 높여 가속하는 GPU 부스트(Boost)가 활성화되면 1.73GHz까지 조절하면서 최적의 게이밍 환경을 구축하게 해준다. 쿨링 시스템이 좋다면 오버클럭을 통해 2GHz 이상의 속도로 높이는 것 또한 가능하다. 작동속도 향상에 따라 성능 상승폭이 큰 것으로 알려져 있기 때문에, 소비자의 관심이 무엇보다 높은 편이다.

▲ 두 개를 묶으면(SLI) 최고의 성능을 내겠지만, 비용이 만만치 않다는 단점이 있다.

동일한 GTX 1080을 두 개 연결하는 확장 연결 인터페이스(SLI) 기술을 활용하는 것도 방법 중 하나다. 메모리 용량이 넉넉해 4K 데이터를 담을 수 있더라도 그래픽 프로세서에서 병목이 발생하면 결국 4K 게이밍 몰입감이 저하된다. 이를 두 개의 그래픽 프로세서가 가속하면 좋은 효과를 기대할 수 있다. 비용 부담은 커지겠지만 말이다.

단, 지포스 GTX 1080 / 1070은 전용 고대역 SLI 연결단자가 필요하다. 기존 1Gbps의 전송 속도를 두 배인 2Gbps 수준으로 높여 연결에 따른 병목 현상을 억제했다. 물론 쉽게 구하긴 어려울 듯 하다.

▲ 지포스 GTX 970의 뒤를 잇는 GTX 1070. 이전 세대 그래픽카드를 압도하는 성능으로 주목 받고 있다.

지포스 GTX 1070은 1920개 쿠다 코어가 제공된다. GTX 1080 대비 640개 코어가 줄어든 것으로 SM 유닛 5개에 해당된다. 그러니까 최종적으로 3개의 GPC와 15개의 SM으로 운영되는 구조다. 메모리는 GTX 1080과 동일한 8GB 용량이 제공되지만 GDDR5X 메모리가 아닌 8Gbps 속도의 GDDR5 메모리가 탑재된다. 메모리 인터페이스는 256비트.

작동속도는 1506MHz가 기본으로 GPU 부스트가 작동하면 1683MHz까지 상승한다. SM 5개(1 GPC)가 빠지면서 텍스처 유닛은 1개의 GPC에 탑재된 40개가 제외된다. 총 120개의 텍스처 유닛이 제공되는 셈. 그러나 렌더링 출력 유닛(ROP)은 64개 그대로 유지된다. 이는 메모리 컨트롤러에 포함되기 때문이다.

▲ 라데온 R9 390/390X는 출시시기가 꽤 지났지만, 8GB 메모리와 512비트 메모리 인터페이스는

고해상도와 VR 환경 등에 대응 가능한 부분이다.

라데온 계열은 이 글이 작성되고 있는 현재, RX 480이 출시되지 않았고 자세한 정보도 나오지 않은 상태다. 때문에 4K와 가상현실(VR)에 대응할 수 있는 그래픽카드는 라데온 R9 390 시리즈와 라데온 R9 퓨리(Fury), 두 개의 퓨리 그래픽 프로세서를 한 기판에 집적한 라데온 프로 듀오(Pro Duo) 정도다.

먼저 라데온 R9 390/390X는 동일한 GCN(Graphics Core Next) 아키텍처가 적용되어 있다. 390X가 2816개, 390이 2560개의 스트림 프로세서가 집적되어 있다. 두 제품 모두 300W의 최대 전력소모량을 가지고 있으므로 최신 지포스 그래픽카드와 비교하면 상대적으로 전력소모 측면에서 불리하다. 그러나 8GB의 GDDR5 메모리와 512비트 메모리 인터페이스 구조는 출시시기가 꽤 되었음에도 아직까지 경쟁력 있는 요소로 자리하고 있다.

▲ 두 개의 라데온 퓨리를 한 기판에 집적한 라데온 프로 듀오.

성능은 뛰어나더라도 가격 경쟁력 측면에서 접근하면 아쉬움이 있다.

라데온 R9 퓨리 시리즈와 라데온 프로 듀오도 눈 여겨 볼 제품이지만 여기에서 라데온 프로 듀오는 가격이 너무 높다는 단점이 있다. 당장 GTX 1080 두 대 구매해도 가능한 가격이기에 절대적인 경쟁력에서는 다소 떨어지는 부분이 있다.

라데온 R9 퓨리 시리즈는 최신 기술이 적극 시도된 제품으로 주목 받기도 했다. 처음으로 고대역 메모리(HBM)을 쓴 그래픽카드이기도 하다. HBM은 기판에 집적되는 GDDR 메모리와 달리, 그래픽 프로세서 다이에 함께 집적되는 형태다. 또한 적층형 구조로 공간대비 용량 확보와 메모리 인터페이스 구성에도 이점이 있다. 단지 도입 초기라 수율에 한계를 드러낸 바 있다.

기본적으로 라데온 R9 퓨리 X는 4096개 스트림 프로세서를 탑재했다. 메모리는 HBM 구조로 4GB가 제공된다, 메모리 인터페이스가 기존 256, 512 비트가 아닌 4096비트 구조이기 때문에 데이터를 빠르게 처리 가능하다. 반면, 그래픽 프로세서가 이 처리속도에 적시 대응하기엔 한계가 있다는 지적이다. 그럼에도 퓨리 X는 고해상도 영역에서 최신 제품과 충분히 경쟁하고 있다. 최대 사용 전력은 275W다.

퓨리는 퓨리 X에서 스트림 프로세서 수를 줄인 형태다. 그 결과 3584개의 스트림 프로세서가 제공된다. 그 외의 사양은 퓨리 X와 동일하다.

4K와 VR 향한 그래픽 프로세서간 경쟁에 불 붙었다
그래픽 프로세서 성능 경쟁은 매번 있었지만, 이번에는 그 의미가 조금 다르다. 두 제조사 모두 16nm 신공정을 채택했고, 그에 따른 아키텍처와 메모리 처리 구조를 제공한다. 과거의 성능 향상은 DirectX 버전에 대응하면서 최신 그래픽 표현 명령어를 넣고 얼마나 빨리 표현하느냐에 초점을 맞췄다. 3D라고 해서 크게 다를 것은 없었다. 단지 동일한 화면을 2중 처리하고 디스플레이가 요구하는 기술과 성능을 만족시켰다.

3D에 이어 4K와 VR이다. 큰 실패를 맛봤던 3D와 비교하면 분위기는 사뭇 다르다. 동시에 DirectX 버전은 12로 업그레이드 됐고, 해상도 증가와 화려한 효과들이 더해지면서 대량의 데이터를 처리해야 한다. 당연한 이야기지만 현재 그래픽카드는 그 문제에 적절한 해답을 제시하고 있는 듯 하다.

차세대 디스플레이 플랫폼은 이제 막 시장에 뿌리내리기 시작했다. 아직 초기이기에 여러 말이 오고 가겠으나 시간이 지나면 합리적인 가격에 즐길 수 있을 것으로 전망되고 있다. 4K 시대, 어떤 그래픽카드를 선택할지 여부는 소비자의 몫이다. 선택지는 많으니 성능이냐 비용이냐 여부를 고려해 알맞은 제품을 선택했으면 하는 바람이다.

기획, 편집 / 다나와 홍석표 (hongdev@danawa.com)

글 / 테크니컬라이터 강형석 (news@danawa.com)

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