꾸준하게 성능을 향상한 게임용 GPU 지포스 (GeForce) 

엔비디아 (NVIDIA)는 지포스 네이밍을 게임용 그래픽카드에 적용하면서 수년 동안 성능 향상과 신기술의 토대를 마련해왔다. 지포스 256 (GeForce 256)이 출시된 이후 지포스 3 (GeForce 3)와 지포스 8000, 지포스 GTX 1080에 이르면서 새로운 GPU 아키텍처와 새로운 기술을 소개해왔으며 성능 또한 꾸준한 향상이 이루어졌다.

CPU는 무어의 법칙이 효력을 잃어버리는 등 성능 향상이 더디어지면서 전력 효율 개선 방향으로 이어지고 있고 더 많은 물리 코어를 탑재해 성능 향상을 꾀하고 있지만 이 역시 미세공정의 한계로 쉽지 않은 상황이다. 이는 GPU 역시 영향을 받는 부분이지만 GPU는 CPU보다 새로운 제품의 출시로 인한 성능 향상 비중이 상대적으로 높은 편이며 새로운 기술 트렌드 적용과 향상되거나 개척되어야 할 부분이 아직도 많이 남아있다.

이번에 발표된 지포스 RTX 20 (GeForce RTX 20) 시리즈 역시 파스칼 (Pascal) 아키텍처에서 전문가용으로 나온 볼타 (Volta) 아키텍처를 거치면서 튜링 (Turing)이라는 새로운 아키텍처의 등장으로 볼타 아키텍처의 인공지능(AI) 및 추론 연산을 위한 텐서 코어 (Tensor Cores)의 도입과 그동안 염원해왔던 실시간 레이 트레이싱 (Ray Tracing) 영역을 현실화하기 위해 RT 코어 (RT Cores)를 새로 추가했다. RT 코어는 물리적으로 정확한 그림자와 반사, 굴절 및 전역 조명으로 사물과 환경의 실시간 레이 트레이싱을 가능하게 해준다. 

튜링 아키텍처로 현실화된 실시간 레이 트레이싱 기술

엔비디아는 튜링 GPU 아키텍처를 쿼드로 RTX (Quadro RTX) 시리즈를 공개하면 소개했는데 튜링 아키텍처에서는 3차원으로 구성된 객체들을 2차원 평면의 픽셀로 변환하는 레스터 연산 향상과 레이 트레이싱 연산을 위한 RT 코어, 인공 지능 및 추론 연산을 위한 텐서 코어는 레이 트레싱 효율을 높여주며 게이밍 연산은 CUDA 코어 (CUDA Cores)가 담당하는 하이브리드 렌더링을 지원한다.

튜링 아키텍처의 레이 트레이싱 처리 성능은 파스칼 대비 최대 25배, 볼타 아키텍처 대비 최대 6배가 향상됐다. 지포스 RTX 20 시리즈 중 최상위인 지포스 RTX 2080 Ti는 레이 트레이싱 10GigaRays/s와 최대 78T RTX-OPS, 지포스 RTX 2080은 8GigaRays/s와 60T RTX-OPS, 지포스 RTX 2070은 6GigaRays/s와 45T RTX-OPS 성능을 제공한다.

게임용 지포스 RTX 20 시리즈에 탑재하는 텐서 코어는 쿼드로 RTX 시리즈의 텐서 코어와는 연산 처리 성능에 약간의 차이가 있다. 쿼드로 RTX의 텐서 코어는 125 TFLOPS FP16과 250 TOPS INT8, 500 TOPS INT4인 반면 지포스 RTX 20 시리즈는 110 TFLOPS FP16과 220 TOPS INT8, 440 TOPS INT4의 연산 성능을 제공한다. INT8과 INT4는 볼타에서 지원하지 않은 것으로 정밀도는 낮아지는 대신 처리 속도를 4배 이상 개선해 빠른 학습 능력을 구현한다. 텐서 코어는 지포스 RTX 2080 Ti가 544, 지포스 RTX 2080이 368, 지포스 RTX 2070이 288을 탑재한다.

처리와 효율을 향상한 SM은 부동소수점과 정수 연산의 독립 처리, 인공지능 AI 알고리즘을 바탕으로 이미지 향상과 생상을 향상하는 새로운 NGX 신경 그래픽 프레임워크(neural graphics framework), 프로세싱 파워를 집중해 전체 성능을 향상시키는 베리어블 레이트 셰이딩(Variable Rate Shading), 멀티 GPU는 기존 SLi 대비 더 높은 초당 100GB의 대역폭을 제공하고 확장성이 향상된 고속 연결 기술 엔비디아 RTX NVLink를 지원한다.

차세대 VR 헤드셋에 필요한 대역폭과 디스플레이 출력, 전력을 제공하기 위해 개발된 개방형 산업 표준 USB Type-C와 버추얼링크(VirtualLink), 멀티뷰 렌더링(Multi-View Rendering) 및 VR웍스 오디오(VRWorks Audio) 등의 VR 애플리케이션 성능 개선을 위한 새로운 기술도 적용된다. 

이를 바탕으로 지포스 RTX 20 시리즈는 언리얼엔진 4로 제작된 스타워즈 레이 트레이싱 데모를 45ms, 파스칼 (Pascal) 아키텍처 기반 지포스 GTX 1080 Ti는 308ms, 4장의 테슬라 V100 (Tesla V100) GPU를 탑재한 고가의 DGX 시스템은 55ms를 처리해 이전 세대 대비 비약적인 향상이 이루어졌다.

실시간 레이 트레이싱  RTX ON/ OFF 데모

실시간 레이 트레이싱은 정확한 그림자와 반사, 굴절 및 전역 조명 등을 통해 사물과 환경을 보다 사실적으로 표현해주는 기능을 한다.

엔비디아 RTX, 배틀필드5와 쉐도우 오브 더 툼레이더 등 21개 AAA 게임 지원 예정 

또한 실시간 레이 트레이싱은 앞으로 등장할 다양한 게임을 통해 구현된다. 엔비디아는 지포스 RTX 시리즈 발표에서 RTX 기술을 지원하는 대표적인 게임을 소개하며 배틀필드 5와 쉐도우 오브 더 툼 레이더, 배틀그라운드, 메트로 엑소더스, 히트맨 2, 파이널 판타지 15등 21개 타이틀에서 이를 지원할 것으로 소개했다.

실시간 레이 트레이싱 메트로 엑소더스 RTX ON/ OFF 데모 

엔비디아는 출시를 앞두고 잇는 배틀필드 5와 쉐도우 오브 더 툼 레이더, 메트로 엑소더스 게임에서 RTX ON/ OFF에 따른 그래픽 변화 소개했다. 메트로 엑소더스는 집안으로 들어오는 빛에 따른 주변 사물과 그림자 처리 등 세부적인 변화를 파악할 수 있다.

실시간 레이 트레이싱 배틀필드 5 RTX ON/ OFF 데모 

배틀필드 5는 게임내 캐릭터의 눈과 폭격으로 불이 붙은 자동차 표면, 물 등과 같은 반사면에 비친 오브젝트와 광원을 통해 그림자의 경계와 표현 등이 자연스러워져 보다 사실적인 환경에 가까운 표현이 가능해졌다. 

실시간 레이 트레이싱 쉐도우 오브 더 툼레이더 RTX ON/ OFF 데모 

쉐도우 오브 더 툼레이더도 게임 내에서 자연스럽게 처리되는 사람의 그림자와 광원, 경계 표현 등을 살펴볼 수 있다.

엔비디아 텐서 코어 기반 딥러닝 샘플링 DLSS(Deep Learning Super Sample)

4K TAA보다 고품질을 구현하는 4K DLSS

엔비디아는 튜링 아키텍처는 텐서 코어를 기반으로 구현하는 딥러닝 샘플링 기술인 DLSS(Deep Learning Super Sample)를 공개했다. 해당 기술은 엔비디아의 고속 심층 신경망 네트워크(Deep Neural Network)를 통해 생성된 인공지능 (AI, Artificial Intelligence) 모델을 드라이버에 반영하고 지포스 RTX 20 시리즈는 인공지능 모델을 활용해 게임에 최적화된 안티앨리어싱(AA, Anti Aliasing)을 구현하는 방식이다. DLSS는 기존 AA 처리보다 낮은 성능 저하에 높은 품질을 구현할 수 있는 것이 특징이다.

​지포스 RTX 20 시리즈 등장으로 지포스 익스피리언스 업데이트 

엔비디아는 지포스 RTX 20 시리즈를 발표하면서 지포스 익스피리언스(GeForce Experience)의 새로운 기능을 추가로 공개했다. 안셀 RTX (Ansel RTX)가 대표적으로 레이 트레이싱(Ray Tracing)을 적용하는 이미지 캡처 안셀 RT (Ansel RT), 딥러닝을 통한 인공지능 (AI) 업스케일링 기술, 새로운 필터, 이를 지원하는 수백 개의 지원 게임 등이 여기에 포함된다.

또한 엔비디아는 게임 개발사와의 협력을 통해 안셀과 안셀 하이라이트(Ansel Highlights)를 지원하는 22개의 새로운 게임을 준비 중이고 앞으로 이를 지원하는 게임 타이틀도 증가할 것으로 예상된다.

안셀에서 적용되는 레이 트레이싱(Ray Tracing) 기술은 안셀 RT(Ray Tracing)로 부르며 기존 3D로 구현되는 품질과 비교해 더 많은 광선 추적을 활성화하여 자연스러우면서도 고품질의 이미지를 얻어낼 수 있다. 안셀 RT를 이용하면 그림자(Shadow) 32X, 반사(Reflection) 40X, 앰비언트 오클루전(Ambient Occlusion) 12X, 굴절(Refraction) 10X 등 이미지 캡처 품질을 크게 향상할 수 있다.

다양한 필터도 추가됐다. 객체의 깊이를 계산하여 그린스크린(Greenscreen) 필터를 생성하거나 스티커나 레터박스 등을 추가한 이미지 제작 등이 가능해진다.

지포스 RTX 2080 게임 성능 공개, RTX 2080: 2x 1080 

엔비디아가 공개한 성능 자료는 지포스 RTX 2080 그래픽카드가 게임에서의 4K HDR 60Hz 구현과 이전 세대인 지포스 GTX 1080과 비교하고 있는 2가지다.

4K HDR 60Hz 슬라이드에서 지포스 RTX 2080은 파 크라이 5와 콜 오브 듀티 : 월드 워 2, 파이널 판타지 XV, 스타워즈 배틀 프론트 2 등의 기존 출시 게임에서 4K HDR 적용시 60fps 이상을 구현할 수 있는 것으로 소개됐다. 그동안 4K 해상도에서 60fps 구현이 쉽지 않았던 지포스 그래픽카드가 한단계 도약한 것이다.

또한 엔비디아는 텐서 코어를 기반으로 구현하는 딥러닝 샘플링 기술인 DLSS(Deep Learning Super Sample)을 적용한 4K 해상도의 게임 테스트를 통해 성능 차트 제목을 RTX 2080: 2x 1080으로 공개했다. 이는 전반적인 게임 성능은 1.5배 (50%) 가량 향상이 될 것으로 나타났고 DLSS 적용에서 프레임 차이가 2배 이상 발생한 것을 고려해 정한 것으로 보인다. 물론 자체 성능 테스트 결과는 최적의 조건과 성능을 기준으로 제시하는 만큼 실제 성능 테스트 결과를 통해 진위 여부가 확인될 것으로 예상된다.