마이크로소프트(Microsoft, MS)는 DirectX 12(이하 DX12)의 향상된 성능과 지원이 추가된 DX12 얼티밋(DirectX 12 Ultimate)을 발표했다. 

DX12 얼티밋은 PC와 차세대 콘솔 게임기 PS5와 Xbox Series X에서도 구현될 것으로 알려진 DX 레이 트레이싱(DXR, DX Ray Tracing)과 가변 레이트 쉐이딩(VRR, Variable Rate Shading)을 비롯하여 메시 쉐이더(Mesh Shader), 샘플러 피드백(Sampler Feedback) 등 최신 기술 지원을 포함하는 DX12 API의 확장이다.

MS DX12의 확장 기능과 기술을 포함하고 있는 DX12 얼티밋은 기존의 DX12 하드웨어와 호환이 가능하다. 대신 DX12 얼티밋을 지원하지 않은 하드웨어는 레이 트레이싱과 VRR 등 새로 추가된 기능은 지원하지 않을 수도 있다. 또 DX12 얼티밋 하드웨어가 아니더라도 DX12 얼티밋 게임을 실행하는데 문제가 없어 게임 호환성면에서도 유리하다.

DX12 Ultimate 4가지 핵심 기능: DXR·가변 쉐이딩·메쉬 쉐이더·샘플러 피드백

새로 공개된 MS의 DX12 Ultimate는 4가지 핵심 기능을 제공한다. 광선 추적을 사용해 사실적인 렌더링을 구현하는 DXR(DirectX Ray Tracing), 화면의 중요도에 따라 다른 밀도의 쉐이딩을 적용하는 가변 레이트 쉐이딩(VRR, Variable Rate Shading), 자유도 높은 지오메트리 쉐이딩 파이프라인을 갖춘 메시 쉐이더(Mesh Shader), 필요한 텍스처만 로드해 로딩 시간을 단축하고 그래픽 품질을 향상하도록 해주는 샘플러 피드백(Sampler Feedback)이 그것이다. 이를 모두 지원하는 하드웨어는 DirectX 12 Ultimate 로고를 사용할 수 있게 된다.

DX12의 등장으로 CPU 오버헤드 감소와 최신 그래픽 기술 구현 등을 통해 성능과 지원 기술이 향상되었고 최신 게임들은 이를 적극 반영해 출시되고 있다. 물론 OpenGL을 잇는 벌칸(Vulkin)이 DirectX의 대항마로 등장했지만 게임 시장에서는 DX의 영향력이 더 크다. 

DX12는 점점 더 화려해지고 성능이 향상되는 GPU와 같은 하드웨어를 반영해 실시간으로 광선을 추적해 보다 사실적인 그래픽 효과를 구현하는 DXR(DirectX Ray Tracing)과 같은 기술을 더하며 발전하고 있다.

GPU 개발사인 엔비디아(NVIDIA)는 지포스 RTX 20 시리즈를 통해 DXR을 RTX라는 이름으로 지원하고 하드웨어 가속을 통해 게임에서 향상된 그래픽과 성능을 제공하기 시작했다. AMD는 게이밍에 최적화된 아키텍처 RDNA 2를 통해 DXR을 구현할 것으로 알려졌고 엔비디아와 같이 하드웨어 가속을 지원할 예정이다. 최근 발표된 소니 PS5와 MS Xbox Series X도 AMD 젠2(Zen 2) CPU와 RDNA 2GPU를 커스텀 설계한 SoC(Systme-on-Chip)을 통해 DXR을 구현한다.

DX12 얼티밋에서 DXR은 DXR1.0에서 DXR 1.1로 업데이트 되었으며 업데이트를 통해 GPU의 쉐이더가 CPU를 거치지 않고 레이 트레이싱을 호출 가능해졌으며 쉐이더의 적응형 레이 트레이싱 시나리오에 유용하고 레이 트레이싱 작업 준비 시나리오는 GPU에서 즉시 실행이 가능해졌다. 스트리밍 엔진은 새로운 오브젝트가 등장할 때마다 새로운 레이 트레이싱 쉐이더 호출을 보다 효율적으로 실행할 수 있게 됐다. 인라인 레이 트레이싱(Inline Raytracing)을 통해 개발자에게는 더 많은 레이 트레이싱 옵션을 제공하며 모든 쉐이더 단계에서 사용할 수 있다. 30종 이상의 DXR 1.1 지원 게임이 등장할 것으로 예상된다.

엔비디아의 RTX 기술은 유명 게임 엔진인 언리얼 엔진 4.25(Unreal Engine 4.25) 버전을 통해 DXR 구현 게임 및 소프트웨어 등장이 예상되며 레이 트레이싱 개발에 이용하는 RTX 글로벌 일루미네이션(GI, Global illumition) SDK, OpenGL을 이어받은 벌칸(Vulkan) 환경에서도 벌칸 RT(Vulkan RT)를 통해 레이 트레이싱 확장을 지원할 예정이다.

화면의 중요도에 따라 다른 밀도의 쉐이딩을 적용하는 가변 레이트 쉐이딩(VRS, Variable Rate Shading)은 게임에서 보여지지 않아도 될 부분을 렌더링하지 않고 보여지면서 중요도 높은 화면은 렌더링을 통해 그래픽 품질을 향상하면서도 성능 역시 확보할 수 있게 해준다. 엔비디아는 실시간 레이 트레이싱을 위한 RTX 외에도 튜링(Turing) 아키텍처를 통해 가변 쉐이딩(VRS)을 구현하고 게임에서도 이를 반영하고 있다.

메시 쉐이더(Mesh Shader)는 자유도 높은 지오메트리 쉐이딩 파이프라인을 갖추고 가변 쉐이딩과 함게 게임의 시야와 거리 등과 중요도가 높지 않으면 그래픽 품질을 적절하게 조절해 성능을 높여줄 수 있다.

샘플러 피드백(Sampler feedback)은 필요한 텍스처만 로드해 로딩 시간을 단축하고 그래픽 품질을 향상하는 기술이다. TSS(Texture-space shading)를 가능하게 해주며 TSS는 그래픽 파이프 라인없이 컴퓨팅을 통한 음영 처리가 가능하도록 만들어 컴퓨팅 연산의 부하를 줄여준다.

RTX GPU로 환경을 갖춘 엔비디아, RDNA 2 GPU로 이제 시작인 AMD  

데스크탑 시장에서 경쟁하는 엔비디아와 AMD도 MS의 DX12 얼티밋 발표에 맞춰 정보를 공개했다. 엔비디아는 튜링(Turing) 아키텍처 기반의 지포스 RTX 그래픽카드를 통해 DX12 얼티밋에 대응하고 DXR과 VRS를 비롯하여 윈도우 10 2004 등장에 맞춰 메시 쉐이더와 샘플러 피드백 대응을 위한 드라이버도 배포할 예정이다.

엔비디아는 1500만개 이상의 지포스 RTX GPU 판매와 30종 이상의 게임이 RTX 기반으로 개발되거나 출시되고 있으며 DirectX와 벌칸(Vulkan), 언리얼 엔진(Unreal Engine), 유니티(Unity), 프로스트 바이트(Frostbite) 등의 유명 게임 엔진 등과 협력해 적극적인 지원이 이루어지고 있다.

또한 엔비디아는 RTX GPU를 기반으로 DX12 얼티밋과 다양한 게임 및 소프트웨어 개발을 위한 SDK, 게임 최적화를 위한 지포스 게임 레디 드라이버(GeForce Game Ready Driver), 딥 러닝(Deep Learnig)과 인공지능(AI)를 이용해 그래픽을 보다 세밀하게 표현해 품질을 향상하면서 게임 성능도 개선하는 DLSS 2.0 기술 업데이트를 통해 게임 경험을 향상할 예정이다.

DLSS 2.0은 울펜슈타인: 영블러드(Wolfenstein: YoungBlood)와 딜리버 어스 더 문(Deliver Us The Moon)에서 바로 이용 가능하며 이번 주부터 맥 워리어 5(Mechwarrior 5)와 컨트롤 DLC(Control DLC) 적용, 언리얼 엔진 4(UE4, Unreal Engine 4)에서도 이용 가능하다. DLSS 2.0은 기존 DLSS 대비 품질 모드(Quality Mode)를 추가해 보다 선명한 고품질의 게임 화면을 기대할 수 있다.

그에 반해 AMD는 RDNA 2 아키텍처 기반의 GPU를 통해 DX12 얼티밋의 레이 트레이싱과 VRS, 메시 쉐이더, 샘플러 피드백 등 4가지 주요 기술을 지원할 예정이다. 현재 사용자가 직접 이용 가능한 하드웨어가 없는 상황이지만 테스트 중에 있는 하드웨어로 구현하는 것으로 보이는 DXR 1.1 레이 트레이싱 데모를 공개했다. 

엔비디아와 달리 올해 중으로 데스크탑용 빅 나비(Big Navi)로 알려진 GPU의 등장을 통해 데스크탑에서 DX12 얼티밋을 구현할 예정이며 제품 출시가 이루어지지 않은 만큼 성능이 확인되지 않아 지금 당장은 직접적인 경쟁은 어려워 보인다. 

또한 최근 스펙이 공개된 차세대 콘솔 소니 PS5와 MS Xbox Series X는 AMD의 CPU와 GPU를 통합해  DXR과 VRS 등을 지원할 예정이며 이를 통해 DX12 얼티밋의 주요 기능 구현이 가능해진다.