3D 그래픽칩관련기술및산업동향, 기업소개

3D 그래픽칩관련기술및산업동향, 기업소개

3D 그래픽칩산업동향 게임산업의시장규모확대에따라 GPU(Graphics Processor Unit) 시장도꾸준하게성장하고있다. 2005 년현재 GPU 시장규모는약 2 억 5 천만개정도이고 2008 년에는 3 억 1 천만개정도로성장할전망이다. 이민영 _IT-SoC 협회마케팅지원팀장 (mylee21@itsoc.or.kr) 1. 꾸준히성장하고있는 GPU 시장프로세서성능과네트워크속도의발전에따라게임산업이급속하게성장하고있다. 과거에엔터테인먼트산업의틈새시장에불과했던게임산업의시장규모는 2005 년현재 400 억불을넘어섰으며, 이후에도연평균 13.2% 성장 정도이고 2008년에는 3억 1천만개정도로성장할전망이다. 이가운데서메인보드에통합되어제공되는 Integrated GPU 시장이연평균 10.9% 로빠르게성장하는반면, 개별적으로장착되는 Discrete GPU 시장의경우연평균 2.4% 로성장률이낮을전망이다. < 그림2> GPU 시장전망 ( 단위 : Mpcs) 하여 2010 년에는 2005 년의두배가넘는 800 억불에이를전망이다. 특히 온라인게임과모바일게임은각각연평균 33.1% 와 33.9% 라는높은속도로 성장하여 2010 년에는시장규모가각각 200 억불, 140 억불에이를전망이다. < 그림 1> 세계게임시장전망 ( 단위 : M $) 자료 : Mercury Research(2004) GPU 가장착되는응용제품의시장전망을살펴보면, 현재 GPU 시장의대부분을차지하고있는 PC 산업의경우 Desktop PC 시장의비중이줄어들고 Notebook PC 시장이연평균 10.5% 성장하여그비중이더욱커지며, 통합칩셋시장은연평균 9.2% 로꾸준하게성장할전망이다. 한편게임콘솔과디지 자료 : PWC(2005) 게임산업의시장규모확대에따라 GPU(Graphics Processor Unit) 시장도꾸준하게성장하고있다. 2005년현재 GPU 시장규모는약 2억 5천만개 털TV 시장의경우연평균각각 35.5%, 22.2% 라는높은성장률을기록할것으로예견된다. 휴대용단말기시장의경우이미연 8억대정도의규모이고 2008년에는 10 억대를넘어서며, 거의대부분멀티미디어기능을포함할것으로보인다. 앞으로 GPU 를내장하는단말기의비중이대폭늘어날것으로전망할수있는것이다. Focus On 3D 그래픽칩 _33

< 표1> 응용제품시장전망 ( 단위 : M units) 2005 2006 2007 2008 CAGR Desktop PC Discrete 82.1 82.3 81.6 80.4-0.7% Notebook PC Discrete 21.2 21.3 25.6 28.6 10.5% Integrated Chipsets 162.2 183.5 195.2 211.2 9.2% Handheld 817.9 922.9 994.4 1071.9 9.4% Digital TV 73.7 98.3 114.9 134.5 22.2% Game Consoles 17 26.5 39.7 42.3 35.5% 를나란히하는수준에이르렀다. 물론 2004년현재 Application processor/media Coprocessor의시장은 14 억불정도로아직은그규모가그리크지않다. 하지만이후급속한성장이예견되는분야여서향후이기업들의선전이기대된다. < 그림4> Application processor/media Coprocessor 시장점유율 (2004) 자료 : ATI (2006) 2. GPU 시장을둘러싼치열한경쟁 GPU 시장규모가커짐에따라이를둘러싼반도체기업들사이의경쟁도 치열해지고있다. 2005 년 4 사분기의 Desktop PC GPU 시장점유율을살펴 보면 Intel 이 32% 로수위를차지하였고다음으로는 ATI 24%, NVIDIA 23%, VIA 15% 등의순이었다. Integrated GPU 시장에서압도적인지위를차지하고있는 Intel이여전히 1위자리를차지한것이다. 그러나 Intel의점유율은 2004년 4사분기의 40% 에비하면현저하게낮아졌다. 반면 VIA 의점유율은 2004년의 4사분기의 8% 에서 15% 로급속하게증가하였다. < 그림3> Desktop PC GPU 시장점유율 (Q4 2005) 자료 : IDC (2005) GPU 전문기업으로서는 ATI 와 NVIDIA 가독보적인지위를차지하고있다. 전통적인강자이던 NVIDIA 는 2004년에 ATI에선두자리를빼앗겼다 2005년되찾았다. 시장영역별로살펴보면 PC 시장에서는신규제품에대한시장의반응에따라선두자리가뒤바뀌고있다. 게임기시장에서는 NVIDIA 가비교적 우월한지위를가지고있다. 게임콘솔시장에서 80% 정도의독점적인지배력을가지고있는소니플레이스테이션의최신모델인 PS3 의경우 NVIDIA 의 GPU 를탑재하고있다. 반면휴대용단말기시장에서는 ATI 가우세한편이다. ATI의겨우퀄컴과전략적제휴관계를맺고있다. < 그림 5> ATI, NVIDIA 매출구성비교 ( 단위 : M $) 자료 : Jon Peddie Research (2006) PDA, 휴대폰등휴대용단말기의경우전용 GPU 보다는 Multimedia Application Processor라불리는, GPU IP를내장한 SoC가지배적인지위를차지하고있다. 이분야에서가장큰점유율을보이고있는것은 TI 의 OMAP이다. TI 의 OMAP은노키아의 60 시리즈, 80 시리즈등에배타적으로공급되고있고, NTT Docomo의 3세대단말기 FOMA에도채택되었다. 이와관련하여특히주목할만한것은삼성전자와 LG 전자, 팬택계열등에 관련 SoC 를공급하고있는엠텍비젼과코아로직이다. 이기업들의 2004 년 시장점유율은각각 10.0%, 8.2% 에달해이미세계적인반도체기업들과어깨 자료 : isuppli (2006) 이와관련하여그래픽프로세서 IP 를공급하는 Imagination Technology 34_ IT SoC Magazine

의성장은주목할만하다. Imagination Technology의 IP는 TI OMAP 2420, Renesas SH-Mobile3, Intel 2700G, Philips Nexperia PNX4008, Freescale I.Mx31 등상당수멀티미디어 SoC 제품에채택되고있다. Imagination Technology는그래픽프로세서 IP 시장에서마이크로프로세서 IP 분야의 ARM 과같은지위를차지하고있다. < 그림 6> 휴대단말기용 GPU 관련제품비교 3. SoC 는필연적인추세 휴대단말기용 GPU 시장에나와있는제품들을 GPU 성능과 SoC 로서다 양한기능블럭들을통합하고있는정도를기준으로하여비교해볼수있다. 이가운데그래픽처리전용칩으로구분할수있는것은버추얼다임의 F3D1000, Intel 의 2700G, 넥서스칩스의 Gi-Pump 등이다. F3D1000 의경우 < 그림 7> OMAP3430 system diagram 1M polygons/sec의처리성능을가진그래픽처리전용칩이다. 2700G의경우에는그래픽만이아니라 MPEG2, MPEG4, WMV 등비디오데이터를처리할수있는가속기도내장하고있다. Gi-Pump1005는 5M polygons/sec의그래픽처리성능을가지고있고 3M pixel 급카메라콘트롤러프로세서를내장하고있다. ATI IMAGEON2300, NVIDIA GOFORCE5500 등은마이크로프로세서를내장하고있지는않지만다양한멀티미디어처리기능을가지고있다. IMAGEON2300은 2D/3D 그래픽엔진, MPEG4 디코더, JPEG 코덱등을내장하고있다. GOFORCE5500은 2D/3D 그래픽엔진, MPEG4/H.264 코덱, 오디오엔진, 10M Pixel 지원 JPEG 코덱등을내장하고있다. 코아로직 CL85425, 엠텍비젼 MV8601, 매직아이 VRender3D, TI OMAP3430, Renesas SH-Mobile3, PHILIPS PNX4008 등은마이크로프로세서를내장한멀티미디어 SoC 들이다. CL85425의경우 ARM9, 5M Pixel 지원 JPEG 코덱, MPEG4 코덱, 1M polygons/sec 3D 그래픽엔진등을내장하고있다. MV8601 역시 ARM9, 2D/3D 그래픽엔진, 5M Pixel 지원 JPEG 코덱등을내장하고있다. VRender3D는 ARM9, 1M polygons/sec 3D 그래픽엔진, MPEG4 프로세서등을내장하고있다. SH-Mobile3은 SH4AL-DSP CPU 코어, 2D/3D 그래픽가속기, MPEG4 가속기등을내장하고있다. OMAP3430의경우 65nm CMOS 공정기술을활용하여제작되는멀티미디어 SoC 로 ARM Cortex-A8 RISC Core, 2D/3D 그래픽가속기, MPEG4/H.264 코덱, 12M pixel 지원 JPEG 코덱, 보안모듈등을내장하고있다. PNX4008은 ARM9, 2D/3D 그래픽프로세서, MPEG-4 코덱, 4M pixel 지원 JPEG 코덱, 오디오 DSP, 보안모듈등을내장하고있다. 사용자들이현재의모바일게임사양에만족하지못하고있고이동통신회사들의경우에도게임서비스를통한수익증가를위해하드코어모바일게임의탑재를추구하고있어더욱높은성능의 GPU 가요구되고있음은물론이다. 그러나휴대용단말기시장의경우 PC 시장과달리전용 GPU 가설자리는좁을것으로판단된다. 휴대용단말기의경우멀티미디어 SoC 가이미시장을지배하고있으며, 이는소형화, 다기능화, 저전력등을요구하는휴대용단말기시장의요구에따른것이다. 휴대용단말기시장을타겟으로하는 GPU 관련기업의입장에서는그래픽 IP 전문기업또는멀티미디어 SoC 기업이라는사업모델가운데하나를택해야할것으로판단된다. 멀티미디어 SoC 기업의경우세계유수의반도체기업들과승부를겨뤄야하고, 이를위해규모를키우는한편제휴 협력을통해비즈니스네트워크를확장해야함은물론이다. 우리기업들이치열할경쟁을뚫고세계적인그래픽프로세서 IP 전문기업으로, 멀티미디어 SoC 기업으로성장하기를기대한다. Focus On 3D 그래픽칩 _35

Mobile 3D 그래픽칩관련 기술및시장동향 이상호연구원 _ shlee@iita.re.kr, 장선호기술역 / 공학박사 _ chans@iita.re.kr / IT SoC 및부품전문위원실, 정보통신연구진흥원 (IITA) 1. 서론 21세기 IT 산업을주도할패러다임 (paradigm) 은디지털융합 (digital convergence) 이다. 디지털융합을통해사용자가원하는다양한기능, 즉기존의전자기기와무선통신, 인터넷, 방송등의기술을포함하는시스템을하나의칩으로구현함으로써새로운수요와시장의창출을가능하게한다. 디지털융합을가능하게하는시스템온칩기술은국가차세대성장동력의기반기술로선정되어연구개발이추진되고있다. 휴대용정보단말분야는급속하게성장하고있는 IT 기기관련시장의중심으로자리잡고있다. 휴대폰을위한이동통신서비스는에서와같이 CDMA의경우, IS-95A/B에서 CDMA 2000 1x로진화하면서음성위주의통신에서음성과데이터를혼용할수있는통신기능을가지게되었다. 데이터서비스의양은음성통신서비스의양에비례하게증가하면서, SMS(Short Message Service) 에서 MMS(Multimedia Message Service) 로주요사업모델이변화하고있다. 2003년에 CDMA2000 1x EvDo 서비스가국내에서본격화되면서, VOD (Video-On-Demand) 나영상통신및 2D/3D 게임과같은멀티미디어서비스의필요성이대두되고 3G 휴대폰시장의규모가확대되고있다. 휴대폰뿐만아니라 PDA나휴대용 DVD 플레이어와같은휴대기기성능의발전으로기존 PC 수준인 VGA 급이상의해상도와 2D/3D 그래픽성능을필요로한다. 고화질저용량의 VOD 구현을위해서 MPEG-4를이용한동영상코덱기술이도입되고있으나, 보다높은압축률과고화질특징을갖는 H.264와향상된음질의 AAC 오디오코덱에대한필요성이증대 되고있다. VOD 기술을활용한휴대폰에서의동영상서비스를넘어모바일 3D 엔진을활용한게임과이를구현하기위한휴대폰이출현하고, 3D 채팅이나아바타서비스등모바일단말기에서서비스가능한콘텐츠가다양해지고있으며, 머지않아가상박물관, 가상쇼핑몰등다양한가상현실 3D 콘텐츠의활용이일상적인일이될것으로예상된다. 휴대기기용멀티미디어콘텐츠는 SMS 를시작으로벨소리, 모바일방송, VOD, 2D/3D 게임등으로발전하고있다. 2D/3D 게임을위해서는 OpenGL API 나소프트웨어게임엔진을이용하고있으나, 휴대기기에서의해상도향상과 3D 게임의등장에따라서 API 를위한하드웨어가속기를필요로하게되었다. 3D 가속기를가지고있는휴대기기용게임기로대표적인것이 PSP(Play Station Portable) 이다. PSP 는새로운비즈니스성공의발판을제공함으로써기사회생의기회를창출해주었다는사실만은그누구도부인할수없을것이다. 이러한사실은소니컴퓨터엔터테인먼트코리아 (SCEK) 가 2003년 3월 31일기준매출액이 73.562백만원에서 2004년 3 월 31일기준매출액은 93.506백만원으로성장을거듭하고있다는점에서국내산업에상당한파급효과를가져오고있다는사실은확인할수있다. 또한, 인기게임 Contents의확보여부에따라달라질수있으나세계적으로 2008년까지 200 억불을정도의시장 ( 출처 : ETRI, INEWS 2004.01) 을형성할것으로일부기관에서는전망하고있다. 본글에서는이러한고성는휴대기기용멀티미디어기기에필수적인 3D 그래픽가속기칩의기술, 표준화, 시장동향에대하여살펴본다. 36_ IT SoC Magazine

2. 국내 외기술현황 1) 세계기술현황가. 모바일 3D 그래픽프로세서 현재가장높은성능을가진 GPU 는소니 PSP에탑재된커스텀프로세서로초당 3,500만폴리곤을생성할수있는지오메트리연산능력을가졌다. 픽셀 Fillrate 도초당 664M 픽셀로 480x272라는해상도를고려하면동사의가정용비디오게임기 PlayStation2에버금가는성능을보인다. 소니가독자적인칩을생산해높은성능을구현한반면 ATi, nvidia 등기존 PC 용 GPU 시장의강자들은각종휴대디바이스에서사용할수있는범용그래픽프로세서를시장에출시하고있다. 현재이들 GPU는 OpenGL ES 1.0 Common-Lite 수준으로상용화되고있는상태이다. - 모바일용 3D GPU 가채택된핸드폰단말기가출시됨에따라콘텐츠개발을위한다양한 SDK 들이개발되고있다. 나. 모바일게임기동향 Playstation 으로대변되는개인용게임콘솔은세계의모든청소년을비롯한청장년층에게까지사랑을받고있다. 2005년은이러한개인용게임콘솔시장에일대혁명이라고할수있는 PSP가등장했으며, 이를통하여 Sony 사는오랜적자의늪에서벗어날수있었다. PSP 의경우에는 Collada (OpenGL_ES 일종의 API) 라는자체 API를만들어 Khronos Group 내에서활동중에있다. < 그림1> PSP 와 Playstation 3 < 표 1> 국외게임기및모바일 3D 그래픽프로세서 구분 주요동향 제품명 기업명 MPU 3D GPU Multimedia 통신 PSP Sony MIPS R4000 전용칩 H.264, AAC+, WiFi 3D Sound Revolution Nintendo IBM RN520 720p and Custom 전용칩 1080i HDTV standards NDS Nintendo ARM9 ARM7 ADPCM, PCM WiFi Game Nintendo 67MHz IBM 33MHz ATI ADPCM 2) 국내기술현황 국외게임기 / 서비스현황 국외기업 Cube NGage Gizmondo Nokia Tiger Telematics Custom Custom PowerPC "Flipper" "Gekko" ARM9 100MHz Samsung nvidia ARM9 Goforece 400MHz 4500 encoding, Dolby, DTS, AC3 AAC, MP3, MIDI, WAV MP3/WMA/ HE-AAC, MIDI/WAV, MPEG4/H.264/ WMV, JPEG GSM WLAN 802.11b 해외업체들의활발한움직임과는다르게, 국내업체들의개인용게임콘솔시장에서의활동은아직까지미미한상황에그치고있다. 반면, 국내의 3D 솔루션은휴대용전화기에접목되어해외업체와는차별화된형태로발전해오고있다. 가. 모바일 3D 그래픽칩 Zodiac TapWave ARM9 32bit 200MHz ATI Imageon W4200 graphics accelerator camera MP3, Stereo Bluetooth 지난 2005년한해동안국내에출시되어진각종 3D 게임용이동통신단말기는 1M Polygons 정도를지원하는수준으로개발진행되어졌다. 현재, 추가 Enhancement를위해계속적으로개발이진행되고있다. 다음표는국내 H/W 3D를지원하는폰과서비스현황이다. Focus On 3D 그래픽칩 _37

< 표 2> 국내게임폰및모바일 3D 그래픽프로세서현황 주요동향 6xxx SCH- 삼성 Qualcomm 일본 Takumi MP3 CDMA G100 MSM 사의 Gshark 3D IP 6xxx 앞으로의성장가능성을보았을때게임폰및멀티미디어휴대폰의국내 시장은매우커질수있으며이러한현상은 Wibro 나 HSDPA같은고성능 데이터통신서비스가실용화되면서더욱가속화될것으로보여진다. 그 러나위의표에서알수있듣이국내에서판매되고있는개임폰들의 GPU 및 MPU 는모두외국기업의제품이며국내의기업들은기술및노하우의 장벽으로인하여쉽게진입하기힘든실정이다. 기업명 SK- Teletech MPU Qualcomm MSM 6xxx 3D GPU Renesas SH-Mobile 3D IP 팬텍 & 큐리텔 Qualcomm MSM 6xxx Mtekvision Cubic3+ Samsung Qualcomm MSM 일본 Takumi 사의 Gshark 6xxx 3D IP Samsung Qualcomm Gshark MSM 6xxx GPang KV3600 LG Qualcomm ATI Imageon MSM 300 Multimedia 통신 MP3 CDMA MP3 CDMA MP3 CDMA DMB/MP3 CDMA MP3 CDMA Conversion되어서비스가실시되었으며, 그라비티의라그나로크, Nexon 의마비노기와카트라이더등이그대표적인예라고할수있다. 그러나 GXG 및 GPANG의도입초기의기대와는달리게임전용 Phone의판매부진과 Phone의통화품질저하등에대한불만증가로인하여, 막대한비용으로개발되어진각종 Mobile 게임기및 Contents들이사장위기에놓여있다. 결론적으로 GXG 와 GPANG이 Hardware 기반의고사양 3D 게임의서비스를목표로하였으나, PC 기반의화려한 3D 이미지에젖어있는소비자들의눈높이를맞출수는없었다는것이전문가들의의견이다. 3. 국내외표준화현황 1) 기술발전추세 구분제품명 IM- 8300 PH- S6000 GXG SCH- 국내 G100 제품 / 서비스 SCH- 현황 B300 나. 모바일게임서비스 3D 게임에대한사업자들의서비스는 2002년부터시작되었으며, Software Rendering 수준의 (600K 이하수준 ) 제품이대부분이었기때문에, ARM CPU를활용하여 3D 게임을구동하는초보적인수준이었다. 이당시에는고미드와리코시스등국내 Venture 기업의 Solution을기반으로서비스가진행되었다. 반면, 본격적인 Mobile 3D 서비스의시작은 2005년중반이후에시작되었으며, KTF 진영의 GPANG과 SKT의 GXG 가상호경쟁구도에서서비스를시작하였다. Network 기반의유명 PC 게임들이 Mobile 게임으로 3D 기술의관건은얼마나많은 Polygons을짧은시간에 Rendering할수있는가가가장중요한검증 Factor라고할수있다. 현재 PC 상에서의 3D Rendering Performance를 Portable 환경에서도충분히구현할수있다. PSP 가그대표적인예로 2010년이전에는 Mobile 상에서도현재의 PC급에서지원되는 Graphic Performance 이상의성능이확보가가능할것으로예상된다. 2) 표준화동향 JSR-184 와 OpenGL_ES 두가지표준이가장널리사용되고있다. 두표준은태생이다른반면, 공용 API 의개발이라는개발방향은동일하다. 현재시장에서는 JAVA Base의 JSR-184 비해서 C Base의 OpenGL_ES가속도측면에서확실히우수한 Solution으로받아들여지고있으며, 이를기반으로한여러제품군이출시되고있다. JAVA VM 및각종 JAVA 관련 Application 의적용범위가얼마나확대될것인가에따라 JSR-184의적용성에많은영향을미칠것으로생각된다. 현재, OpenGL_ES가상대적으로우위에있는 Solution으로인식되어지고있으나, 장기적으로는 JSR-184의적용성도점차로늘어날것으로전망된다. 위에서도언급한바와같이표준화활동은계속적으로이루어지고있으 38_ IT SoC Magazine

며, 특히 Khronos의활동이두드러진다고할수있다. Khronos의경우에는그들의 OpenGL_ES Spec을보다널리알리기위한방안으로 Khronos University란제목의정기적인 Conference를게임 Contents 업체들을상대로진행하고있으며, 그회수및대상을점차적으로확대해가고있다. 단말기에서수행됨을의미한다. 더욱이온라인에서수행되는모든컨텐츠들에대한호환성이담보되어야하기때문에그에부합하는고성능 MPU, GPU 은필수적요소로예상된다. 또한, 통신, 인터넷, 방송의통합단말기형태로발전하기때문에그중요성은더욱더커져간다. < 그림3> 멀티미디어발전동향 Khronos Group에서의 Khronos University는회원들간의정기적인아이디어공유의장으로도활용되어지고있으며, 회원사간의신규아이디어의공유를통하여 Feature Enhancement의한가지방법으로활용하고있다. 또한정기적인미팅을통하여 3D 의방향에대하여주기적으로의견을나누고있다. < 그림 2> Khronos 회원사 List Contributor Member List 휴대인터넷의발전은모바일단말기를통한휴대용인터넷에큰변화를가져올것이며, 높은전송속도로인해이동하면서디지털인터넷 TV 를시청할수있게될것이다. 또한, DMB 방송, 양방향 TV, 온라인게임등을즐길수있으며, 휴대폰의고유기능인음성통신도 VoIP 서비스에대한수요증가로시장을형성할것이라보여져그잠재시장은 < 그림 4> 의휴대폰시장발전이상으로발전하리라예견된다. Promotor Member List < 그림 4> 휴대폰시장동향 4. 시장동향 휴대인터넷의발전은 < 그림 3> 과같이데이터전송속도에있어서획기적인증가를가져올수있으며, 이는다양한멀티미디어서비스가하나의 Focus On 3D 그래픽칩 _39

또한휴대인터넷은유선초고속 / 무선랜보다는이동성에서강점을가지며, 이동전화무선인터넷보다전송속도, 요금, 컨텐츠에서확실한우위에있으며, 위성 DMB 에비해양방향성에서강점을가지고있어사업개시이후 5년시점에서가입자 890 만명, 매출 3조원이상의시장을형성, 정체된통신시장에새로운성장엔진역할기대되고있다. 무선인터넷시대는곧무선온라인게임의활성화를의미한다. 이시장은현재 PC 를중심으로한온라인게임시장을그대로대체하여확대발전할것이어서, 그경제적파급효과는무한하다고볼수있다. 그러므로그핵심부품의시장규모는기존의 < 그림 5> 와같이휴대폰중심에서발전된미디어프로세서의시장을훨씬능가하리라판단된다. < 표 3> 디지털컨텐츠세부시장규모 구분 게임애니메이션디지털영상정보콘텐츠 e-learning 디지털음악전자출판계 04 년전체 2,070,808 220,965 586,990 536,681 583,790 201,413 67,990 4,268,637 03대비 04년 05년 전년동기대비 04년성장률 상반기 상반기 성장률 38.4% 18.4% 31.1% 3.7% 18.0% 8.9% 0.8% 24.6% 975,351 90,375 277,059 267,804 274,381 91,240 45,757 2,021,967 1,118,366 77,889 338,917 273,365 300,989 100,590 48,343 2,258,459 * 디지털컨텐츠산업의시장및산업동향보고서 (2006. KETI) ( 단위 : 백만원 ) 14.7% -13.8% 22.3% 2.1% 9.7% 10.2% 5.6% 11.7% < 그림 5> 멀티미디어휴대폰의성장과미디어프로세서시장전망 < 표 4> 게임기시장 구분비디오게임모바일게임 PMP 전체 ( 합계 ) 세계국내세계국내세계국내세계국내 년도 단위 : 백만불 2004 2005 2006 2007 2008 17,078 186 1,504 145 120 3 18,702 334 17,706 214 2,249 198 278 35 20,233 447 21,424 268 3,192 238 721 108 25,337 614 24,414 321 4,209 281 1,068 126 29,691 468 26.855 391 5,555 340 1,574 136 33,984 867 ( 자료출처 : 게임백서 2005, 전자신문 (050519), IDC(2004)) 국내멀티미디어컨텐츠시장은인터넷보급을계기로급격히증가하게되었다. 또한 < 표 3> 에서와같이멀티미디어컨텐츠시장의확대는동영상, 그래픽, 오디오등모든분야에서고르게진행되고있는것이특징이다. 이는소비자의컨텐츠에대한요구가다양화, 고급화되고있음을반증하는것으로서, 본과제에서개발되는부품이직접적으로시장에서사용되는요건이기도하다. 개발되어질 MPU 와 GPU 가탑재될휴대게임단말기에서는다양한멀티미디어가 PC 수준으로연출이가능하여, 컨텐츠시장의확대로이어질전망이며, 그시장의규모가폭발적이리라판단된다. < 표 4> 는국내및세계의휴대폰과게임기시장규모현황및전망을분석한자료이다. 현재얼마나시장이성장한상태이고앞으로시장이얼마나지속적이고크게성장할지를보여주고있다. 40_ IT SoC Magazine

( 주 ) 코아로직 : 3D 그래픽칩 HERA 3D(CL85425) 이석중 _ 연구소장 1. 귀사의 3D그래픽칩-HERA 3D를간략하게소개해주세요. HERA 3D는코아로직 MAP(Multimedia Application Processor) 제품군중 HERA 시리즈를기반으로설계된 3D 그래픽가속 SoC 로 HERA 시리즈가지원하는캠코더, 오디오플레이어및디지털카메라등의기존모바일멀티미디어기 HERA 3D 능과융합하여 3D 그래픽관련기능을제공합니다. HERA 3D 는 3D 파이프라인을완전하드웨어로구현한고성능저전력 3D 그래픽가속칩으로현재개발된버전은 0.13μm 공정을기반으로하며, 평균전력소모는 125mW/s 에불과합니다. 현재평균 1M/s 폴리곤 (polygon) 처리속도의 CIF 급화질을제공하며, 2006년하반기에 5M/s 폴리곤처리가가능한 VGA 급고화질제품을출시할예정입니다. 특히 HERA 3D는모바일 3D 관련업계유력표준인 OpenGL-ES 1.1 및 JSR184 사양과호환하며상용컨텐츠가요구하는수준의 lighting, texture mapping, color blending 등을모두지원합니다. 코아로직은 HERA 3D 칩과더불어 HERA 3D 가속 OpenGL-ES 1.1, JSR184 엔진을자체개발하였으며, 3D 게임제작을위한 SDK(Software Development Kit) 까지제공할예정입니다. 2. HERA 3D의장점과앞으로보완해야할점은무엇인가요? 현재시장에출시되어있는대다수의 3D 그래픽엔진들이순수소프트웨어기반이거나 3D 파이프라인중일부만을하드웨어로구현하여성능은물론전력소모등에서한계를가지고있습니다. 코아로직의 HERA 3D는 primitive를 rendering하는 rasterization unit은물론 matrix/quaternion, clipping 연산을포함한 geometry unit까지모두하드웨어로구현하여전력소모가낮고컨텐츠제약없이빠른성능을제공할수있습니다. 또한코아로직의검증된 SoC 설계기술을바탕으로설계되어하드웨어 MPEG4을포함한기존코아로직의 HERA 시리즈가제공하는모든멀티미디어기능을통합하고있음에도불구하고칩크기가매우작은장점을가지고있습니다. 앞서언급하였지만, 코아로직은 HERA 3D 개발시칩뿐만아니라이를기반으로하는 OpenGL-ES 1.1 및 JSR184 엔진을개발하였습니다. 다시말해, 하드웨어와소프트웨어모두를자체기술력으로 codesign함으로써리소스의적절한분배, 안정성및성능최적화등을달성하였습니다. 코아로직은특히 3D 컨텐츠중에서가장시장성이높은게임타이틀에대한원활한확보가제품의가치를극대화할수있다는판단아래, 초기시장에서컨텐츠제공업체와의원활한협력을위해 Khronos 주관 OpenGL-ES 1.1 및 JSR184 TCK 인증획득을동시에추진하고있습니다. 또한모바일게임용 SDK 를자체개발하여 2006년하반기에출시할예정입니다. 이로써 HERA 3D는토털솔루션형태로휴대폰개발자에게제공되어단말기제조사는물론컨텐츠제공업체의타임투마켓을가속화시키는동시에고성능고품질서비스를제공할수있는고성능멀티미디어모바일기기의개발을가능하게해줍니다. 이외에도코아로직은현재 SVG 및 OpenVG 등과호환되는벡터그래픽 (vector graphics) 하드웨어가속기 IP 를개발하고있습니다. 이 IP 는 rasterizer를 3D 그래픽하드웨어가속기와공유하는구조를가지고있으며, 코아로직은이를적용하여 3D 그래픽과벡터그래픽을동시에지원하는제품을곧출시할예정입니다. 뿐만아니라코아로직은 3D 그래픽가속칩자체의성능을업그레이드를병행하여 5Mpolygons/s 처리능력의 VGA 급화질을지원할예정입니다. 이를위해서데이터패싱을위한고속메모리대역폭 (band-width) 과 3D 그래픽가속기의병렬처리가필요하기때문에코아로직은효율적인구조의그래픽전용멀티-레이어버스, 그래픽전용고속메모리채택, 3D 파이프라인구조의최적화및병렬화등을적극연구하고있습니다. 한편, 코아로직은 HERA 3D에이은차세대제품으로 Vertex/pixel shader 기능이추가된한층진화된모바일 3D 그래픽칩을개발, 공급할예정입니다. 3. 그래픽프로세서기술에서가장중요한요소는무엇이며, 귀사는그요소를확보하기위해어떤노력을하고있습니까? 3D 그래픽은동영상, 오디오등기존멀티미디어와몇가지차별적인부분이존재합니다. 첫째, 3D 그래픽은매우복잡하고다양한대규모의산술연산이필요하기때문에컴퓨팅파워가기존의멀티미디어보다월등히높아야합니다. 또한메모리사용량이많을뿐만아니라높은메모리대역폭을요구합니다. 현재휴대폰 3D 그래픽시장에대한기대감이매우큼에도불구하고시장이크게열리지못한가장큰이유중하나가바로이러한기술적난점때문입니다. 특히 3D 가속기의처리능력만큼이나효율적인데이터패싱을위한메모리대역폭이성능에많은영향을미칩니다. 이를해소하기위해서전용고속메모리및전용멀티-레이어버스를사용하는방법등을적용할수있으나칩단가상승압박이크기때문에트레이드오프를잘고려해야합니다. 현재코아로직은 3D 가속기자체의파이프라인최적화및병렬화와더불어메모리대역폭향상을비중있게고려하고있습니다. 둘째, 3D 그래픽은기존멀티미디어와달리컨텐츠자체가프로그램가능하기때문에범용성과가변성을모두염두에두어야합니다. 이러한범용성과가변성, 즉하드웨어효율성은상충되는부분이존재하기때문에코아로직은효율적인구조를개발하기위해단순히하드웨어디자인에머무르는것이아니라소프트웨어 / 하드웨어 co-design에주력하고있습니다. 셋째, 3D 컨텐츠중가장큰비중을차지하는게임의경우, 게임엔진의성능뿐만아니라다양한게임타이틀확보가역시소비자의구매를결정합니다. 그러나게임은기존의컨텐츠와는다르게게임단말기개발자와게임개발자간호환성을유지하는것이훨씬어렵기때문에업계표준에민감합니다. 따라서코아로직은 OpenGL-ES나 JSR184와같은공신력있는 3D 관련엔진표준획득및게임컨텐츠개발에편리한 SDK 개발에도주력하고있습니다. 이처럼 HERA 3D는가장하위인하드웨어에서부터최상위인 SDK 까지다양한수준에서최적화를고려하고있기때문에보다효율적이고일관성있는토털솔루션을제공할수있습니다. 4. 현재휴대용게임기등이많이확산되고있습니다. 향후그래픽프로세서시장전망과이에따른귀사의전략이나비전에대해말씀해주시기바랍니다. 휴대용게임기시장은소니의 PSP와같은성공사례가존재하나아직까지는 200~400MHz로동작하는 PDA 나 PMP 급시장에머물러있습니다. 휴대폰분야역시몇몇제품이출시되기는하였으나매우저조한편입니다. 그러나국내온라인게임의성공사례처럼부가가치가월등한게임산업의특성상휴대용게임기시장에대한기대는매우크며앞서언급한몇몇기술적난관이해결되면카메라 동영상 DMB 를뒤이어모바일멀티미디어시장의새로운킬러애플리케이션으로급부상할것입니다. 3D 그래픽은기존멀티미디어와달리월등히높은컴퓨팅파워를요구하는동시에컨텐츠의호환성유지가중요하기때문에하드웨어 / 소프트웨어간유기적설계, 표준화, 게임컨텐츠의생산성향상등을제고해야합니다. 3D 그래픽분야는어떤분야보다도진입장벽이높으며체계적이고다각적인접근이필요합니다. 현재 3D 그래픽은 NVIDIA 와 ATI 가 PC 시장을양분하고있으나모바일 3D 그래픽의경우시장이어느누구에게도선점되지않은상황이라새로운강자가나타날수있는가능성이큽니다. 또한휴대폰은디지털컨버전스 (digital convergence) 경향이가장두드러진분야로 3D 그래픽이외에도다양한멀티미디어서비스가융합된형태로제공되어야제품경쟁력을확보할수있기때문에모바일멀티미디어 SoC 설계분야에서시장에서검증된제품과기술을확보하고있는코아로직은충분한경쟁력을확보하고있다고할수있습니다. 특히코아로직은 3D 그래픽과관련하여자체적으로하드웨어, 소프트웨어엔진, SDK 개발팀을동시운용함으로써체계적이면서도효율적인솔루션개발에주력하고있습니다. 코아로직은현재 3D 업계의표준인 OpenGL-ES는물론다운로드가가능한 Java 게임을위한 JSR-184 등 HERA 3D 기반의다양한엔진을확보하였으며, 2006년 5Mpolygons/s 성능의 VGA 급 3D 가속칩및 3D 그래픽과벡터그래픽가속기능을통합된칩을개발, 출시할예정입니다. 이외에도최근에대두되고있는차세대모바일 3D 그래픽엔진인 Programmable Shader에대한선행연구도병행하고있습니다. 코아로직의비전은 90 년대중반데스크탑에서군림하던 Intel이라는거인을제치고모바일이란미개척지에서신흥황제로부상했던 ARM 사처럼 2010년이전에 ATI, NVIDIA 를제치고모바일 3D 그래픽을포함한모바일멀티미디어 SoC 분야에서세계선도기업으로도약할것입니다. www.corelogic.co.kr Focus On 3D 그래픽칩 _41

( 주 ) 넥서스칩스 : 3D 그래픽칩 Gi-Pump 이덕명 _ 연구소장 1. 귀사의 3D 그래픽칩 - Gi-Pump 를간략하게소개해주세요. ㄜ넥서스칩스의 Gi-Pump 는모바일전용 3D그래픽가속칩솔루션으로서, 휴대폰, PMP 단말기등과같이저전력 / 고성능이요구되는임베디드환경에최적화되어개발된제품군입니다. Gi-Pump 는 3D 그래픽업계표준인 OpenGL ES, GIGA 등과 WIPI, WinCE 등을모두지원하는토탈솔루션으로서제공하는것을기본으로하기때문에, 개발자에게는단말기개발에필요한모든칩솔루션을제공하고, 최종사용자에게는차별화된양질의그래픽컨텐츠를제공하는것이가능하게됩니다. Gi-Pump 제품군은단말기의다양한종류에맞추어기능과성능별로차별화되어진제품들로구성되어있습니다. 현재, Gi-Pump NX1004, NX1005, NX1008이출시되어양산되고있으며, Gi-Pump NX1009는 2006년 6월, Gi-Pump NX1007은 2006년 8월에출시될예정입니다. 2005년 1월에업계최초로 1M Polygon/s 이상의 3D 그래픽성능을구현한 Gi-Pump NX1004를시작으로, 2006년 1월에는 5M Polygon/s 급의 Gi-Pump NX1005( 사진참조 ) 개발에성공하여, 현재양산중입니다. Throughput, 디스플레이, 그래픽라이브러리, 플랫폼, 게임엔진, 컨텐츠등하드웨어, 소프트웨어에걸친복잡하고난이도높은단일기술들이정해진표준들과함께연산및정보흐름의누수없이배분되고집적되었을때에비로서그가치가인정된다는특징이있습니다. 모든단계에걸쳐중요하지않은기술이없지만, 현재임베디드환경에서의그래픽프로세서개발이직면하고있는기술의중요도관점에서는다음몇가지의기술요소들이있습니다. 먼저그래픽품질의유연성입니다. PC 환경에서의그래픽프로세서는 Vertex, Fragment Shading 기술등을도입하여하드웨어가속의단점인그래픽처리의유연성을확보하고있습니다. 임베디드환경에서도그러한도전은이어지리라생각됩니다. 현재ㄜ넥서스칩스는그래픽유연성을담아내기위한코아개발을마치고, 다양한검증절차를거치고있습니다. 또한최근공개적인플랫폼이점차확산되고있어, 그에부합하는그래픽프로세서의개발이시급한형편입니다. 이러한상황은 Wibro, HSDPA 등무선인터넷서비스를기점으로더욱더가속화되고있습니다. 이를위해서는개발초기부터플랫폼회사와의정보및기술공유가필수적이며, ㄜ넥서스칩스가현재개발중인그래픽프로세서는플랫폼및단말기개발회사와의공동개발로그호환성을담보하고있습니다. 2. Gi-Pump의장점과앞으로보완해야할점은무엇인가요? 무엇보다도 3D 그래픽처리성능면에서그첫번째장점이있습니다. Gi-Pump 의 3D 그래픽엔진은 Hardwired 방식으로최적화되어설계되어져있고그래픽전용메모리를사용하기때문에그연산속도가최대초당 5M 폴리곤에이릅니다. 특히, 실제컨텐츠탑재시성능열화를가져오는 Clipping, Lighting 등의상황에서도그성능저하가상대적으로적은것이큰장점입니다. 둘째, 그래픽의화질에크게영향을미치는텍스쳐매핑에있어서 Mipmap, Bilinear, Trilinear, Compressed 방식등다양한알고리즘을구현함으로써대폭적인화질향상을실현했습니다. 셋째, Hardwired 아키텍쳐로설계된 Gi-Pump 는 100MHz 미만에서도 5M 폴리곤 / 초가가능하므로클럭에따른전력소모를최소화할수있습니다. 그밖에도 Power Management 블록을임베디드상황에맞게반영되어, 전력소모를탄력적으로제어할수있습니다. 넷째, 그래픽가속엔진이외에 3M pixel 급 CCP(Camera Controller Processor) 하드웨어코아를내장하여카메라폰에도직접적으로적용할수있습니다. 끝으로그래픽가속기능및성능을결정짓는요소는 Chip과함께제공되는 API, 그래픽라이브러리, 드라이버등의 S/W 등도시장의요구에맞게최적화되어야하기때문에기개발된 IP 를도입하여 3D 칩을개발하는업체는빠르게변화하고시장에대응할수없습니다. 컨텐츠와가속칩과의관계은서로선순환을형성하여발전하는관계이지만, 현재의초기도입단계에서서로악순환을이루는경향이있습니다. 선순환적인발전으로이동을하기위해서 Gi-Pump 솔루션에다양한컨텐츠개발회사들과의전략적인마케팅을통해컨텐츠및게임솔루션의역량을강화하고있습니다. 3. 그래픽프로세서기술에서가장중요한요소는무엇이며, 귀사는그요소를확보하기위해어떤노력을하고있습니까? 그래픽프로세서의기술은코아아키텍쳐, Fab. 공정, 메모리 4. 현재휴대용게임기등이많이확산되고있습니다. 향후그래픽프로세서시장전망과이에따른귀사의전략이나비전에대해말씀해주시기바랍니다. 휴대폰을시작으로휴대용게임기를포함한모든휴대단말기는휴대용이라는공간적, 전기적으로제한된자원내에서다양한멀티미디어기능을융합하고또성능향상을위한방향으로기술진화하고있습니다. 하지만, DMB, 3D 그래픽등의멀티미디어분야는아직도추가칩셋에의존하고있는형국입니다. 이는 PC 의그래픽카드발전사와많은부분에서유사성을띨것으로보입니다. 물론, PC 와는달리포터블기기의임베디드환경때문에그래픽프로세서는융합의중심에위치하지만독립적인방향으로만고집하지는않을것이라판단되어집니다. 이러한관점에서본다면, 최근소니사의 PSP나마이크로소프트의고성능포터블게임기출사표는큰이정표가되고있습니다. 이들게임기및게임에내장된그래픽프로세서의기능을살펴보면, 정해진멀티미디어기능의탑재이외에도표면적으로는 3D 그래픽가속성능이 PC 수준에육박하며, 이를위해서 Embedded DRAM과벡터형부동소숫점연산기등을내장하고있습니다. 하지만, 여전히 Shader 를근간으로하는그래픽가속엔진의유연성에대한도전을받고있어, 향후그래픽 Throughput 향상과기능통합의도전으로이어질것으로보입니다. 다행히국내에서도 Wibro 서비스를앞두고 Wibro 전용게임단말기개발에박차를가하고있어온라인게임의세계적인리더쉽을이어갈수있는좋은인프라가될것입니다. 하지만, Wibro 게임단말기등을시작으로플랫폼이보다더공개적인방향으로이동할것이고, 이에따라기존 PC 용그래픽프로세서생산업체인 ATI, nvidia의본격적인시장진입시도가예상되어집니다. ㄜ넥서스칩스는확보된 Gi-Pump 기술을바탕으로 Wibro 전용게임단말기개발사와개발초기단계부터그래픽프로세서에대한공동개발을진행하고있으며, 연내에 PSP 급성능의그래픽프로세서가출시될예정입니다. 아울러, 출시될그래픽프로세서는 PSP 등에서부족하였던그래픽유연성을담보할아키텍쳐를채용하였으며, 온라인게임을지원할플랫폼표준에도호환할수있어, 컨텐츠수급에도획기적인전기가되리라기대하고있습니다. 이는우리나라가디지털시대, 모바일시대, Ubiquitos 시대의주도권을유지할수있는기본멀티미디어플랫폼중의하나로제역할을다할것입니다. www.nexuschips.com 42_ IT SoC Magazine

( 주 ) 매직아이 : 3D 그래픽칩 VRender 3D 강태원 _ 연구소장 1. 귀사의 3D그래픽칩 -VRender 3D를간략하게소개해주세요. 휴대기기 / 임베디드용 3D SoC 제품인 VRender 3D는퍼스널네비게이션, PMP, PDA, 휴대용게임기등포터블기기에적합하도록 CPU, 3D 그래픽프로세서, 사운드, 이미지프로세서, VRender 3D MPEG4 비디오디코더및관련인터페이스회로를통합한시스템원칩솔루션입니다. VRender 3D는초당 100 만폴리곤의 3D 렌더링을지원하며, MPEG4 비디오를 720*480 해상도로재생가능합니다. 개발완료후일본유명게임업체에서채택하여사용된바있으며, 2005년 11월에공식적인런칭을한후로국내유명전자업체의에어컨 GUI (Graphic User Interface) Panel과휴대용네비게이션에적용되고있습니다. 2. VRender 3D의장점과앞으로보완해야할점은무엇인가요? VRender 3D는하드웨어코어내장으로우수한 3D그래픽성능과저전력소비에서강점을갖고있습니다. 대부분의 3D 그래픽칩은 Floating Point CPU 와높은소비전력을요구하는데반해 VRender 3D 는별도의 Floating Point 벡터연산기를내장하고있기때문에 Fixed Point CPU환경에서도저전력으로고성능의 3D 그래픽기능을수행합니다. 특히매직아이가독자적으로개발한 3D 그래픽엔진은 Programmable한 Geometric을통해 CPU 도움없이 3D 연산을수행할수있도록되어있으며, 이를바탕으로다양한 Visual Effect를가속할수있으며, 다양한 System환경에서도최대성능에근접한성능을만들어낼수있도록되어있습니다. 또한메모리뱅크가 3개로 DDR SDRAM 메모리를지원하기때문에최대 2GB/sec 메모리 bandwidth를갖는데. 이것은 MPEG4 비디오, 3D 그래픽, 외부비디오기능, 고화질디스플레이등높은메모리 bandwidth를요구하는시장의요구에대응할수있습니다. VRender 3D 는 display 기능이뛰어납니다. 4개의 display layer가동시에동작할수있기때문에그래픽과동영상, 커서, 백그라운드가한화면에동시에 display 가능합니다. 예로, DMB 방송과네비게이션을한화면에동시에볼수있으면서, 메뉴아이콘도작동시킬수있는것이지요. 현재 VRender3D는 0.18um공정을이용하여개발이되었습니다. 그러다보니, CPU 의성능이다소부족하며, 매직아이에서이미갖고있는 Multi-Format Video Codec을적용하지못하고, MPEG4 Simple Profile만 Decoding할수있어, 다양한 Multimedia를지원하는데있어, 자사의 MMSP2 Series에비해다소부족한면이있습니다. 그러나, 조만간매직아이에서는강력한 Multimedia를지원하는 MMSP2와 VRender3D의부족한점 들을개선하고통합한차세대 Chipset을시장에제공할예정입니다. 3. 그래픽프로세서기술에서가장중요한요소는무엇이며, 귀사는그요소를확보하기위해어떤노력을하고있습니까? 최근 3차원그래픽가속기는 3차원게임시장성장과함께성능이발전하여, 3차원그래픽가속기의폴리곤처리관련성능은현재의 3차원게임들을지원하기에충분하기때문에, 이러한폴리곤처리관련성능을향상시키는연구보다는영상을사실적으로표현하기위한실감기법에대한연구개발이중요시되고있는추세입니다. PC환경에서는 Shader라는기술이이미보편화된상태이며, Embedded환경에서도 Shader를지원하는 OpenGL ES v2.0이이미공개된상태입니다. Shader라는기술은 3D의고정된 Graphic Pipeline에서 Programmable한 Pipeline으로의변경을의미하며, 이를통해, 각각의 Polygon을구성하는 pixel을프로그램가능하게함으로써영상의사실감을극대화하는기술입니다. 이미, 매직아이에서는 VRender3D에 Programmable한 Floating Vector Engine을적용하여, 일부 Shader기능을적용한상태이며, 보다나아가 Pixel 단위의 Shader개발을위해수년간기초기술확보에주력을했습니다. 그결과로, 재구성과병렬화가가능한독자적인 Pixel Shader의아키텍쳐를개발완료했으며, 지금은빠른시일내에상용화하기위해, 제품개발작업을진행하고있는상태입니다. 특히, 매직아이의새로운 Core의경우파워, 성능에따라 Core 를재구성할수있도록설계가되어있어, 고해상도및고성능를요구하는시장과저전력을요구하는시장에모두대응할수있습니다. 4. 현재휴대용게임기등이많이확산되고있습니다. 향후그래픽프로세서시장전망과이에따른귀사의전략이나비전에대해말씀해주시기바랍니다. 모바일기기와같은임베디드시스템에서 3차원그래픽프로세서기술은그적용범위가점차확대되고있으며멀티미디어기능을위한핵심기술로자리를잡고있습니다. 초기시장에서는게임과같이 Content에의존적인시장에진입하여게임폰, 휴대용게임기와같은제품에접목이되었으나최근들어, Microsoft사의 Vista와같은차세대 OS에서는 GUI (Graphic User Interface) 를 3D 기능을이용하도록되어있으며, OS 의기본사양으로써 3D 가속기능을요구하고있습니다. 그리고, 이미 VRender3D가백색가전에 GUI Control Panel에적용된바와같이 Content에의존적인시장에서앞으로는사용자와정보를주고받기위한수단으로써, 3D 기술이보편적으로사용이될것입니다. 모바일시장뿐만아니라, 산업전반에다양한용도로 3D 기술이적용되기때문에, 위에서언급한바와같이저전력동작을기반하에, 시장에맞는성능을내기위한재구성가능한구조의 3D Engine기술을지속적으로개발할예정입니다. www.mesdigital.com Focus On 3D 그래픽칩 _43