지난 13 일 GeForce 6800 Series 를전세계적으로출시했던 NVIDIA 에게지난 2 년은악몽과도같은시간이었을것이다. GeForce256 출시이후그래픽카드계의지존으로군림했던 NVIDIA 가기존의성능위주의제품군에서탈피하고자새롭게시도했던 GeForce FX Series 는 NVIDIA 의성장에발목을잡았다. 그사이경쟁이될수없을것같았던전통의명가 ATI 는 R300 Series 를내놓으며시장을역전시켰을뿐만아니라, 이에탄력을받아자사칩셋의범위를메인보드플랫폼, DTV 영역까지확장시켰다. 지난 23 일코엑스딥블루에서열렸던 GeForce 6 Series 발표회중 그러나부자는망해도 3 년은간다했던가? 적절한비유는아닐지라도 NVIDIA 는와신상담하며새로운 Series 를준비했고마침내 2004 년새로운정상의탈환을위한초절정슈퍼울트라스펙타클그래픽카드를내놓았다. 오늘우리는 NVIDIA 가이번신제품을내놓으면서발표한신기술과 GeForce 6 Series 에적용된아키텍쳐를 NVIDIA 의문건을통해살펴보고, Darkcrow 에입수된 GeForce 6800 Ultra 의실제모습과 3D 성능을확인해볼것이다. 글의순서는아래와같다. Introduction to GeForce 6 Series GeForce 6 Series - Superscalar, Rotate-Grid Antialiasing NVIDIA HPDR Technology CineFX 3.0 I - Vertex Shader 3.0 CineFX 3.0 II - Pixel Shader 3.0 GeForce 6800 Ultra Setup for Testing 3D Performance 3D Permance I 3D Performance II Final Word
NVIDIA GeForce 6 Series 는고품질이미징의성능과정밀도를보다높여, 개발자들이놀라운실시간효과를낼수있도록한다. 이차세대 GPU 는사이클당더많은연산을지원하는혁신적인슈퍼스칼라아키텍처를도입하여이미지효과의수준을높이는반면, 품질과속도간트레이드오프를할필요없게해준다. GeForce 6 Series 는모든파이프라인에 32 비트부동소수점을완벽하게지원함으로써 128 비트컬러시네마틱이미지를만들어낸다. 프로그래머들은메모리를보다효율적으로사용하고자할경우에는 16 비트포맷으로, 액션혹은주요장면처럼보다선명하고강력한효과를원할경우에는풀 (full) 정밀도로쉽게전환할수있다. GeForce 6 Series 아키텍처의일부이자 Light & Magic(http://www.openexr.com) 의 OpenEXR 표준에기반한새로운 NVIDIA HPDR (High-Precision Dynamic-Range) 기술은정적화질과동적화질모두를한층향상시켜준다. NVIDIA HPDR 을사용하면동작은자연스러워지고텍스처디테일은증가한다. GeForce 6 Series 제품은유효서브픽셀커버리지값을보다많이지원함으로써폴리곤에지 (polygon edge) 를지원하는새로운회전그리드안티앨리어싱시스템도포함하고있다. 따라서폴리곤에지를보다선명하고또렷하게해주는정교한픽셀컬러표시가가능하게되었다. 여기에서는 NVIDIA GeForce 6 Series 아키텍처, 첨단화질, 그리고이제품이지원하는효과및기법을살펴보고자한다. 슈퍼스칼라설계 NVIDIA GeForce 6 Series 는사이클당실행연산수를두배로증가시켜주는혁신적인쉐이더아키텍처를기반으로한다. ( 그림 1, 2 참고 ) 픽셀당쉐이딩유닛이 2 개이기때문에어떤사이클에서나 2 배로증가된픽셀연산을제공한다. 이러한성능향상으로수많은복소수계산과픽셀연산이가능해졌다. 따라서급변하는게임환경이나다른실시간인터랙티브애플리케이션에서새로운차원의정교한이미지와뛰어난비주얼효과를실현할수있게되었다. GeForce 6 Series 아키텍처는쉐이더유닛 2 개와함께진정한의미의듀얼프로세싱 ( 서로다른쉐이더유닛에서두개의명령어가같은사이클에서실행 ) 을지원한다. 일부설계자들은동일사이클내에서 2 개명령어를지원할수있다고주장함으로써단일쉐이더논스칼라설계의위상을높이려하지만, 이두접근방식은매우다르다. 단일쉐이더아키텍처의경우,
동일쉐이더유닛에서명령어 2 개만실행되며 ( 그림 3 참고 ) 이명령어들은동일워드혹은픽셀의컴포넌트에서작동한다. 반면, GeForce 6 Series 아키텍처는픽셀컴포넌트에서수행되는수학적계산을위해더많은트루풋을제공한다. 각사이클에서듀얼쉐이더유닛은사이클당명령어를최대 4 개, 픽셀당연산을최대 8 개까지실행할수있다. Note : 명령어 (instructions) 는하드웨어에제공되는명령 (commands) 으로, 한픽셀의여러컴포넌트에서작동할수 있으며다수의연산을요한다. 연산 (operations) 은명령어실행을위해수행되는수학기능을말한다. GeForce 6 Series 아키텍처는트루풋을향상시켜줄뿐아니라프로그래밍융통성을높여준다. 픽셀컴포넌트는하나씩개별적으로, 혹은연산당 2, 3, 4 개컴포넌트로구성된그룹으로동작할수있다. 그룹핑을정의하는이러한기능은여러프로그래밍신기법을지원하며다음세대를버전을구성할복소수수학연산의속도를높여준다. 요약하자면, 슈퍼스칼라아키텍처는픽셀당 4 개의명령어와 8 개의연산을처리할수있다. ( 기존아키텍처에서는명령어 2 개, 연산 4 개처리 ) < 그림 3> 은기존의아키텍처 ( 그림좌측 ) 에서는각연산의픽셀부품그룹핑이한정되어있기때문에한사이클에서픽셀당명령어를 2 개밖에처리하지못하는이유를보여준다. 반면 NVIDIA 의슈퍼스칼라아키텍처 ( 그림우측 ) 에서는픽셀컴포넌트의그룹핑시충분한융통성을발휘하여각사이클에서픽셀당명령어를 4 개까지처리할수있다. 새로운효과의시대 새로운 GeForce 6 Series GPU 의슈퍼스칼라아키텍처는다양한이미징연산과효과측면에서속도와정밀도를크게높여준다. 이는네이티브 32 비트파이프라인및이미징발전을통해가능해졌다. 실시간애플리케이션과게임에서처음으로각종연산이실용화되면서 ( 텍스처필터링, 고도의다이나믹레인지효과, 심도, 블러, 16x 이방성필터링 ), PC 에사실감과시네마틱리얼리즘을제공할수있게되었다.
32-Bit 네이티브 GeForce 아키텍처는개발자들로하여금각이미지나장면에적합한정밀도레벨을선택할수있게해준다. 이제선택은더쉬워졌다. 풀 32 비트부동소수점정밀도와관련된성능저하문제가해결되었기때문이다. 메모리공간의효율적사용이우선이라면 16 비트모드를, 더높은수준의이미지를구현하고자할경우에는 32 비트모드를통해보다광범위한실시간상황에서성능을향상시킬수있다. 이로써사용자들은보다풍부하고생생한그래픽익스피어리언스를갖게되고, 게임개발자들은경쟁사와의차별화를꾀할수있다. 회전그리드안티앨리어싱 (Roated-Grid Antialiasing) 최신 NVIDIA GeForce GPU 제품은회전그리드안티앨리어싱샘플링알고리즘을채택하고있다. 이새로운설계방법은픽셀당 4 개샘플을기준으로업계최고의성능을유지하는한편, 컬러정확성은대폭높였다. 종전에는 4 개의서브픽셀이각픽셀당 2x2 그리드패턴으로샘플링되었는데, 새로운안티앨리어싱설계에서는 4 개서브픽셀패턴을약간회전시킴으로써 4x4 다이아몬드형격자로샘플링을하고있다. 아래그림은 GeForce 6 Series 서브픽셀패턴 ( 우측 ) 이어떻게다이아모드형으로회전되었는지보여주고있다. 회전그리드컨피규레이션은수평및수직차원에서뛰어난서브픽셀커버리지를지원한다. 위그림에서보면, GeForce FX 아키텍처는 2 개의수직값과 2 개의수평값을위한커버리지를제공하지만 GeForce 6 Series 커버리지는수평및수직서브픽셀포지션을위한 4 개값으로확장된다. 커버리지가증가하면폴리곤에지에서보다정확한컬러를제공할수있다. 안티앨리어싱및샘플링기법에관한보다자세한정보는 NVIDIA 기술자료 NVIDIA Accuview Technology: High- Resolution Antialiasing Subsystem (TB-00311-001) 를통해얻을수있다. (www.nvidia.com)
NVIDIA HPDR 기술 NVIDIA HPDR 기술의사용으로보다실감나는그래픽을연출할수있다. 이러한 HDR (high dynamic range) 렌더링을통해사용자들은 < 그림 4> 에표현된어두운이미지의다양한컬러와태양광선의강한밝기등현실감있는효과와환경을체험할수있다. 종전에는이러한형태의렌더링을하는데제한이많았다. 컴퓨터프레임버퍼는다양한컬러강도에맞는선형리니어디스플레이스케일을가지고있었다. 또한표준인 32-bit-per-pixel 프레임버퍼는전체컬러범위를표현하는데있어서 225 개의값만을지원하여다이내믹한이미지표현에는역부족이었다. 따라서개발자들이이러한그래픽을제공하려면별도의솔루션을개발해야했다. 이러한솔루션의예로는픽셀쉐이더에서값비싼컨버전 (RGBE) 사용, 호환되지않는기술들은함께사용하지않기 ( 예 : 다이내믹라이팅 ), 그래픽하드웨어에빠진기능을에뮬레이팅 ( 예 : 고정밀텍스처필터링 ) 하는방법등이있었다. GeForce 6 Series 아키텍처는매우강력한고도의다이나믹레인지렌더링기술을충족시켜주는 NVIDIA HPDR 기술을특징으로한다. NVIDIA HPDR 은정적및동적이미지의쉐이딩, 블렌딩, 필터링작동과정에서탁월한데이터정밀성을제공한다. NVIDIA HPDR 을사용하면고도의동적범위렌더링을능률적으로구현할수있다. 이러한렌더링작업은라이트트랜스포트 (light transport), 톤매핑 (tone mapping), 컬러및감마정정 (color and gamma correction) 등 3 단계로나뉜다. 1. Light Transport 라이트트랜스포트는지오메트리, 텍스처맵, 라이트포지션, 라이트래디언스 (light radiance) 를받아들이고, 가시표면을기준으로반사광에대해픽셀당고도의다이내믹래디언스값을출력하는과정이다. 이러한정보는빛의밝기값을광범위하게표현하는데충분한정밀도와범위를갖춘프레임버퍼에저장되어야한다. 유지할수있는범위가크면클수록데이터가저장될수있는정밀도는높아지며, 비주얼결과도보다정확해진다. NVIDIA HPDR 은 OpenEXR 표준인 SM10e5 와동일한인코딩방법을따른다. 즉, 광전송정보를표시하는데 1 사인비트, 10 비트가수, 5 비트지수가사용된다. e 와 m 의값에따라이강력한포맷의범위를알수있다.
Note: 이예에서다이나믹레인지 =12dB, 최대값은 65504, 최소값은 2-24 이같은범위및정밀도는라이트트랜스포트데이터의방대한범위와정밀도를정확하게포착하는데필요하다. 2. Tone Mapping 이제라이트트랜스포트단계의출력데이터가컬러값에매핑되며 2D 이미지에서동작한다. 이러한과정을톤매핑이라고한다. 3. Color and Gamma Correction 컬러및감마정정으로불리는이마지막단계에서는앞에서나온컬러값을표준 ' 컬러영역 ' (red, green, blue 로정의 ) 으로부터모니터의 R, G, B ' 컬러영역 ' 으로매핑한다. 또한이렇게렌더링초기단계에계산된컬러강도의대수차가최종디스플레이디바이스에도달할수있도록감마정정을적용한다. 인간의눈은빛에대수적으로반응한다. 사실인간의눈은빛의세기가약할수록더민감해지기때문에빛의세기나밝기가강할때보다훨씬자세히어두운쉐이드를볼수있다. 이최종단계에서는적절한비주얼효과를유지하면서데이터를모니터에매핑한다. NVIDIA HPDR Rendering 을위한 GPU 요건 GPU 가이러한유형의렌더링접근방식을실행하기위해서는부동소수점쉐이딩, 블렌딩, 필터링, 텍스처링등의기능을갖추어야한다. 또한데이터의대수적본질을유지하기위해서는컬러를저장할수있어야한다. 부동소수점쉐이딩 (Floating Point Shading) 앞서언급한대로 32 비트쉐이딩은 GeForce 6 Series GPU 본래의연산모드로, 쉐이딩연산을최고속도와정밀도로실행할수있다. 물리적으로정확한조명, 무지개빛 (iridescence), 서브서피스스케터링 (subsurface scattering) 같은효과를속도저하없이훌륭하게렌더링할수있다. 부동소수점블렌딩 (Floating Point Blending) 블렌딩연산은이전에렌더링된픽셀과각위치에존재하는새로계산한프래그먼트 (fragment) 값의합이다. 렌더링효과에따라이값은최종컬러값을내기위해합산된다. 정밀도가높으면높을수록혼합픽셀의품질은더정확해지고높아진다. 부동소수점블렌딩을활용한효과로는모션블러 (motion blur), 소프트쉐도우, 한화면에있는여러동적빛계산을통한합산등이있다. 부동소수점필터링 (Floating Point Filtering) 필터링연산은픽셀을필터링하여화면내의사물이나평활에지를보다뚜렷하게해준다. 필터링은바이리니어 (bilinear) 및트라이리니어 (trilinear) 필터링을사용할때처럼동작중의비주얼을향상시켜준다. 또한익스트림 (extreme) 가시각에서픽셀이사물을묘사할때에도화질을보다선명하게할수있다 ( 애니소트로픽필터링 ). 그밖의부동소수점필터링효과로는톤매핑과글로 (glow) 가있으며이는고도의동작범위렌더링에필수이다. 또한 NVIDIA GeForce 6 Series GPU 는보다높은수준의정밀도와 16x 애니소트로픽필터링을지원한다. 부동소수점텍스처링 (Floating Point Texturing) : 텍스처링연산은텍스처를주어진폴리곤에적용한다. 부동소수점텍스처는전방향쉐도우맵, 심도 (depth of field), 래이트레이싱 (ray tracing) 같은독특한효과를지원한다.
Non HDR HDR 위그림에서좌측은고도다이나믹레인지없이찍은것은이미지다. 빛의강도차이는 100:1 에불과하고그결과창과바닥의명암에별차이가없다. 우측이미지는 HDR(high dynamic range) 로촬영되었으며빛의강도차이가 9000:1 이상이다. 우측이미지의바닥과자연풍경의정교한명암변화에주목하자 Storing Colors 감가정정중에컬러값을매핑하는기능은고도다이내믹렌더링기법의핵심이다. 광범위한값을유지하기위해서는일부대수형태가채택되어야한다. 8 비트감가컬러영역인 srgb 는마이크로소프트윈도우운영체제를위한표준으로, CRT 에적합한저가형솔루션이며, GeForce 하드웨어로구현된다. 하지만 srgb 자체만으로는충분치않다. srgb 가데이터의대수표현을제공하기는하지만렌더링의라이트트랜스포트단계중에계산된데이터를정확하게표시하기에는범위나정확도가충분하지않기때문이다. Range Precision Storage Notes RGBE 76.8 db 9-bit log 189.8 Mb Radiance-compressed 32bit float 32-Bit TIFF 76.8 db 24-bit log 759.4 Mb IEEE-754 32-bit FP OpenEXR 12.0 db 11-bit log 379.7 Mb ILM-developed 16-bit FP e-srgb 12 4.6 db 12-bit poly 213.6 Mb Clamped at [-0.53..1.68] 160Bit int 4.8 db 16-bit linear 379.7 Mb Clamped at [0..1] srgb 3.5 db 8-bit poly 189.8 Mb Clamped at [0..1] RGBA 2.4 db 8-bit linear 189.8 Mb Clamped at [0..1] 최근첨단게임에서는 다이내믹라이팅 (dynamic lighting) 이라는기법이사용된다. 이기법에서각빛의반사및다이나믹레인지데이터는별도로계산된다음버퍼에서합산된다. 하지만안타깝게도 srgb 값은합산될수없기때문에, srgb 값을변환및추가한다음 srgb 포맷으로다시변환해야한다. 이경우성능이저하되며다른포맷으로의변환이되지않을경우에는볼품없는가공품이나오게된다. NVIDIA HPDR 기술은 HDR 렌더링문제를해결해준다. 이기술은라이트트랜스포트단계중에스토리지, 블렌딩, 쉐이딩, 텍스처링, 필터링을위한스튜디오품질의 16 비트부동소수점포맷을제공한다. 또한톤매핑, 컬러및감마정정단계에서효율적으로 srgb 포맷사용하도록지원한다. 실생활에서보여지는방대한색과빛을어떻게정확하게표현하느냐는컴퓨터그래픽의최대과제였습니다. NVIDIA 는부동소수점텍스처, 부동소수점블렌딩, srgb 감마정정등을완벽하게지원하기때문에, 이제는 HDR 렌더링에서정확한색과조명을쉽게구현할수있습니다.- 허브마셀라스 (Herb Marselas), Emogence, LLC 기술이사 " 무엇보다도 NVIDIA HPDRF 기술이하드웨어로구현되기때문에픽셀쉐이더인코드나디코드를따로처리할필요가없다. 이는이미마이크로소프트다이렉트 X 9.0 및 OpenGL API 에적용되고있다.
CineFX 3.0 The Next Wave of Stunning Visual Effects 제 3 세대 NVIDIA CineFX 엔진은 NVIDIA GeForce 6 Series GPU 가최대한의성능을발휘할수있도록돕고, 새로운 PC 게임개발시비주얼효과제작과정을단순화시켜준다. 프로그래머는마이크로소프트의 DirectX 9.0 쉐이더모델 3.0 및 SGI 의 OpenGL 1.5 소프트웨어를통해, 하드웨어에의한길이제한없이쉐이더프로그램을개발할수있다. 또한개발자들은 MRT (Multiple Render Targets) 기술이나향상된플로우컨트롤옵션등을이용, 차세대시네마틱특수효과를제작할수있다. CineFX 3.0 의파워를활용하면성능저하없이도혁신적인비주얼익스피어리언스를가져오는이러한효과들을만들어낼수있다. CineFX 3.0 엔진은업계최초로전체파이프라인에트루 32 비트쉐이딩파워를내장, 이전보다월등한프로세싱능력을제공한다. CineFX 3.0 을통해프로그래머는아주복잡한디지털세계도쉽게구성할수있다. 게임매니아의예리한눈으로도구별하기힘든정교한최첨단실시간효과 (Displacement Mapping, 복잡한그림자, 실시간피부및머리 ) 도모두새로운 GeForce 6 Series 로구현할수있다. 새로운표준들을완벽하게지원 NVIDIA 는다이렉트 X 9.0, 버텍스쉐이더모델 3.0, 픽셀쉐이더모델 3.0, OpenGL 쉐이더프로그램컨벤션등을완벽히지원한다. 따라서게임개발자들은 CineFX 3.0 엔진의파워및정밀성을손쉽게이용할수있다. 또한마이크로소프트 HLSL(High-Level Shader Language), OpenGLSL (OpenGL Shader Language), Cg 쉐이딩환경등고도의쉐이더언어를완벽하게지원, 프로그래머들이다이렉트 X 혹은 OpenGL 인터페이스를갖춘게임을개발할수있도록돕는다. Vertex Shader 3.0 NVIDIA CineFX 3.0 은사실상무한길이버텍스프로그램과 DFC(Dynamic Flow Control) 을채택, 쉐이더프로그램의복잡성및구조측면에서의제한을없앴다. 개발자들은 NVIDIA GeForce GPU 의놀라운성능과자유로운프로그래밍을바탕으로 Displacement Mapping, 버텍스프로그램스트림에맞는주파수분할기등새로운버텍스쉐이더기능을활용할수있다.
Infinite-Length Vertex 프로그램 버텍스쉐이더프로그램에서는이제길이제한이없어졌다. 종전에는프로그림길이제한에맞추기위해쉐이더프로그램을통합해복합효과를만들어냈었다. 또한한프로그램을끝내고새로운프로그램을시작할때오버헤드가성능을저하시켜, 게임속도를떨어뜨리고효과를설정하기어려운경우가종종있었다. 하지만이제쉐이더프로그램의길이제한이없어져, 게임플랫폼에서최대한의성능을내기위한복합적인효과를만들수있게되었다. 긴프로그램이짧은프로그램에비해프로세싱시간이더걸리는게상식이지만, CineFX 3.0 엔진의기술및속도로긴프로그램도눈깜짝할사이에실행될수있게되었다. Dynamic Flow Control 추가적인루핑 / 브랜칭 (looping/branching) 옵션과새로운서브루틴콜 / 리턴 (call/ return) 기능은프로그래머들이효율적으로쉐이더프로그램을작성하도록더욱다양한옵션을준다. 길이제한이없고플로우컨트롤도향상되면서프로그래머들은게임세계에서새로운차원의상상력과창의력을발휘하는사상초유의자유를누리게되었다. 이러한기능을포함한새로운플로우컨트롤은다음과같다. 새로운명령어 (IFC/BREAKC, IF/BREAK/CALLNZ) 반송주소와주소등록을위한통합된 8-deep 스택 : Branch, call, Push, pop address register 컨디션코드선택 Displacement Mapping 프로그래머는새로운 CineFX 3.0 기능 ( 텍스처와함께버텍스프로세싱 ) 을활용하여화면내에있는모든구성요소나표면, 캐릭터에깊이 (depth) 와리얼리즘을더할수있게되었다. 실시간으로사용하기에편리한 load-to-register 명령을사용해텍스처정보를버텍스에매핑할수있다. Displacement Mapping 으로알려진이기법을사용하면픽셀쉐이더레벨기법 (bump mapping 등 ) 으로작업하거나 3D 환경에평활표면으로남겨둘수밖에없는평활면을제거할수있다. Displacement Mapping 을통해컴퓨터로만든세계가영화수준으로한걸음더다가설수있게되었다. 각버텍스는화면내의다양한빛과상호작용하기때문에모델의지오메트리를약간만변경해도비주얼에미치는영향은매우커진다. 또한이전 3D 생성기법에비해계산비용도매우적게든다. 아래그림은 Displacement Mapping 없는초기모델이다. 왼편이미지는 3D 모델이부분적으로메시하이라이트 (mesh highlight) 된공룡머리를, 오른편이미지는같은 3D 모델에머터리얼칼라 (material color) 를입힌공룡머리를보여준다.
모델의메시를 Displacement Mapping 하면, 공룡머리의돌출부와들어간부분, 그리고섬세한텍스처가더해진다. 이때빛에반응하는디테일을통해사실적인모습을만들면서도계산비용은거의들지않는다. Vertex Frequency Stream Divider CineFX 3.0 을사용할경우개발자들은애니메이션이나변위정보같은상이한형태의버텍스정보를읽어들이기위해다중주파수혹은오프셋을지정할수있다. 즉각각의대상에개별성을부여하면서도, 하나의효과를여러인물이나사물에효율적으로적용할수있다. 전장에나가는군부대를상상해보자. 이때개별군인들은나름의동작을취하고있는데, 이경우각카피에개별애니메이션매개변수를적용하면군인들의개성을표현할수있다. 이러한효과는매우쉽게구현될수있다. 프로그래머는애니메이션매개변수를화면상의모든모델에배치 (batch) 함으로써, 전체화면을통해생생한비주얼효과를나타낼수있다.
Pixel Shader 3.0 CineFX 기술의발전으로픽셀쉐이더기능이버텍스쉐이더수준으로향상되었다. 이제픽셀레벨의컨트롤이향상됨으로써, 게임을보다다양하게개발하고인물이나사물, 그리고화면에살아있는듯한느낌을추가할수있다. 또한 GeForce 6 Series GPU 의 32 비트네이티브프로세싱기능은전체픽셀쉐이딩정밀도를높여줘, 픽셀쉐이더를한차원높은화질로끌어올린다. Infinite-Length Pixel Shaders 이제는각픽셀쉐이더프로그램을 96 명령어로제한할필요가없다. 하드웨어제한에서벗어나보다복합적인효과를픽셀레벨에서구현할수있다. Dynamic Flow Control 루프카운터레지스터 (loop counter register) 나컨디션코드 (condition code) 같은브랜치 (branch), 루프 (loop), 서브루틴 (subroutine) 을완벽하게지원하며, 새로운백 / 페이스레지스터 (back/face register) 를통해완벽한컨트롤이가능하다. 유연한데이터지원 부동소수점연산은영화업계의표준포맷인네이티브 32 비트나선택사양 16 비트포맷으로처리될수있다. 두모드모두동일한성능을제공하지만 32 비트부동소수점모드는피연산자 (operand) 를저장하기위해메모리를두배가량사용한다. 프로그래머들은원하는수준의정밀도를얻기위해네이티브 32 비트모드나선택사양 16 비트모드중에서선택할수가있다. 또한공간사용에민감한상황에서메모리를효과적으로활용하고관리할수있다. 이외에도여타데이터포맷을지원한다. Multiple Render Targets MRT 기술을사용하면픽셀쉐이더가픽셀당데이터를다중버퍼로저장할수있다. 이경우버퍼를사진처럼생생한라이팅쉐이터용매개변수로사용할수있다. 이러한접근방식에서조명은모든지오메트리가렌더링된후에적용되며, 화면에서의다중패스없이조명을적용할수있다. 이를지연쉐이딩 (deferred shading) 이라고한다. 이때저장되는전형적인정보로는포지션 (position), 노멀 (normal), 컬러 (color), 재료 (material) 등이있다. 아래그림은동적범위가큰화면을만드는데사용되는 MRT 기법을보여준다. 첫번째렌더링패스에서는컬러맵 (color map), 표준맵 (normal map), 심도맵 (depth map) 등세가지출력버퍼가만들어진다. 두번째패스에서조명은빛의조건에따라표준맵및심도맵을통해계산된다. 이경우, 컬러맵과함께화면이선명하게나타난다.
Color buffer Depth buffer Normal buffer of unlit scene Result 마지막으로세번째패스에서는 0~1 범위밖에있는초고강도빛의값이화면에적용된다. 이계산에는높은명암도픽셀영역주위에생기는픽셀블루밍 ( 초점번짐 ) 이포함된다. 이러한패스결과는최고수준의글로우 (glow) 효과이다. Color map / Image combination Final glow effect MRT 를사용함으로써, 여러패스를절약하면서도 < 그림 7> 과같은뛰어난화질의최종장면을만들수있다. 픽셀쉐이더가점차복잡해지면서지연쉐이딩을구현하는것이보다중요해지고있다. 지연쉐이딩은이미지의가시영역에있지않은픽셀들을불필요하게프로세싱하는시간을없애주기때문이다. 추가적인비주얼효과 프로그래머들은 CineFX 3.0 엔진의배가된파워와신기술을활용해종전보다훨씬독특한기능및효과를만들어낼수있다. CineFX 3.0 의주요특징은다음과같다. Subsurface scattering : 실감나는반투명효과를나타내는다양한옵션으로스킨 ( 표피 ) 및표면에깊이를생성한다.
Soft shadows : 소프트쉐도우를통해그림자가덜거친느낌을갖는다. 화면에서빛이나대상으로부터발생하는그림자테두리가부드러워지면서비주얼룩을보다정확하게표현한다. Environmental and ground shadows : 눈에띄는변형이나성능저하없이풀이나기타식물등이포함되어있는배경면에그림자를만들수있다. 32 비트파이프라인은보는사람의시선에따라그라운드그림자가정확히움직일수있도록한다. Global illumination : 사전에렌더링된그래픽과실시간그래픽의가장큰차이점중하나는바로조명이다. 필름렌더러는최대한실감나는이미지를만들기위해한화면에서물체들간의빛을조정하는방법을결정하는데많은시간을할애한다. 하지만거의무한길이픽셀쉐이더와부동소수점필터링및블렌딩을사용하면, 실시간에가까운놀라운복합효과가실현되며, 실시간애플리케이션에보다높은수준의포토리얼리즘을얻을수있다. UltraShadow II 와 GeForce 6 Series GPU 신제품 NVIDIA GeForce 6 Series (NVIDIA GeForce 6 Series) 그래픽프로세싱유닛 (GPU) 은 NVIDIA UltraShadow II (UltraShadow ) 기술을기반으로한다. UltraShadow 기술은이머시브 (immersive) 환경에서쉐도우인터랙션을결정하는연산속도를높여준다. UltraShadow II 기술을통해개발자들은더욱정밀한조명효과와 id Software 의 Doom III 같은차세대게임에서고도의시네마틱리얼리즘을구현할수있다.
향상된쉐도우 실감나는생생한화면구성을위해서는정확한그림자가필수적이다. 다양한빛 (light source) 과대상들이복잡하게상호작용하기위해서는다중패스프로그래밍이필요하다. 각프레임에서는각각의빛이대상별로분석되어야한다. 개발자들은 NVIDIA 의 UltraShadow II 기술 ( 특허출원중 ) 을게임에적용시킴으로써멋진비주얼효과를만들어낼수있다. 결과적으로자사게임을경쟁사와확연히구분시켜주는독특한룩 (look) 과디지털환경을구성할수있다. 이는렌더링의빛과그림자패스단계에서성능이향상되었기때문으로, UltraShadow II 는개발자가별도작업을하지않고도쉐도우볼륨에관련된패스성능을이전세대에비해 4 배가량높일수있다. 스텐실쉐도우볼륨은텍스처링이나컬러업데이트를필요로하지않는다. UltraShadow II 하드웨어는렌더링성능을배가시켜, 일반픽셀프로세싱속도의최고 2 배로스텐실쉐도우볼륨을생성할수있다. 그결과개발자들은별도의코딩작업이필요없게되었다. GeForce 6 Series 하드웨어는쉐도우볼륨생성속도를종전의 4 배까지높여줌으로써이러한새로운접근방식이가져오는잇점을돋보이게한다. UltraShadow II 하드웨어에 2~3 가지콜을추가할경우성능수준은더욱높아질수있다. 또한 NVIDIA UltraShadow II 는불필요한고려사항들을제거, 프로그래머들이그림자를보다빨리계산할수있도록돕는다. UltraShadow II 를통해프로그래머들은어떤장면을구역화된영역 (depth bounds 라고도불림 ) 으로정의하여나눌수있다. 이구역화된영역에서는빛효과를그영역에있는대상에한정시켜계산하게된다. 빛의영향을가장많이받는영역으로계산을한정시킴으로써전체그림자생성과정이급격히빨라지게된다. < 그림 2> 는빛과그림자를계산하는데있어서각빛의적정영역으로한정시키기위해화면의서브세트를정의하는방법을보여준다.
빛과그림자를계산할때각각의빛이닿는영역으로제한하기위한셋팅 프로그래머는중요한영역에서는그림자를미세조정하고, 실제와거의흡사한비주얼라이제이션을생성하며, 빠른액션게임에맞는탁월한성능을구현할수있다. 또한이러한가속화된그림자생성기능덕분에시간이오래걸리는다른정밀효과에더많은시간을할애할수있게된다. 아래그림들은 UltraShadow II 를사용시어떻게검사를요하는쉐도우영역을대폭줄일수있는지방법을보여주고있다. UltraShadow II 는실제쉐도우픽셀을컬링 (culling) 함으로써성능을높여준다. ( 하드웨어는최종이미지에쓰이지않는쉐도우픽셀은무시한다 ) Doom III 의플레이장면
UltraShadow II 를사용하지않았을경우 UltraShadow II 를사용했을경우 UltraShadow II 는 NVIDIA 인텔리샘플 3.0 (NVIDIA Intellisample 3.0) 기술과함께동작하여그림자의에지를적정수준으로안티엘리어싱 (antialiasing) 시킨다. NVIDIA GeForce 6 Series GPU 는서브픽셀을기반으로스텐실정보를유지하며, 그결과블로키 (blocky) 혹은재기 (jaggy) 룩을막기위해그림자의에지를안티엘리어싱할수있다. Application NVIDIA GeForce 6 Series GPU 는 UltraShadow II 기술과함께차세대게임효과를지원한다. 게임혹은애플리케이션에서그림자를계산할경우 UltraShadow II 는항상전체애플리케이션성능을높여준다. 빛과그림자를계산하는데필요한경로가많으면많을수록 ( 예를들어빛과대상이복잡한장면 ) 성능은보다향상되어, 복잡한장면도말끔히처리할수있다.
GeForce 6 Series 와 UltraShadow II 를통해, Doom III 같은차세대인기게임의속도는훨씬빨라질수있다. NVIDIA GeForce 6 GPU Architecture Final word NVIDIA GeForce 6 Series 는차세대첨단그래픽애플리케이션에사상초유의리얼리즘을제공한다. 개발자는이제화질을높이기위해속도를저하시킬필요없이복잡한화면과디지털세계전반에서뛰어난비주얼효과를구현할수있게되었다. NVIDIA HPDR 렌더링같은획기적인혁신은렌더링의모든측면 ( 쉐이딩, 텍스처링, 필터링, 블렌딩등 ) 에서보다높은비주얼품질과독특한효과를제공한다. 회전그리드안티앨리어싱은폴리곤에지에서더높은수준의커버리지를제공함으로써전체화질을높여준다. 이최신아키텍처는 2D graphics, 2D textures with mipmaps, Cube maps, Volume maps, Shading, Texture filtering, Blending, Filtering 과같은향상된픽셀파이프라인 ( 표 2 참고 ) 과실시간부동소수점연산을지원한다. 앞으로는전문가들조차컴퓨터로만든화면과영화장면을구분하기가쉽지않은시대가올것이다. NVIDIA GeForce 6 Series 는슈퍼스칼라아키텍처, 32 비트네이티브파이프라인, 최첨단이미징기능을통해가상세계에서영화급리얼리즘의구현을가로막는마지막장애물들을타파해나가고있다. NVIDIA CineFX 3.0 은이제껏경험할수없었던수준의프로그래밍창의력을발휘할수있도록지원한다. 최신 GeForce GPU 는다이렉트 X 쉐이더모델 3.0 을완벽하게지원함으로써최고의리얼리즘을보여주는차세대게임, 매우복잡하고정교한디지털세계, 영화수
준의환경에서움직이는실물과흡사한캐릭터등을지원한다. 이전에는성능이나정밀도를저하시키지않으면서, 이러한고도의효과를지원한다는것이쉽지않았다. 그요인중하나는다수의연산패스가필요로하는쉐이더프로그램때문이었다. 하지만이제 NVIDIA GeForce 6 Series, NVIDIA CineFX 3.0, 다이렉트 X 9.0 쉐이더모델 3.0 을통해성능을저하시키지않고도획기적인효과를만들어낼수있게되었다. 참고 : 2~6 페이지의기술자료와관련된저작권은 NVIDIA 와 NVIDIA Korea 에있음. 무단발췌및도용을금함 Graphics to Drench Your Senses!
사진을클릭하면전체이미지의동영상을볼수있음 GeForce 6800 Ultra(NV40) 는 NVIDIA 의자리를다시최고의위치로끌어올릴새로운그래픽카드로, 반도체업계최초로 2 억개이상의트랜지스터를집적한최고집적율의 NV40 칩셋과, 앞으로차세대표준으로자리잡을 GDDR3 메모리가장착되었다. 특히, 2 년간유지해오던 FX 라는명칭을없앤것이특이점인데, 이는 FX Series 의실패를의미하며, 기존의 FX Series 와는확연히구분되는성능과기능을보일것이라는추측을가능케한다. 제품이름 : NVIDIA GeForce 6800 Ultra Eng Sample 코어 : NVIDIA NV40 eng 메모리 : Samsung 1.6ns ES BGA 256MB GDDR-3 메모리버스 : 256 비트 (32MBx8) 코어 / 메모리속도 : 400MHz/1100MHz(DDR) 출력부구성 : 듀얼 DVI-I, VIVO Video : Pilips SAA7114H TMDS : Silicon Image Sil178CT64 X 2 AGP 지원 : AGP 3.0 (8X, 4X) API 지원 : DirectX 9.0c(Shader 3.0), OpenGL 1.5 번들 : 샘플 제조사 / 제조국 : NVIDIA / Detail Layout 이전 NVIDIA 제품들에비해좀더최적화되고스마트해진외형을보이고있으며, 듀얼 DVI 와심플해진전원부, 듀얼외부전원단자, 쿨링을위한힛파이프가눈에들어온다. 실제육중한생김새로굉장히무거울것같지만, 이전 Ultra Series 들에비해가볍다. 사진을클릭하면 1600x1200 해상도의사진을볼수있음 뒷면엔마치고급 CPU 쿨러를인상시키는듯한 4 핀지지대가붙어있다. 아래쿨링솔루션에서도언급하겠지만이제 GPU 도 CPU 와같은취급을받아야할시기가온듯하다. 2nd DVI
출력을위한 TMDS 칩셋이뒷면에장착되어있으며, 앞으로나올 512MB 버전을위해메모리가부착된반대면 ( 사진의면 ) 에메모리장착공간이마련되어있다. 카드뒷면 아래보이는것이 NV40 이라는개발명을가진 GeForce 6800 Ultra 의 GPU 이다. 약 2 억 2 천 2 백만개의트랜지스터가집적된것으로발표되어현존하는최고개수의트랜지스터가집적된단일칩셋이다. 이로인해코어크기도이전에비해대폭커졌으며, 이전까지코어를덮고있던힛스프레드도없다. NV40 엔지니어링샘플 이번에입수한제품은초기엔지니어링샘플로, 동작클럭은 400MHz 이다. 이전에출시되었던하이엔드제품들이 500MHz 가까운클럭을지녔던것에비하면동작클럭이많이낮아진것인데, 이는거대해진코어와이에따른높은발열로인한것으로판단된다. 향후공정이숙련되고발열이해소된다면좀더높은클럭 (500MHz~600MHz) 으로동작할수도있을것이다. 2 억 2 천 2 백만개의트랜지스터가내장된 NV40 과함께새롭게선보이는 GDDR3 메모리도
눈여겨볼부분이다. 현재 GDDR3 는삼성과마이크론에서상용으로공급되고있으며, Hynix, Elpida, Infinion 등에서도곧상용으로공급할예정이다. 이제품에장착된 1.6ns 의삼성 GDDR3 메모리가현재시장에서볼수있는유일한 GDDR3 메모리이며, ATI 의 X800 도동일모델의메모리를장착할예정이다. 삼성 1.6ns GDDR-3 메모리 카드의뒷면에는 SAMSUNG 600MHz 라써진라벨을발견할수있는데, 이는메모리의동작클럭을알수있게해주는것이다. 그렇지만이번샘플의동작클럭은 1100MHz(DDR) 이어서실제제품에서몇클럭으로동작하게될지궁금해진다. GeForce 6800 Ultra 가이전제품군과기능적으로달라진부분중가장크게달라진부분이바로 Quadro 에장착되었었던듀얼 DVI-I 의듀얼링크기능과하드웨어인코더가내장되었다는것이다. 아래사진으로보기에는이제품이단순히듀얼 DVI-I 만을구현하는것같다. 또한비디어단자도위쪽으로이동했다. 듀얼 DVI + VIVO 출력부 듀얼링크기능은두개의 DVI-I 출력부를링크시켜하나의대형디스플레이를출력해주는
기술로이미웍스테이션제품군인 Quadro 의하이엔드제품에채용되었던기능이다. 듀얼링크기능을이용할경우 QUXGA 가지원되어, 그활용범위를넓힐수있게된다. VIVO 칩셋및 TMDS 1st 칩셋 아래보이는 Silicon Image 의 Sil178CT64 칩이듀얼링크를위한 TMDS 칩셋으로, 단독으로사용될경우최대 1600x1200 해상도의 DVI 출력하기때문에현재 NVIDIA 제품군에널리쓰이고있는 Sil164CT64 칩과스펙상큰차이가없다. 하지만 Sil178CT64 칩은듀얼링크가가능한칩셋으로, GeForce 6800 Ultra 가당장듀얼링크를지원하지못한다하더라도, 설계당시부터듀얼링크를염두해두었음을알수있는부분이다. 카드뒷면의 2nd TMDS 칩셋 Sil178 Data Sheet - Silicon Image GeForce 6800 Ultra 는듀얼외부전원부를갖추고있다. 일부사이트의리포트에의하면이제품이약 100W 가넘는전력을소모하는것으로알려져있다. NVIDIA 역시 480W 이상의메인파워서플라이사용을권장하고있다.
외부듀얼전원부 제품의올바른동작을위해서는두개의커넥터에두개의파워커넥터를연결해야한다. 이전제품의경우파워단자를연결하지않아도 3D 어플리케이션을제외한프로그램의동작이가능했다. GeForce 6800 Ultra 는외부전원을연결하지않을경우커넥터옆에달려있는스피커에서비프음이나고부팅이되지않는다. 전원부는이전에비해훨씬심플해졌지만, 발열이상상을초월한다. 대부분의캐패시터들이 SMD 타입으로부착되어있고, 발열의해소를위해작은방열판이붙어있다. 실제로만져보면이부분에서가장많은열이난다. 간단해보이는전원부 쿨링솔루션역시이전에비해훨씬심플하고최적화된모습을보이고있다. 이전까지는 GPU 와메모리모두열이심하기때문에밀도높은금속을통한하드코어적인쿨링시스템이필요하였지만, GeForce 6800 대에이르러서는상황이달라졌다. GDDR3 메모리가비교적저발열이기때문에, GPU 만을집중적으로쿨링하면되기때문이다. 따라서아래쿨링시스템에보이는메모리힛싱크부분의힛트파이프는멋지게보이기위한오바일가능성도높다.
50mm 블로우팬 코어및메모리힛싱크