AMD는 나비(Navi) 아키텍처를 사용하는 새 GPU인 라데온 RX 5700 시리즈를 발표했습니다. 여기에선 나비의 새 기능 위주로 소개합니다.
RDNA의 Wave32와 Wave64 처리
우선 나비의 새로운 아키텍처인 RDNA입니다. 나비는 그래픽 렌더링 파이프라인 아키텍처를 GCN에서 RDNA로 바꿨습니다. GCN은 데이터 스레드(Wave)가 64개로 고정(Wave 64)됐지만 RDNA는 32개(Wave 32)까지 지원합니다.
하지만 연산 유닛인 컴퓨트 유닛의 구조 자체는 변하지 않았습니다. GCN은 CU에 있는 4개의 SIMD 16 연산 유닛이 4개의 Wave64를 4클럭 동안 처리했습니다. RDNA의 Wave32 모드에선 4개의 SIMD16 연산 유닛이 2개의 SIMD32 연산 유닛으로 간주돼 Wave32를 1클럭 안에 처리합니다.
조건 분기나 루프 제어를 수행하는 스칼라 유닛은 GCN에 1개밖에 없었습니다. 한 개의 Wave64가 스칼라 유닛을 사용 중이었다면 다른 Wave64는 스칼라 유닛을 쓰지 못합니다. 이에 비해 RDNA는 2개의 SIMD 32 연산 유닛이 Wave32를 동시에 처리할 수 있으며, 스칼라 유닛도 추가했습니다.
GCN에서 Wave64 실행 흐름을 보면 4개의 SIMD16 연산 유닛이 1개의 스칼라 유닛을 씁니다.
RDNA는 SIMD32 연산 유닛에 스칼라 유닛이 하나씩 있어, 분기 명령을 2개 동시 발행 가능합니다.
RDNA는 Wave64 동작 모드가 있습니다. 여기에서도 2개의 SIMD16 연산 유닛을 하나의 SIMD32 연산으로 작동한다는 기본 구조는 변하지 않습니다. 2개의 SIMD32 연산기가 2사이클 동안 처리하는 구조입니다.
비디오 엔진의 진화, DP 1.4와 DSC 지원
위 이미지에서 오른쪽 2개에 대해 봅시다.
나비에 내장된 비디오 엔진이 라데온 미디어 엔진으로 바뀌며 베가 세대보다 성능이 향상됐습니다. H.265(HEVC)의 4K/60p 실시간 디코딩, 4K/90p의 실시간 인코딩을 지원합니다. H.264에선 4K/150p, 8K/30p 실시간 디코딩과 4K/90p 인코딩을 지원합니다. 지포스 RTX 20 시리즈 수준입니다.
디스플레이 출력 기능 블럭인 디스플레이 엔진도 바뀌었습니다. 원래 라데온은 디스플레이 엔진의 신기능 추가가 경쟁사보다 늦었습니다. HDMI 2.0은 NVIDIA가 2014년에 지포스 GTX 900 시리즈에서 지원했으나 AMD는 2016년의 라데온 RX 400 시리즈였지요. 나비는 8K 60fps를 지원하지만 NVIDIA보다 먼저 HDMI 2.1을 도입하는 건 아니고 DP 1.4를 통한 지원입니다. 나비를 설계할 때 HDMI 2.1을 지원하는 송신 IP가 나오지 않았기 때문에 이렇게 됐다네요.
다만 베사의 영상 신호 압축 규격인 Display Stream Compression의 최신 버전, DSC 1.2a를 지원합니다.
DSC는 4K/240Hz처럼 아주 높은 프레임의 영상과, 8K/HDR/60fps의 멀티비트 초 고해상도에 꼭 필요한 압축 기술로, DP 1.4와 HDMI 2.1에 모두 탑재됩니다.
DSC는 손실 압축 기법이라 이걸 쓰면 화질이 떨어집니다. 다만 시각적으로는 느끼지 못하는 수준이라고 하네요. MPEG처럼 프레임 압축 기술이 아니라 주사선 압축 기술이며, 지연 시간은 영상 프레임 당 라인 몇 개 수준이라 지연이 거의 없습니다. 대신 MPEG에 비해 압축률이 낮습니다. MPEG은 1/100 이상이나 DSC는 1/3.75. 앞으로 보급될 8KI/60fps 영상에선 DSC 지원이 꼭 필요한데 나비의 디스플레이 엔진은 일단 필요한 준비를 해뒀다고 볼 수 있습니다.
게임의 랙을 줄이는 안티 랙
나비는 기술적으론 흥미로우나 하드웨어 레이트레이싱 지원은 다음 세대로 미뤘습니다. 같은 날에 출시되는 라이젠 3000 시리즈에 더 관심이 쏠리기도 합니다. 그래서 AMD는 나비를 포함한 라데온 에코 시스템의 어떤 부분이 좋은지를 설명했습니다. 그 중 하나가 새로운 라데온 드라이버, 아드레날린 2019 에디션입니다. 라데온 RX 5700 시리즈와 함께 나올 예정.
라데온 소프트웨어는 3개의 새 기능을 탑재합니다. 우선 라데온 안티 랙. 게임 플레이의 랙을 줄이는 기능인데, 게임 프로그램에서 따로 설정할 필요가 없으며 최대 31%의 랙을 줄이는 효과가 있습니다.
여기서 말하는 랙은 플레이어가 게임을 조작하고, 그 결과를 그래픽에 반영할 때까지 걸리는 시간입니다. 1프레임의 랙이 있군요.
GPU의 부하가 늘어나면 랙이 커집니다. 플레이어가 첫 프레임의 영상을 보고 조작을 해도, GPU가 두번째 프레임을 그리는데 시간이 걸린다면, 입력된 조작이 반영되는 건 네번째 프레임이 됩니다. 그럼 그 사이에 랙은 2프레임 불량이 됩니다.
GPU 처리를 기다려야 하는 상황에선 CPU 처리를 서두를 필요가 없고, 차라리 입력 처리 사이클을 줄여서 플레이어의 조작이 다음 렌더링에 반영될 때까지 시간을 줄이는 게 낫다는 발상에서 나온 게 안티 랙입니다. CPU에서 맡은 입력 처리를 비롯한 게임 처리 사이클을 프레임 비율에 맞춰 동적으로 조정하는 게 안티 랙 되겠습니다.
안티 랙은 나비 세대의 GPU에, 다이렉트 X 9와 다이렉트 X 11에서 작동합니다. 베가 이전 세대는 다이렉트 X 11만. 그 이유는 알려지지 않았습니다. 게임 프로그램에 손대지 않고 안티 랙을 쓸 수 있는 건 GPU 드라이버에서 다이렉트 X 9/11 API를 호출할 때 안티 랙 매커니즘이 적용되기 때문입니다. 게임 프로그램에서 바로 그래픽 파이프라인을 제어하는 다이렉트 X 12에서 안티 랙을 쓰지 못하는 이유가 이것입니다.
AMD는 2프레임의 랙을 1프레임으로 줄일 수 있고, 월드 워 Z 데모에서는 3프레임 이상의 랙을 2프레임 수준으로 줄였다고 합니다. 2프레임 이상 랙이 걸리는 게임은 그래픽 렌더링을 할 때 1프레임 전의 영상을 표시하는 더블 버퍼링을 쓰기 때문에, 안티 랙을 써도 효과를 보지 못합니다.
초 해상도 처리, 포스트 이펙트 라이브러리
NVIDIA는 튜링에 탑재된 텐서 코어를 활용해 AI 기반 이미지 처리를 더하는 DLSS(Deep Learning Super Sampling) 기능을 넣었습니다. 라데온도 DLSS와 비슷한 Radeon Image Sharpening를 소개합니다. 라데온 소프트웨어의 설정에서 이 기능을 켜면 초 해상도 처리가 됩니다. 나비 뿐만 아니라 베가 세대 이전에서도 사용 가능합니다.
Radeon Image Sharpening은 컴퓨트 쉐이더를 GPGPU 처리로 구현한 포스트 이펙트 필터입니다. 그래픽 렌더링에 컴퓨트 쉐이더를 겹쳐 실행한 것으로, 그래픽 성능에 미치는 영향이 1% 정도밖에 안 됩니다.
처리해야 하는 픽셀 주변에서 휘도가 어떻게 변하는지를 파악하고, 실제 렌더링 해상도보다 더 높게 렌더링하면 주변 픽셀 밝기가 어떻게 변화하는지를 추측합니다. 그 추측한 휘도 변화를 주변 픽셀에 적용합니다. 선명도를 증가하는 필터 동작이라고 할 수 있습니다. 이 기능은 FXAA를 개발한 Timothy Lottes의 작품으로, NVIDIA에서 일하다가 에픽 게임스로 건너가고 지금 직장은 AMD라네요.
Image Sharpening는 라데온 소프트웨어의 기능으로 제공되나, 이 기능의 기본인 Contrast Adaptive Sharpening(CAS) 필터를 포함한 포스트 이펙트 쉐이더 라이브러리를 FidelityFX라는 이름으로 GPUOpen에서 공개할 예정입니다. https://gpuopen.com/
FidelityFX는 쉐이더 코드 라이브러리로 일반 게이머가 아닌 게임 개발자를 위해 만들어졌습니다. 여기에 포함된 쉐이더 코드는 나비 전용이 아니라 NVIDIA GPU에서도 실행 가능한 범용 라이브러리입니다. 이 FidelityFX에 포함된 CAS 필터를 라데온 소프트웨어에서 바로 쓸 수 있도록 만든 게 Image Sharpening입니다.
NVIDIA의 반박 1: AMD TDP는 GPU만의 TDP
나비 그래픽카드가 소비 전력이 많이 낮은 것처럼 보였는데요. NVIDIA가 제품 발표에서 쓰는 TDP는 그래픽카드 전체의 TDP라고 합니다. 한마디로 Total Graphics Power, TGP입니다. 반면 AMD의 TDP는 GPU 하나를 가리킵니다. 이를 감안하고 보면 지포스 RTX 시리즈의 전력 사용량이 라데온 RX 5700 시리즈보다 적다네요. 누가 더 전기를 덜 쓰는지 벤치마크에서 확인해 보라는 말과 함께요.
NVIDIA의 반박 2: NVIDIA 부스트 클럭이 AMD의 게임 클럭
라데온 RX 5700 시리즈 발표 때 AMD는 3가지 클럭을 소개했습니다. 동작을 보장하는 기본 클럭, 최고 클럭인 부스트 클럭, 그리고 게임을 하는 데 적합한 수준의 게임 클럭.
이에 비해 NVIDIA는 지포스의 부스트 클럭이 AMD의 게임 클럭에 준하는 클럭이라고 반박했습니다. AMD의 부스트 클럭은 최대 클럭이라 여기서 GPU를 지속적으로 운용하지 못하며, 그렇기에 부스트 클럭이 아니라 버스트 클럭이라고 해야 하지 않나 주장했네요. 반면 NVIDIA의 부스트 클럭은 장시간 작동이 가능한 클럭이라고.
NVIDIA의 반박 3: Image Sharpening은 이미 제공
AMD가 FidelityFX에 포함된 Contrast Adaptive Sharpening 고해상도 기능을 Image Sharpening이란 이름으로 구현한다고 발표했는데요. NVIDIA는 그 기능을 지포스 익스피리언스의 추가 기능으로 제공하고 있었다네요. 시기는 2018년 2월, 이름은 프리스타일. 초 해상도 처리 외에 다른 기능도 많이 제공한다고 강조.
NVIDIA의 반박 4: 안티 랙 기능은 4년 전에 제공
AMD의 안티 랙 기능도 4년 전에 제공했다는 게 NVIDIA의 주장입니다. NVIDIA 제어판의 3D 설정 관리에서 Maximum pre-rendered frames가 바로 그거. GPU에서 프레임을 몇 장까지 버퍼링하는지를 설정하는데, 버퍼 수를 늘림으로서 랙을 줄일 수 있다는 게 NVIDIA의 주장입니다. 그런데 이런 최대 프레임 설정은 라데온 소프트웨어에 Flip Queue Size가 있었지요. NVIDIA의 기능이 안티 랙과 똑같다고 하긴 힘들 듯.
카토메구미
