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Kyro 그래픽 카드 3종


키로?, 카이로?

대부분의 컴퓨터 사용자들이 시스템 업그레이드 시 가장 먼저 생각하는 것이 아마도 프로세서와 그래픽 카드일 것이다.  그도 그럴 것이 이 2가지 콤포넌트로 인해 사용자들이 실제 느낄 수 있는 "체감속도"에 좌지 우지 한다는 것을 알고 있다면 그렇게 놀랄 일도 아니다.  현재 프로세서 시장의 경우는 인텔 아니면 AMD, 둘 중에 하나지만, 그래픽 카드의 경우는 이번에 포함된 Kyro 와 잊혀진 그래픽 카드이지만 3dfx의 부두, Matox의 밀리니엄  G 시리즈, ATi의 Radeon, 마지막으로 업체의 선두를 달리고 있는 Nvidia까지....

우리들이 위안을 삼을 수 있는 것은 프로세서와 달리 그래픽 카드의 경우 사용자의 다양한 욕구를 맞추기 위해 그리고 다양한 별도의 용도로 구입이 가능하기 때문에, 프로세서 보다는 비교적 많은 종류들이 살아 남았으며, 지금까지도 꾸준한 신제품 개발로 인해 지금까지 발전해 오고 있다.  그런 그래픽 카드의 발전에 있어서 왕좌의 자리를 차지하기란 하늘에 별따기로 많은 유저들을 모든 욕구를 충족시키기란 사실상 쉽지 않다. 

"항상 독점은 언젠가는 소비자들을 피해자로 만든다." 란 말을 아는가?  사실 필자가 지금 만들어낸 말이다. ^^; 사실 현재로써는 Nvidia의 독주를 막을 수 있는 유일한 업체는 그 규모와 마켓 쉐어 능력으로 봤을 때는 "ATi" 밖에 없다.  하지만 요즘 들어 각광 받고 있는 새로운 그래픽 카드 칩셋인 Kyro 칩셋을 만든 STMiron 란 업체가 있다.  이 각광 자체는 사실 Hercules 라는 유명 그래픽 카드 벤더가 이 제품을 생산하면서, 그리고 기존의 Nvidia 그래픽 카드에 식상한 유저들의 욕구만 맞물리면서 너무 쉽게 유명해져 버렸다.  사실 이 업체는 게임 콘솔기인 Sega의 드림 캐스트에 적용된 코어를 이용하여 PC 시장에 진입하게 된 것이다.

Hercules에서 강력하게 이 그래픽 카드를 이용한 그래픽 카드인 3DProphet 4000 / 4500 를 만들면서 다른 그래픽 카드 제조 업체들에게도 파장이 몰려와 현재는 국내에서도 몇가지 Kyro 칩셋을 이용한 그래픽 카드를 구입할 수 있게 되었다.  이 얼마나 아름다운 일인가?  독점에 대항 하기 위한 새로운 그래픽 칩셋..   여기에서 우리는 이 새로운 그래픽 카드의 성능과 이 그래픽 카드가 가장 의의를 살펴보기로 하겠다. 
(사실 일찍부터 시작한 리뷰였는데 독자 여러분들께 늦게 소개한 점 죄송스럽게 생각한다.)

Kyro / Kyro-II

사람들이 컴퓨터 업그레이드를 하는 큰 이유는 현재보다 빠른 컴퓨터를 사용하기 위해서 한다.  그 빠른 속도를 느낄 수 있는 직접적인 것은 첫번재가 프로세서이며, 두번째가 아마도 그래픽 카드일 것이다. 이 업그레이드에 관심이 있는 힘없는 사용자들이기에 .  인텔와 AMD의  신제품 출시, 또는 가격 인하 그리고 Nvidia, ATI, Matrox 등의 큰 그래픽 카드 벤더들의 신기술 발표 및 새로운 그래픽 카드 들들은 항상 우리의 관심을 받아 왔다.

많은 프로세서의 높은 클럭에서 뿜어져 나오는 빠른 연산, 그것을 뿌려주어 사용자들에게 보여주는 그래픽 카드의 역할은 이루다 말로 표현할 수 정도로 중요하며, 그렇다 보니 많은 PC 유저들의 관심에 중앙에 서 있을 수 있는 것이다.  현재 3dfx를 인수 합병한 Nvidia는 그 기세를 몰아 붙여 모바일과 MAC 시장까지 침을 뚝뚝 흘리고 있다.  언제까지 소비자들이 Nvidia가 만든 그래픽 카드에 침을 흘려야 할까?

여기에 요즘 들어 각광 받고 있는 Kyro 칩셋에 대하여 간단한 강좌와 몇가지 제품에 대한 성능 평가를 통해 현재 다양하게 출시되고 있는 Kyro, Kyro-II 그래픽 카드가 얼마 만큼이나 제조사의 주장대로 뛰어난 성능을 보여줄 것이며 이로 인해 사용자들에게 만족할 속도와 화질을 보여줄 것인지 천천히 짚어 보도록 하자.

지금까지 발표된 3D 관련 기술

3D 그래픽은 컴퓨터 내부적으로 모델링된 세계나, 장면 장면을 2D 모니터를 통하여 보여준다.  컴퓨터가 계산하는 다양한 장면은 버텍스로 이루어진 여러 객체들 즉 삼각형 또는 폴리곤으로 표현된다.  모든 버텍스는 x, y, z 값, 색상값을 가지고 있다.  모든 폴리곤은 텍스쳐와 마찬가지로 전반적인 특성을 갖기도 하는데, 사용자가 보는 관점 즉 사물을 다른 각도를 보게 되면 그 사물은 달라지며, 표현되는 객체가 변화가 3D를 느낄 수 있으며 상호 작용을 한다.  현재까지 이것을 표현하는 하드웨어적 소프트웨어 적인 기술은 지금까지 알려지고 사용되고 있는 Transform & Lighting, Hiddeon Surface Removal, Texturing & shading 등 이다.

간단한 3D 화면 표현

실제, 사람들이 느끼고 있는 모든 물건들은 눈의 위치 죽 관점 (Point of View)에 따라 형태가 달라 진다. 좀더 컴퓨터 적으로 이야길 하면, 관점에 따라 다른 형태로 보이는 것은 그 세계에 속해있는 모든 버텍스들이 위치가 달라지면서 그 값이 달라지기 때문인데, 이에 따라 빛의 양도 달라지며, 결과적으로 객체들의 색상들까지 변화가 된다.

어떻게 보다 빠르게 이런 일련의 동작을 해야 할까?  그래서 사람들이 생각한 것은 눈에 보이지 않는 부분들이 필요가 없지 않아?   그래서 생각한 기술이 H.S.R (Hidden Surface Removal)이다.  이 기술은 눈에 마지막으로 사람의 눈을 통해서 들어오는 부분 외의 것을 연산하지 않겠다는 기술이다.  마지막으로 화면에 뿌려지는 텍스쳐와 세이딩 (명암) 은 그들이 가진 텍스쳐와 폴리곤의 상호 연관된 계산으로 보여진다.  텍스처는 우선 시스템 메모리에 로딩 되고, 각 텍스쳐 맵 (즉 텍셀)를 통하여 매핑되어 그에 대응되는 값이 적용되어 픽셀에 표현된다.  그 계산된 값들은 모니터를 통해 표현되기 전에 그래픽 카드의 메모리에 저장된다. 이런 과정이 있기 전에 해당 그래픽 카드는 보이지 않을 부분에 대한 계산을 해야 하며, 예측해야 한다.

텍스쳐링에 관련되는 대부분의 기술들은 출력되는 픽셀을 위해 보다 많은 다른 텍셀을 필요로 한다. 즉 이를 표현한 가장 간단한 기술인 Point Sample Texturing은 텍스쳐 맵에서 한 개의 텍셀 만을 사용하며 전반적인 이미지들을 나타 내게 되는데 이 기술의 단점은 많은 텍셀 들의 보간값 (Interpolated) 된 값을 사용하게 되므로 정확한 표현보다는 비슷한 색상을 표현하게 된다는 것이다.  그러니까 어떤 특수한 변수 즉 결과값을 얻기 위한 함수에서 변수에 해당되는 부분을 텍셀이라고 생각하면 될 것이다.  보다 자세하게 Kyro 칩셋에 대해서 이해하기 위해서는 지금까지 사용해 왔던 예전의 그래픽 처리 시스템을 알 필요가 있다.

기본적인 3D Systems

예전의 3D표현을 위한 알고리즘은 1960대에 개발이 되었다.  그 당시 뛰어난 성능을 가진 워크스테이션에서 사용 되었던 스틸 프레임 렌더링 CAD, 건축학 그리고 영화에 사용될 다양한 효과 등을 사용하기 위해 개발되었지만 가장 빠르게 상용화가 이루어진 부분은 다름 아닌 실시간 비행기 시뮬레이터였다.  뭐 전쟁을 위해서 개발이 되었지만 현재는 이렇게 생활 깊숙이 파고 들어 아무렇지도 않게 사용되고 있다.  사실 이 비행기 시뮬레이터는 각자의 폴리곤 들이 파이프라인을 통하여 차례 대로 뿌려 주는 기법을 통해 가능하게 되었다.  하지만 시간이 지난에 따란 기술들이 발전하면서 차후에 프로세서 보다는 어떤 특정한 하드웨어가 이를 대신하게 된다.  그렇게 해서 초기에 만들어진 그래픽 처리 기술은 "immediate mode"3D 프로세싱 과 관련이 있으며, 이것은 하드웨어가 어떤 부분의 장면을 표현하기 위해 그 장면의 모든 값을 알 필요가 없게 되었다는 의미와 일맥 상통한다.  아래의 그림을 보자.

 

대부분의 전통적인 스크린 픽셀 깊이 값을 알고 잇는 Z-Buffer 기술을 사용한다. 후에  Texturing과 Shading 은 모든 폴리곤의 모든 픽셀들이 대응되는 깊이 값을 결정지어 사용자의 관점에 다라 화면에 표현하게 되는데, 만약 표현하려는 픽셀이 그 전 화면에서 나온 값이라면, 그 깊이 값은 달라지므로 업데이트가 필요하게 될 것이다. 이런 일련의 작업 속에서 많은 픽셀들의 많은 장면, 장면 속에서 그려지게 된다.

PowerVR 3D

자 이제까지 알아봤던 기본적인 3D 처리 기술은 들을 바탕으로 현재 출시되는 많은 그래픽 처리 관련 기술들이 발전하게 되었는데 이번에 소개할 PowerVR가 가지고 있는 3D 기술은 기존의 알고리즘이 가진 쓸모 없는 텍스쳐 계산 그리고 메모리 병목 현상 등을 최소화 하겠다는 것을 그 기본으로 하고 있다. 즉 그래픽 카드에 장착된 적은 량의 메모리만을 가지고 메모리 병목 현상의 근원부터 없애려는 방법을 사용하고 있다.

PowerVR은 "Display List Renderer"  많은 폴리곤들의 그릅 3D 렌더링 하드웨어를 이용하여 디스플레이 리스트 안에 있는 모든 값이 계산 되어 진다.   기존에 사용되는 방식와 근본적으로 다른 접근방식, 어떤 특별한 장면을 조각을 나누어 즉 타일 (Tiles)과 지역 (Regions)으로 나누어 독립적으로 렌더링을 한다.  이것은 기존의 방식에 비해 4가지 정도 장점을 갖는다.

첫째, 전체의 화면을 몇 개의 독립적인 작은 집합으로 만든 지역만을 계산하므로 빈번하게 시스템 메모리 입출력이 없이 그래픽 출력을 할 수 있다.  이 기법의 기반인 HSR은 그래픽 자체 메모리를 통해 Z-buffer  그리고 디스플레이 텍스쳐 프로세싱 또 브레딩 또한 프레임 버퍼 타일을 통해 계산 되어 지는데, 이것은 기존의 시스템에서 사용할 수 있는 그래픽 칩들이 외부 메모리에서 읽어와야 하는 메모리 엑세스 타임을 없앴다는 것을 의미하며, 모든 그래픽 양산이 높은 해상도와 픽셀들이 Zbuffer 나 프레임버퍼의 값을 기다릴 필요 없이 칩셋에 들어오는 모든 클럭을 화면에 뿌려지는 객체들의 계산을 지연 없이 할 수 있다는 것을 의미한다.

두번째로, 지연된 텍스쳐 (Deferred Texturing) 즉, PowerVR의 HSR은 Texturing & Shading 전의 첫번째 파이프라인에서 완벽하게 작동한다.  이 방법의 가장 큰 이득은 눈에 보여진 픽셀들만을 추려내므로 전체적인 객체들이 필요 없기 때문에 실제 해야 할 일이 줄어 들게 되어 결과적으로 메모리까지 절약할 수 있기 때문이다.

세번째로, 정확성, 이미지 품질이다.  Z-buffering와 픽셀 브렌딩이 전반적으로 온 칩에서  성능의 감소 없이 정밀하게 계산되어 진다.  PowerVR 에서는 모든 픽셀 브렌딩이 있기 전에 트루 칼러에 해당하는 정밀도를 가지고 있다.  그 이미지가 정확한 몇 개의 투명한 레이어에 상관없이 몇 비트의 프레임버터를 가지고 있던지 성능에 감소 없이 뛰어난 이미지를 처리할 수 있다.  이 부분은 3dfx의 부두와 비슷한 부분이다.  내부적으로 모든 Z buffer 값들을 32bit로 처리하여 외부로 16bit, 24bit, 32bit 처리하게 된다.  그렇게 때문에 고해상도로 갈수록 속도의 저하가 적으며 높은 이미지 퀄러티를 가질 수 있게 된다.

네번째로, 높은 유연성이다. 이것은 PowerVR 칩셋은 화면을 독립적인 타일로 나누어 쉽고 빠르게 테이터들을 계산하기 때문에  이것은 결과적으로 시스템의 성능을 증가 시키기 된다. 

자 이제 본격적으로 Kyro 칩셋의 특징인 Tile 기반 렌더링의 장점을 알아보도록 하자.

Kyro . Kyro II Block Diagram

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