게임 개발 환경은 빠르게 변화되고 있는 가운데 최근의 그래픽 API 개발 트렌드는 그래픽 처리의 부하를 증가시키는 오버헤드를 줄이는 방향이며 AMD가 먼저 로우 레벨 (Low-Level) API인 맨틀 (Mantle)을 발표하면서 구체화되기 시작했다.
맨틀에 이어 DirectX 12와 OpenGL 역시 드라이버의 오버헤드를 줄여 그래픽 처리의 향상과 CPU 사용 효율을 증가할 것으로 알려졌으며 이러한 개발 방향은 전력 효율성과 함께 앞으로의 게임 개발 환경을 이끌 것으로 예상된다.
GDC 2014 행사를 통해 발표된 DirectX 12
이중 지난 3월 20일 발표된 DirectX 12는 PC뿐만 아니라 태블릿과 스마트폰, 게임 등 다양하게 활용 가능 가능해 앞으로의 가능성이 높은 그래픽 API이면서 게임 개발 환경에서 중요하게 다루어지는 API인 만큼 마이크로소프트 (MS, Microsoft)가 GDC 2014 (Game Developer Conference)에서 소개한 내용을 정리해봤다.
DirectX 12, 어떻게 달라지나?
MS는 DirectX 9에서 버텍스 쉐이더와 픽셀 쉐이더를 구분해 따로 처리해왔으나 DirectX 10에서 통합 쉐이더 방식으로 상황에 맞는 처리가 가능해졌으며 DirectX 11에서는 그래픽 하드웨어에 테셀레이터를 내장해 하드웨어 의존도를 줄이면서 그래픽 처리를 개선하는 테셀레이션 (Tessellation)을 도입했다.
하지만 DirectX 10에서 줄여온 CPU의 오버헤드 처리는 여전히 그래픽 성능을 저하시키는 요인 중 하나였는데 이번 DirectX 12에서는 이와 같은 부분의 개선이 이루어질 것으로 알려졌다.
1. GPU 직접 접근성을 높인 로우 레벨 (Low-Level) API
현재 GPU 성능은 지속적으로 발전하고 있으며 싱글 스레드 CPU 성능 증가는 점점 느려지고 있다. 대신 CPU 코어는 증가하고 있으나 코어 수가 성능에 획기적인 영향을 미치지는 못하고 있다. 개발자 역시 콘솔과 같은 개발의 편의성을 제공하는 API와 더 많은 컨트롤과 어플리케이션 및 GPU의 오버헤드 제거, 진보된 렌더링 기술과 다양한 지원 가능성을 요구하고 있다.
이렇게 만들어진 것이 DirectX 12로 로우 레벨로의 접근 향상과 주소와 렌더링의 오버헤드, 리소스 관리 향상 이루어진다. 이처럼 DirectX 12는 맨틀 API와 같이 응용소프트웨어가 하드웨어에 직접 접속해 제어하는 로우 레벨 엑세스 (Low-Level Access)를 강화한 그래픽 API로 정의할 수 있다.
개발 방향은 개발자에게는 하드웨어에 대한 직접적인 통제 권한을 부여해 기존보다 다양한 그래픽 환경과 처리를 가능하도록 하면서 CPU 오버헤드는 줄이고 사용률을 높여 그래픽 게임 환경에서 보다 원활한 성능을 내주도록 하는 것이 목표다.
DirectX 12는 GPU에 기존보다 더 직접적인 접근이 가능해지면서 빠르고 더 복잡한 화면, GPU의 성능 향상에 따른 해상도 및 렌더링 품질 향상이 가능해진다.
성능 향상을 위해 마이크로소프트는 파이프라인 처리 단계와 작업 효율, 리소스 액세스를 개선한다. DirectX 12에서는 DirectX 11이 해당 단계를 끝내고 지연이 이루어지는 과정에서 발생하는 병목 현상을 최소화할 수 있게 GPU에 직접 접근이 가능해지면서 이에 따른 오버헤드도 줄일 수 있게 된다.
2. 오버헤드 줄이고 CPU 사용률 향상하는 DirectX 12
그동안 CPU 오버헤드는 GPU와 CPU 성능 향상에 따른 잠재적인 가능성을 이끌어내지 못하는 요인 중의 하나로 CPU 처리가 하나의 코어에 부하가 집중되어 효율성이 떨어지고 GPU에 넘기는 과정과 로드에 따른 병목현상을 유발해왔다. 이는 CPU가 하나의 코어에만 처리가 집중되어 진행되면서 멀티 코어를 최대한 활용하지 못하고 GPU는 한정된 작업량만을 넘겨 받아 여분의 GPU 자원은 남겨두므로 시스템에 제공하는 성능을 제대로 활용하지 못하는 원인으로 작용했다.
이로 인해 멀티 코어 환경이 개선된 현재도 이의 최적화가 이루어지지 않아 게임 성능을 저하하는 원인으로 작용하고 있다. AMD가 발표한 맨틀 (Mantle)은 코어를 최적화하고 CPU 오버헤드를 줄임으로써 게임 성능 향상을 이끌어내도록 했다. DirectX 12에서도 이와 같은 CPU의 오버헤드를 줄이면서 작업 효율을 늘리고 멀티 코어 활용성과 메모리 관리를 비롯한 전반의 관리를 효율적으로 다루어 성능을 향상하도록 했다.
마이크로소프트는 DirectX 12의 두 가지 주요한 개선이 더 향상된 스레드 작업과 이를 통해 CPU 사용률이 50% 향상된 것이라고 전했다. 3DMark의 DirectX 11 환경과 DirectX 12로 포팅한 환경의 작업을 소개하면서 DirectX 11에는 하나의 CPU 즉 멀티 코어 CPU 중에서 스레드 하나에 부하가 몰렸지만 DirectX 12에서는 나머지 스레드에도 분산 작업을 통해 각 CPU 스레드의 작업 시간은 늘어났지만 전체 CPU 실행 시간을 절반 이하로 줄일 수 있게 되었다.
DirectX 12는 각 코어의 아이들 시간은 증가했지만 멀티 스레드 지원 환경에서 실행 시간 및 드라이버 오버헤드를 줄여 효율적인 처리가 가능해졌다. 이는 동일한 시간에 더 많은 작업을 처리할 수 있다는 것이며 CPU가 GPU에 넘기는 작업량도 그만큼 늘어난다. 이렇게 되면 GPU의 활용도가 높아져 GPU 처리 성능이 중요해지며 높은 성능의 GPU일수록 향상된 성능을 내줄 수 있다.
DirectX 12를 발표하면서 Xbox One 게임인 Forza를 DirectX 11.X에서 DirectX 12 포팅으로 PC에서 구현한 테크 데모도 시연되었는데 게임 프레임은 60fps로 동작하는 화면이 공개됐다. DirectX 12 포팅에는 4명이 한달내에 처리가 가능했다고 전했다.
그래픽카드 제조사는 DX 12 지원 예정
AMD GCN 카드와 엔비디아 페르미/ 케플러/ 맥스웰 GPU가 지원
그동안 새로운 DirectX 버전이 발표되면 그에 맞는 새로운 GPU를 요구했는데 새로 공개된 DirectX 12는 DirectX 11 지원 하드웨어도 DirectX 12를 지원할 것으로 알려졌다. AMD와 엔비디아 (NVIDIA)는 GDC 2014 행사를 통해 자사의 DirectX 11 그래픽카드가 DirectX 12를 지원할 것이라고 밝혔다.
AMD는 GCN (Graphics Core Next) 기반의 그래픽카드, 엔비디아는 DX11을 지원하기 시작한 페르미 (Fermi)와 케플러 (Kepler), 그리고 차기 맥스웰 (Maxwell) 기반 그래픽카드가 지원한다.
인텔도 DirectX 12 지원에 대해 4세대 코어 프로세서 하스웰 (Haswell)에서 DirectX 12 지원할 것으로 밝힌 바 있어 CPU와 GPU가 통합된 프로세서의 지원도 확대될 예정이다.
하지만 DirectX 12의 모든 기능이 아직 공개되지 않았고 DirectX 12를 적용한 게임의 등장까지는 앞으로 시간이 소요되는 만큼 DirectX 12 전용 GPU 요구될 가능성도 있다. 다만 DirectX 11 지원 그래픽카드로 성능 향상을 위한 기능이나 지원이 가능한 만큼 DirectX 12를 활용은 가능할 것으로 보인다.
한편 에픽 (Epic) 팀스위니 (Tim Sweeney)는 엔비디아 및 마이크로소프트와 긴밀한 협력 관계를 형성하고 있는 가운데 언리얼 엔진 4 (Unreal Engine 4)를 통해 DirectX 12를 지원할 예정이다.
DX 12 운영체제 지원은 어떻게 되나?
MS는 DirectX 10을 윈도우 비스타 (Windows Vista)에 도입했고 후속인 윈도우 7 (Windows 7)이나 그 이상에서도 지원하도록 했다. 이후 등장한 DirectX 11 (DirectX 11.1 일부 기능 포함)은 윈도우 7, DirectX 11.X는 윈도우 8/ 8.1 (Windows 8/ 8.1)에서만 사용 가능했다.
DirectX 12는 윈도우 8/ 9에서만 지원하나?
현재까지 알려진 바로 DirectX 12도 윈도우 비스타의 DirectX 10 지원처럼 차기 운영체제인 윈도우 8/ 8.1/ 9 (Windows 8/ 8.1/ 9)에서 지원할 것으로 예상된다. 시장에서는 여전히 주력 운영체제가 윈도우 7인 상황에서 차세대 운영체제에서만 지원하게 된다면 과연 시장에서의 경쟁력을 확보할 수 있을지는 미지수다.
실제로 윈도우 비스타에서는 윈도우 XP와 차별을 두기 위해 DirectX 10을 지원했으나 윈도우 7으로 빠르게 넘어가고 윈도우 8이 등장하면서 DirectX 11 지원이 시작되면서 대부분의 게임 개발사는 DirectX 10보다는 DirectX 9와 DirectX 11을 지원에 힘을 실어 최근에는 DirectX 10 지원 게임을 찾아보기 쉽지 않아졌다. 그만큼 가장 많이 사용하는 운영체제인 윈도우 7의 지원 여부가 DirectX 12 지원에 영향을 줄 것으로 전망된다.
DX 12 vs 맨틀 vs OpenGL 경쟁과 가능성은?
AMD GCN 아키텍처 그래픽카드가 지원하는 맨틀은 오버헤드를 줄여 보다 높은 그래픽 성능을 발휘하도록 하는 로우 레벨 API다. 최근 공개된 DirectX 12와 OpenGL 역시 GPU의 직접적인 접근을 향상하는 로우 레벨 접근성을 높인 API로의 변화가 이루어진 만큼 3가지 API는 격돌이 불가피하다.
하지만 3가지 서로 다른 API의 시장 선점을 논하기에는 아직 이른 시점이다. DirectX 12와 OpenGL 새로운 버전은 이제 일부 내용이 공개된 상황이고 이를 적용한 환경을 찾아보기는 어렵기 때문이다. DirectX 12는 2015 하반기 지원 게임 등장이 예상된다.
DirectX 12 vs AMD 맨틀 vs OpenGL
다만 AMD는 맨틀 API를 가장 먼저 발표한 만큼 가장 빠른 행보를 보이고 있다. 다이스 (DICE)에서 프로스트바이트3 엔진을 기반으로 한 배틀필드 4 (BattleField 4), 그리고 최근 패치로 맨틀을 지원하는 리부트 씨프 (Thief) 등과 앞으로 여러 게임들에서 지원이 예상되고 있다.
최근 AMD는 게임 개발사와 게이밍 이볼브드 파트너십 체결, 주요 게임 엔진과의 맨틀 지원 파트너십 체결, 크라이텍의 크라이엔진에서 맨틀 지원을 발표했다. 이에 따라 이를 적용할 게임의 등장에 따른 시간이 남아있는 DirectX 12나 OpenGL 최신 버전보다 빠른 대응과 최적화가 가능하다.
그러나 그동안 그래픽 표준 API를 이끌어온 마이크로소프트와 제반 환경을 갖추어온 DirectX나 OpenGL의 파급력도 무시하기는 어려운 만큼 올해를 지나 본격 등장이 예상되는 내년 하반기를 전후해 주요 API들의 각축이 예상된다.
[영상] PC시장 관점에서 보는 명암이 갈린 인텔과 AMD의 2024년 2분기 실적,그리고 PC 시장의 미래는? 
