엔비디아 (NVIDIA)는 지난 2012년 게임 성능과 전력 효율 모두를 향상한 케플러 (Kepler) 아키텍처 기반의 지포스 GTX 680을 발표했고 이를 더욱 발전시킨 맥스웰 (Maxwell) 아키텍처를 2014년 2월 발표했다.
1세대 맥스웰 기반 GPU인 지포스 GTX 750/ 750 Ti는 일반적으로 신기술과 함께 등장하는 고성능 하이엔드 제품이 아닌 메인스트림급 제품으로 케플러 세대 대비 성능 및 전력 효율을 향상한 것이 특징이다.
이들 1세대 맥스웰을 이어 엔비디아는 다시 2014년 9월 2세대 맥스웰 기반으로 알려진 고성능 하이엔드 제품군인 지포스 GTX 980/ 970을 발표하며 지포스 GTX 680으로 시작된 케플러의 세대 교체를 알렸다.
하이엔드에 최신 2세대 맥스웰 아키텍처 도입
엔비디아, 하이엔드에 최신 2세대 맥스웰 아키텍처 도입
지포스 GTX 750/ 750 Ti의 기반이 되는 맥스웰은 처음 등장함에 따라 1세대로 불리는데 코어 당 성능 및 와트당 성능을 개선한 것이 특징으로 쿠다 코어와 제어 회로를 케플러보다 효율적으로 재배치했다. 이를 통해 28nm 공정을 유지하면서 성능 및 전력 효율을 향상할 수 있게 되었다.
2세대 맥스웰 아키텍처는 1세대 맥스웰을 이어받아 기본적인 구조는 유지하면서 하이엔드 고성능 GPU 개발에 주력했고 그 결과 하이엔드 시장을 위한 지포스 GTX 980/ 970이 등장했다.
기존 케플러 세대가 지포스 GTX 700 네이밍을 이용해 원래대로라면 GTX 800 시리즈가 되어야 하지만 아키텍처 개선과 새로운 기술 지원 등으로 세대 교체의 의미가 크므로 지포스 GTX 900 시리즈 네이밍이 적용됐다.
아키텍처를 보면 케플러는 192 쿠다 코어 (CUDA Cores)를 이용해 하나의 SMX를 구성했다면 맥스웰은 32 쿠다 코어와 컨트롤 로직 1개를 조합, 총 4개로 묶어 SMX 하나에 대응하는 SMM (Maxwell Streaming Multiprocessors)를 구성한다.
맥스웰 SMM은 케플러 SMX보다 작은 면적에 더 많은 쿠다 코어 탑재가 가능하고 코어 당 약 1.4배 성능, 와트당 성능도 2배 향상된다. 쿠다 코어를 32 단위로 세분화하면서 경량화하고 효율성과 활용도를 높여 성능과 사용률 개선을 통해 멀티스레드 작업 최적화와 전력 최적화가 가능해졌다.
지포스 GTX 750/ 750 Ti가 최대 5개의 SMM을 제공해 640 쿠다 코어를 구성한데 반해 지포스 GTX 980/ 970은 최대 16 SMM으로 2048/ 1664 쿠다 코어를 각각 제공한다.
메모리 인터페이스는 지포스 GTX 780 시리즈에서 384bit가 적용되었으나 256bit로 줄었다. 하지만 7Gbps의 고클럭 적용과 64 ROPs 구조와 압축 알고리즘과 캐싱 효율을 개선하는 등으로 DRAM 대역폭 요구를 줄여 효율을 높이는 메모리 아키텍처로 고해상도 고성능을 요구하는 환경에 대비했다.
2세대 맥스웰의 SMM
2세대 맥스웰은 GPC 단위로 쿼드 코어 구성은 기존과 같으나 내부적으로 GPC 1개에 8개의 SMM을 묶었다. GK104 (GTX 680)의 와트당 성능비는 2배로 높이며 스케쥴러 효율화와 쿠다 코어 성능 개선이 이루어졌다. 맥스웰은 케플러 대비 대략 25% 가량의 메모리 대역폭 요구를 줄여주며 7Gbps의 맥스웰 메모리 시스템은 케플러의 메모리 시스템으로 대비하자면 9.3Gbps의 효율을 내준다.
또한 GM204는 게임뿐만 아니라 컴퓨팅 연산을 위한 더블 프리시전을 고려 SMM 당 4개의 DP 유닛 (DP Units)으로 16 SMM에서는 총 64개의 DP 유닛을 탑재한다. 이를 통해 싱글 프리시전 5TFLOPs 처리가 가능해져 기존 지포스 GTX 780의 4TFLOPs와 지포스 GTX 680의 3TFLOPs를 앞서며 전력 효율도 개선되면서 195W를 제공한 지포스 GTX 680보다 낮아진 165W의 TDP 스펙을 제공한다.
맥스웰은 거대해진 L2 캐쉬 용량도 주목되었는데 2세대 맥스웰도 1세대와 동일한 2048KB의 L2 캐쉬를 제공하며 512KB의 L2 캐쉬를 제공한 지포스 GTX 680 (GK104)의 4배, ROPs도 32에서 64로, SMM 당 L1 캐쉬도 1세대 맥스웰의 64KB에서 96KB로 늘어났다.
게임 환경 개선을 위한 지포스 하드웨어 및 소프트웨어 조화
엔비디아는 최신 그래픽카드에 최신 기술 지원에서 더 나아가 게임의 최적화된 성능을 제공할 수 있도록 개발 초기 단계부터 게임 개발사에 기술 지원과 협력을 진행하고 있다.
The Way It's Meant To Be Played가 대표적이며 또 지포스 플랫폼은 하드웨어인 지포스 그래픽카드, 개발 툴과 PhysX 효과 등의 지원이 이루어지는 게임웍스 (GameWorks), 게임 그래픽 자동 설정을 지원하는 지포스 익스피리언스 (GeForce Experience)를 바탕으로 사용자 게임 경험을 향상한다.
2세대 맥스웰, 4K (DSR/ MFAA), VXGI/ VR Direct
엔비디아는 2세대 맥스웰을 출시하면서 1세대 맥스웰과 같이 내부 쿠다 코어 재배치와 효율 개선 외에도 새로운 기술을 소개했다. 그 기술은 DSR과 MFAA, VXGO, VR Direct다.
DSR (Dynamic Super Resolution)은 최대 4배 높은 해상도로 게임 화면을 렌더링해 화면에 맞게 리사이즈해 1080p 화면에서 4K (UHD)와 같은 고품질의 이미지를 얻을 수 있게 해주는 기술로 지포스 익스피리언스 (GeForce Experience)와 지포스 GTX 980/ 970 지원 드라이버는 제어판의 그래픽 설정에서 조절할 수 있다.
새로운 AA 기법인 MFAA (Multi-Frame Sampled AA)도 차후 드라이버를 통해 지원되는데 이 AA 기법은 각각의 샘플링 개수를 절반으로 줄이고 프레임마다 샘플 패턴을 다르게 만들어 프레임 하락을 줄이면서 화질을 높일 수 있다. 일반적으로 사용하는 4xMSAA와 비교해 4xMFAA는 4xMSAA 대비 더 나은 AA 효과를 내주면서도 프레임을 향상할 수 있다.
또 새로운 전역 조명 기법인 VXGI (Voxel Global Illumination)도 추가됐다. 2세대 맥스웰 카드가 지원하며 게임이나 그래픽의 명암 효과를 개선해 현실에 보다 가까운 조명 환경을 제공한다. 레이트레이싱은 실제와 같은 광원 효과 등을 구현 가능하지만 실시간 구현에서는 엄청난 부하가 걸리는데 엔비디아는 VXGI를 통해 실시간 처리로 부하를 줄이면서도 기존 사용되는 전역 조명 기법들을 개선할 수 있게 해준다. 엔비디아 VXGI는 2세대 맥스웰 하드웨어로 구현 가능하며 소프트웨어 처리 대비 3배 빠른 성능, 언리얼 엔진 4에서 지원하고 연말에는 주요 게임 엔진에서 지원할 예정이다.
오큘러스 VR이나 삼성 기어 VR의 등장으로 가상현실에 구현 기술이 발전하고 있는데 엔비디아는 VR 기기 지원을 향상하는 기술을 공개했다. VR Direct로 알려진 이 기술은 내부적인 드라이버 최적화, SLi 구성을 통해 2개의 GPU는 각각 좌우 GPU로 가속해 성능을 높이는 VR SLi, 이미지 품질 향상을 위한 VR DSR, AA 처리와 프레임을 높여주는 MFAA, 자동 스테레오, 가상현실 구현의 걸림돌 중의 하나인 레이턴시 (Latency)를 크게 줄여주는 Asynchronous Warp (비동기식 와프) 기술이 포함된다.
쉐도우 플레이/ 지싱크
새로 지원되는 기술 외에도 기존 엔비디아가 제공한 기술도 지원한다. 쉐도우 플레이 (Shadowplay), 지싱크 (G-Sync), Adaptive Vsync/ FXAA/ TXAA가 그것이다.
쉐도우 플레이는 케플러 (Kepler)와 같이 하드웨어 H.264 인코더를 이용해 게임 녹화를 지원하며 CPU 의존도도 감소한다. 게임의 잘림 (Tearing)과 왜곡 (Stuttering), 지연 (Latency) 현상을 완화하기 위해 사용하는 수직동기화 (VSync, Vertical-Sync)의 문제를 해결한 지싱크는 모니터 재생률 (Refresh Rate)을 GPU의 렌더링 속도와 동기화시켜 이미지가 렌더링되는 순간 화면에 바로 디스플레이 함으로써 기존 수직 동기화의 문제를 해결한다.
지싱크는 게임 성능을 그대로 부드러운 출력과 잘림 (tearing)없는 매끄러운 화면 출력과 입력 렉도 줄일 수 있게 된다. 지싱크는 모니터에 장착하는 지싱크 모듈, 지포스 GTX 650 Ti Boost와 지포스 GTX 760 이상의 케플러, 지포스 331.58 이상의 드라이버, 윈도우 7 이상의 운영체제가 필요하다.
그래픽카드 신호를 모니터에 실시간 동기화시키기 위한 기술이므로 지싱크 지원 별도 모니터가 필요하며 에이서 (Acer), 에이수스 (ASUS), 벤큐 (BenQ), 필립스 (Philips), 뷰소닉 (ViewSonic) 등이 지싱크 지원 모니터를 출시하거나 출시할 계획인 것으로 알려졌다.
어댑티브 VSync/ TXAA
게임 프레임 및 효율을 개선하는 Adaptive Vsync와 그래픽 후처리 FXAA, 하드웨어 MSAA 조합한 TXAA, 디스플레이 오버클럭도 지원한다.
또한 지포스 GTX 980은 고해상도 고성능 시스템을 위해 기존 세대와 같이 3대의 디스플레이 확장을 지원하며 서라운드 (Surround) 및 3D 비전 (3D Vision), 그리고 4K (UHD, 3840x2160) 고해상도 지원과 최적화, 4GB GDDR5 메모리 탑재, 3-Way SLi 구성을 통해 고해상도 게이밍 환경을 지원한다.
출력 지원에서도 그동안 HDMI 1.4 규격을 지원해왔던 기존 세대와 다르게 HDMI 2.0을 지원한다. HDMI 1.4는 4K 30Hz (444 RGB Pixels)와 60Hz (420 YUV Pixels)로 제한된데 반해 HDMI 2.0은 4K 60Hz (444 RGB Pixels)를 지원한다.
또한 기존 세대가 4K (UHD, 3840x2160@60Hz) 지원에 제한되었다면 5K (5120 x 3200 @60Hz) 디스플레이 해상도 구현이 가능해졌으며 케플러가 2개의 4K MST 디스플레이 지원이 최대였다면 최대 4개의 4K MST 디스플레이를 지원한다.
NVENC 하드웨어 H.264 인코더는 HEVC로 알려진 H.265 지원이 추가되었으며 케플러의 2.5배 이상의 H.264 비디오 인코드 입출력을 지원할 수 있으며 60fps 4K 비디오 인코드가 가능해졌다. NVENC는 쿠다 기본 인코딩 대비 낮은 전력과 빠른 처리 성능을 제공한다.
그 외에도 기존 지원하던 PureVideo HD와 H.264와 VC-1, MPEG-2 풀 하드웨어 가속, PIP 듀얼 스트림 디코드 하드웨어 가속, 블루레이 3D (Blu-Ray 3D) 가속을 위한 Multi-View Codec 하드웨어 가속, HDCP (High-Bandwidth Digital Content Protection) 암호화 키 테이블 및 7.1채널 HD Audio 코덱, HDMI 출력시 영상과 오디오 동시 출력, Dolby True HD와 DTS HD Master Audio, DisplayPort 1.2 규격도 지원한다.
지포스 GTX 980 기본 스펙, 레퍼런스 우선 출시
지포스 GTX 980/ 970은 GM204 GPU를 기반으로 하는 고성능 GPU로 메인스트림으로 등장한 1세대 맥스웰 (GTX 750/ GTX 750 Ti)과 다르게 하이엔드와 퍼포먼스 시장을 위해 등장했다. 고클럭 적용을 통해 더 빠른 처리 성능과 효율을 내주며 초기에는 기존 하이엔드 제품과 같이 레퍼런스가 우선 등장한다.
메모리 인터페이스는 256bit로 줄었지만 64 ROPs와 메모리 아키텍처 개선을 통해 고해상도 약점을 보완하고 있으며 특히 케플러를 이어 전력 효율이 높아지면 TDP 스펙은 165W/ 145W로 전력 효율이 개선됐다.
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