| AMD에서는 인정하기 싫겠지만, 지금까지 외장 그래픽 카드 시장은 NVIDIA가 수년간 압도적인 우세를 보이고 있으며, 특별한 일이 없다면 당분간 이런 추세가 이어질 것으로 전망된다.
과연 외장 그래픽 카드 시장의 추세는 다음 세대에서도 계속될 것인가?
서서히 그 윤곽이 드러나고 있는 AMD와 NVIDIA의 차세대 그래픽 카드에 대해 잠시 점검해보는 시간을 갖도록 하겠다.
AMD 폴라리스와 NVIDIA 파스칼, 전성비 개선
AMD와 NVIDIA의 차세대 GPU 아키텍처는 코드네임 폴라리스(Polaris)와 파스칼(Pascal)로 불리고 있는데, 우선 이들의 공통점부터 살펴보자.
현재까지 알려진 이 둘의 공통점은 바로 현재 GPU가 28nm 공정 기반으로 생산되는 것과 달리, 차세대 공정으로 개선되어 소비전력이 대폭 개선될 것으로 기대된다는 점이다. AMD에서는 NVIDIA의 지포스 GTX 950과 비교해 동일 성능에서 약 60%(시스템 단위) 수준의 전력만을 소비한다는 점을 강조했다.
단지, 자사 제품간의 비교가 아니기에 라데온 300시리즈와 비교해 얼마나 개선되었는지 판단하기 애매하지만, 동일 세대, 동급 제품일 경우 경쟁사 제품과 비교해 소비전력이 높았던 점을 감안하면 개선되었다는 점만은 사실로 볼 수 있을 것이다.
반면, NVIDIA의 경우 현재 맥스웰 기반 GM200코어의 전성비 25FLOPS/watt와 비교해 파스칼 기반 GP100의 전성비는 35FLOPS/Watt로 약 40% 개선되었음을 전하고 있는데, 양사 모두 비교 대상이 다르기는 하지만 이같이 전성비 개선을 내세우는 것에는 다음과 같은 공통점이 배경에 있다.
공정 미세화 및 3D 트랜지스터 도입
NVIDIA와 AMD 차기 GPU 경쟁, TSMC 대 GF와 삼성 연합의 파운드리 경쟁 전망
NVIDIA의 파스칼은 TSMC의 16nm FinFET 공정, AMD는 파운드리사를 명시하지는 않았지만, 14nm FinFET 공정 기반이라는 점이 알려져 있어 삼성 - 글로벌파운드리 연합을 통해 생산할 것으로 분석되면서, 양 파운드리 진영간의 수율 경쟁 양상까지 띄게 되었다.
16nm/ 14nm FinFET 공정은 현재 28nm 대비 40% 이상 미세화된 것으로, 특히 인텔 3D-Tri 게이트와 유사한 FinFET 구조를 통해 기존 2D 기반 설계와 비교해 성능 및 소비전력 개선에 유리하다.
폴라리스와 파스칼에 도입될 FinFET 공정의 효율 개선이 어느정도인지 공개된 정보는 없지만, 인텔 3D-Tri 게이트의 경우 누설전류를 잡아 동일 성능에서 50% 전력 절감 효과, 저전력 상태에서 37% 성능 개선이 가능한 것으로 알려졌다.
2세대 HBM과 GDDR5X의 차세대 메모리 도입
파스칼과 폴라리스에 적용될 또 다른 공통점인 2세대 HBM은 AMD 라데온 R9 퓨리(Fury) 시리즈의 Fiji GPU에 적용된 1세대 모델의 개선 버전으로, 스택당 최대 256GB/s 대역폭과 8GB 용량을 지원, 최대 1TB/s 대역폭과 32GB 용량 구현이 가능해진다.
따라서 4K UHD 고해상도 디스플레이가 보급과 함께 기본 메모리 요구량이 늘어나는 최신 게임에서 성능 저하없이 게임을 즐기기에 무리가 없을 것으로 기대되며, SK하이닉스측에 따르면 GDDR5 메모리 대비 대역폭에서 57%, 소비전력에서 48% 개선이 이뤄졌다.
한편, 현재 HBM 기반의 Fiji GPU 기반 모델들의 초기 가격을 보면 알겠지만, AMD와 NVIDIA의 2세대 HBM 기반 그래픽 카드들은 고가의 플래그십 모델들이 될 것으로 예상되는데, 이에 따라 하이엔드/ 퍼포먼스급 모델에는 현재 주력 그래픽 모메리인 GDDR5보다 최대 2배의 대역폭을 갖춘 GDDR5X 메모리가 탑재될 것으로 점쳐지고 있다.
GDDR5 메모리와의 호환성을 유지하면서 최대 두 배의 대역폭 구현이 가능한 GDDR5X는 2015년 9월 마이크론에서 언급한 새로운 메모리 규격으로, 2016년 1월 반도체 표준화 기구인 JEDEC에 의해 공식 표준으로 채택되었다.
GDDR5X의 초반 모델은 GDDR5 메모리의 최대 대역폭보다 20% ~ 40% 가량 높은 대역폭에 머물 것이라는 관측이 나오고 있지만, 이것만으로도 상당한 추가 대역폭 확보가 가능해지므로, 성능 향상을 기대할 수 있을 것이다.
성능 개선을 위한 새로운 GPU 디자인
AMD 폴라리스와 NVIDIA 파스칼의 아키텍처에 대한 세부내용은 알려지지 않은 상황이지만, 현재까지 공개된 양 아키텍처의 주요 특징을 정리했다.
올초 CES 2016에서 AMD RTG(Radeon Technologies Group)이 공개한 내용에 따르면 4세대 GCN 아키텍처인 폴라리스는 하드웨어 스케줄러, 명령어 프리페치(Pre-Fetch), 쉐이더 효율 향상, 메모리 압축 기술등이 개선되었으며, 구조적으로는 지오메트리 프로세서, 커맨드 프로세서, 메모리 컨트롤러, 멀티미디어 코어, 디스플레이 엔진등이 새롭게 디자인 된 것으로 소개되었다.
현재까지 알려진 내용에 따르면 AMD의 차세대 아키텍처인 폴라리스는 기존 GCN 설계를 유지하면서 내부 아키텍처에 대대적인 변화가 이뤄진 것으로 판단되는데, 이들 변화가 사용자에게 어떤 메리트를 제공할지는 실제 제품이 등장한 후에 판단할 수 있을 것이다.
NVIDIA 파스칼 아키텍처 역시 AMD 폴라리스와 같이 상세 내용은 확인되지 않고 있는데, 그중에서 눈에 띄는 점은 바로 NVLink의 도입 및 통합 메모리 기능이다.
NVLink는 PCIe 기반의 연결보다 고성능, 다중 연결을 위해 디자인된 새로운 인터페이스로, 현재 PCIe 3.0 x16이 최대 16GB/s 대역폭을 제공하는 것과 비교해 다섯 배인 80GB/s 대역폭을 구현하며, 특히 CPU를 중심으로 이루어지는 멀티 GPU 구성과 달리 GPU간의 상호 연결이 가능하므로 멀티 GPU 스케일링에서 다섯 배 이상의 대역폭을 지원한다.
또한 CPU와 GPU 메모리를 단일 메모리 블록으로 활용할 수 있는 통합 메모리 기능을 지원, 프로그래머는 데이터가 어느쪽의 메모리에 있든지 구애받지 않고 데이터를 활용할 수 있게 된다.
단지, 지금까지 그래왔고, 앞으로도 그럴 것으로 예상되는 바, 이들 신기술을 현 플랫폼에서 활용할 수 있을지, 활용할 수 있다해도 효용성은 어느정도일지를 판단하기 위해서는 실제품의 테스트가 필요하다.
NVLink의 경우 IBM Power CPU의 차기버전에 도입될 예정인 점을 감안하면, 일반 사용자 보다 GPU 컴퓨팅 활용도가 높은 데이터 분석이나 기계 학습 등 고성능을 필요로하는 엔터프라이즈 분야에 활용도가 높을 것으로 전망된다.
홍보에 열심인 AMD vs 은근 조용한 NVIDIA, 차세대 GPU 전쟁 승자는?
AMD의 폴라리스와 NVIDIA의 파스칼
은근히 비슷한 면이 많지만 이를 대하는 양사의 관점은 차이가 있는데, AMD는 전통적으로 강점이라 평가받는 색감 및 디스플레이 영역을, NVIDIA는 지금까지와 같이 성능을 전면에 내세우고 있다.
CES에서 폴라리스 아키텍처를 공개하기 전에 AMD가 공개한 차세대 라데온 그래픽 카드의 주요 특징을 정리하면 4K HDR과 10bit 컬러, HDMI 2.0(FreeSync) 및 DisplayPort 1.3 지원, H.265 main10 프로파일 디코드 지원 및 4K H.265 60FPS 인코드 지원을 들 수 있는데, 어느모로보나 평소 AMD의 장점으로 꼽히는 디스플레이 부분을 강화하려는 모습이다.
반면, NVIDIA는 CES 2016에서 자율주행 차량의 인공지능 구현을 위한 '드라이브 PX 2'에 듀얼 파스칼 GPU를 탑재, 12 CPU 코어와 함께 8TFLOPS의 연산 성능을 기반으로 초당 최대 24조개의 딥 러닝 수행이 가능한 점을 강조하며 성능을 앞세우는 모습을 보이고 있다.
전성비 개선과 함께 디스플레이 분야에 집중하는 양상의 AMD 폴리라스와 성능을 강조하는 NVIDIA 파스칼 중 차세대 그래픽 카드 시장의 주도권을 쥘 쪽은 어디가 될 것인가?
AMD는 폴라리스의 출시를 컴퓨텍스가 개최되는 6월쯤으로 예상되는 2016년 중반으로 계획하고 있으며, NVIDIA의 파스칼 출시는 2016년 상반기 중으로 예상되고 있는데, 계획대로라면 6월 경이면 결론이 날 것이다.
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하지만 NVIDIA 파스칼 GPU의 제조를 담당한 TSMC가 16nm 공정의 우선 순위에서 애플과 화웨이에 밀려 2017년은 되어야 출시될 것이라는 관측이 나오고 있는데, 이 시나리오가 사실이라면 예전의 라데온 HD 5000 시리즈 등장 이후 반년이나 출시가 늦었던 지포스 400 시리즈의 재림, 즉 AMD에 호기가 될 것으로 예측된다.
단지, 글로벌파운드리의 14nm 수율과 삼성의 빅칩 제조 경험 문제등이 엮여있는만큼 차세대 GPU 경쟁이 어떤 식으로 흐를지 예측하는 것은 언제나처럼 쉽지 않으나, 어쨌든 소비자 입장에서야 이들의 경쟁을 지켜보다 마음에 드는 것으로 사면 될 것이다. |
