그래픽 처리 장치(GPU)

GPU란 무엇인가요?

그래픽 처리 장치(GPU)는 원래 이미지, 비디오 및 3D 그래픽을 렌더링하기 위해 설계된, 많은 계산을 병렬로 수행하도록 설계된 특수 프로세서입니다. GPU는 이제 머신러닝, 과학 시뮬레이션, 비디오 인코딩을 포함한 다른 고도로 병렬적인 워크로드도 가속화합니다.

게임이나 실시간 3D 애플리케이션에서 GPU는 장면 데이터를 처리하여 플레이어가 보는 픽셀을 생성하며, 초당 수십 번 이미지를 렌더링합니다.

GPU는 어떻게 작동하나요?

GPU는 병렬성에서 속도를 얻습니다. GPU는 소수의 강력한 CPU 코어에 의존하여 작업을 순차적으로 처리하는 대신, 대규모 작업을 많은 작은 연산으로 나누어 병렬로 처리할 수 있습니다.

GPU는 CPU와 함께 작동하며, CPU는 게임 로직과 같은 작업을 처리하고 그래픽 및 기타 병렬 워크로드를 위해 GPU에 명령을 보냅니다. 두 프로세서의 나란히 비교된 내용을 보려면 CPU 대 GPU.

GPU는 여러 핵심 구성 요소와 소프트웨어 계층에 의존합니다:

• 코어: 병렬로 많은 연산을 실행하는 처리 장치. 그들의 아키텍처와 명명 규칙은 NVIDIA GPU의 CUDA 코어와 AMD GPU의 스트림 프로세서와 같이 GPU 제조업체마다 다릅니다.
• Video memory (VRAM): GPU 가까이에 텍스처, 메시, 프레임 데이터 및 기타 리소스를 저장하는 전용 고대역폭 메모리. 통합 GPU는 일반적으로 시스템 메모리를 공유합니다.
• Shaders: 정점 위치 지정, 픽셀 색상 계산 및 컴퓨트 셰이더가 처리하는 일반 목적 워크로드를 포함한 작업을 수행하기 위해 GPU에서 실행되는 프로그램입니다.
• 드라이버 및 그래픽 API: 애플리케이션이 GPU와 통신할 수 있도록 하는 소프트웨어 계층 DirectX, Vulkan, Metal, OpenGL과 같은 API는 그래픽 명령을 내보내기 위한 인터페이스를 제공하며, 드라이버는 해당 명령을 특정 GPU 하드웨어에 맞게 변환합니다.

GPU가 프레임을 렌더링할 때 무슨 일이 일어나나요?

단일 프레임을 렌더링하는 과정은 3D 장면 데이터를 2D 이미지로 변환하는 일련의 단계인 그래픽 파이프라인을 따릅니다:

1. 제출: CPU는 사용할 메시, 재질 및 렌더링 설정을 지정하는 드로우 콜을 보냅니다.
2. 정점 처리: 버텍스 셰이더는 각 메시의 정점을 3D 씬 공간에서 이미지를 렌더링하는 데 사용되는 위치로 변환합니다.
3. 래스터화: GPU는 결과 삼각형을 화면의 잠재적인 픽셀에 해당하는 프래그먼트로 변환합니다.
4. 픽셀 음영: 프래그먼트 셰이더는 텍스처, 조명, 재료와 같은 정보를 사용하여 각 프래그먼트의 색상을 계산합니다.
5. 출력: 결과 이미지는 프레임 버퍼에 기록되고 디스플레이에 표시됩니다.

GPU의 종류는 무엇인가요?

GPU는 GPU가 위치하는 곳, 메모리에 접근하는 방식, 컴퓨팅 리소스가 제공되는 방식에 따라 세 가지 일반적인 유형으로 분류될 수 있습니다.

통합 GPU는 CPU와 시스템 리소스를 공유하므로 일반적으로 전력 효율성이 더 높고 공간이나 전력이 제한된 장치에 적합합니다.

디스크리트 GPU는 자체 처리 하드웨어와 전용 메모리를 가지고 있어, 더 높은 전력 소비와 발열이라는 대가를 치르지만 더 나은 그래픽 및 컴퓨팅 성능을 제공합니다.

가상 GPU는 원격으로 GPU 컴퓨팅 리소스를 제공하여 애플리케이션이 로컬 장치가 아닌 데이터 센터에 호스팅된 GPU 하드웨어를 사용할 수 있도록 합니다.

GPU와 그래픽 카드의 차이점은 무엇인가요?

GPU와 그래픽 카드는 종종 혼용되지만, 서로 다른 것을 지칭합니다:

모든 그래픽 카드에는 GPU가 포함되어 있지만, 모든 GPU가 그래픽 카드에 있는 것은 아닙니다. 통합 GPU는 별도의 그래픽 카드를 사용하는 대신 CPU와 동일한 칩 또는 패키지에 내장되어 시스템 리소스를 공유합니다.

GPU는 무엇에 사용되나요?

GPU는 병렬로 수행될 수 있는 많은 계산을 포함하는 작업 부하가 있는 곳이라면 어디든 사용됩니다.

• 게임 및 실시간 3D: 휴대폰, PC, 콘솔 및 기타 장치에서 게임 및 인터랙티브 경험을 위한 프레임을 렌더링합니다.
• VR 및 AR: 몰입형 뷰를 렌더링하고 특히 VR 편안한 경험에 필요한 높고 일관된 프레임 속도를 유지합니다.
• AI and machine learning: 대규모 병렬 수학 연산을 포함하는 머신러닝 모델의 훈련 및 추론을 가속화합니다.
• 비디오 및 콘텐츠 제작: 창의적인 애플리케이션에서 비디오 인코딩, 렌더링, 시각 효과 및 GPU 가속 워크플로우를 가속화합니다.
• 시뮬레이션 및 Digital Twins: 엔지니어링, 자동차 및 산업 시각화를 위한 물리, 입자, 조명 및 기타 계산 시뮬레이션을 실행합니다.
• 웹 그래픽: WebGL과 같은 API를 사용하여 브라우저가 GPU 가속을 통해 인터랙티브한 2D 및 3D 그래픽을 렌더링할 수 있도록 합니다.

GPU와 Unity

Unity에서 GPU는 활성 Universal Render Pipeline (URP) 또는 High Definition Render Pipeline (HDRP) 구성에 따라 프레임을 렌더링합니다. GPU Usage Profiler 모듈은 프레임의 각 부분이 얼마나 많은 GPU 시간을 사용하는지 보여주어 개발자가 렌더링 병목 현상을 식별하는 데 도움을 줍니다. GPU Resident Drawer는 GPU 인스턴싱을 사용하여 많은 수의 객체를 렌더링할 때 드로우 콜과 CPU 오버헤드를 줄입니다.

자주 묻는 질문(FAQ)

게임이 GPU 바운드라는 것은 무엇을 의미하나요?

게임이 GPU 바운드라는 것은 GPU가 프레임을 렌더링하는 데 CPU가 준비하는 데 걸리는 시간보다 더 오래 걸릴 때를 말합니다. 고해상도, 복잡한 셰이더, 오버드로우와 같은 렌더링 요구 사항은 GPU 프레임 시간을 증가시키고 프레임 속도를 제한할 수 있습니다. 프로파일링은 CPU 또는 GPU가 병목 현상을 일으키는지 식별하는 데 도움이 되며, Unity의 GPU 사용량 관리 가이드는 일반적인 최적화 기술을 다룹니다.

컴퓨터가 GPU 없이 작동할 수 있나요?

컴퓨터는 전용 GPU 없이도 실행될 수 있지만, 그래픽을 표시하는 대부분의 컴퓨터는 통합 또는 전용 GPU를 사용합니다. 일부 서버는 그래픽을 렌더링할 필요가 없기 때문에 GPU 없이 작동하며, 소프트웨어 렌더링은 대신 CPU를 사용하여 이미지를 생성할 수 있습니다. 하지만 CPU 기반 렌더링은 까다로운 실시간 3D 그래픽의 경우 GPU 가속보다 일반적으로 덜 효율적입니다.

GPU 벤치마크란 무엇인가요?

GPU 벤치마크는 프레임 속도, 프레임 시간 또는 종합 점수와 같은 지표를 사용하여 그래픽 또는 컴퓨팅 성능을 측정하는 테스트입니다. 합성 벤치마크는 표준화된 워크로드를 실행하여 GPU를 비교하는 반면, 실제 벤치마크는 실제 게임이나 애플리케이션에서 성능을 측정합니다. 결과는 해상도, 그래픽 설정, 드라이버 및 특정 작업 부하에 따라 달라질 수 있습니다.