이제 곧, 독립형 그래픽 카드 없이도 게임을 즐길 수 있게 될 것입니다. 특히 스팀 사용자 중 90% 이상이 여전히 1080p 해상도 이하에서 게임을 즐기는 상황에서는 더욱 그렇습니다. 인텔과 AMD의 최근 기술 발전은 통합 GPU가 저가형 그래픽 카드 시장을 재편할 것임을 예고합니다.
초기 통합 GPU 성능이 저조했던 이유
과거 통합 그래픽 처리 장치(iGPU)의 성능이 낮았던 주된 원인은 크게 메모리와 다이 크기라는 두 가지 요인에 기인합니다.
메모리 측면에서 볼 때, 고성능 메모리는 곧 우수한 성능으로 이어집니다. 하지만 iGPU는 GDDR6나 HBM2와 같은 첨단 메모리 기술을 활용하지 못하고, 시스템 RAM을 컴퓨터의 다른 구성 요소와 공유해야 합니다. 이는 iGPU가 주로 예산 게이머를 대상으로 하며, 칩 자체에 별도의 메모리를 탑재하는 것이 비용 효율적이지 않기 때문입니다. 물론 빠른 RAM을 지원하는 개선된 메모리 컨트롤러는 차세대 iGPU의 성능을 향상시킬 가능성이 있습니다.
두 번째 요인인 다이 크기는 2019년부터 중요한 변화를 겪었습니다. GPU 다이는 CPU 다이보다 훨씬 크며, 이는 실리콘 제조 과정에서 불량률을 높이는 요인이 됩니다. 다이 영역이 넓을수록 결함 발생 가능성이 커지고, 하나의 결함만으로도 전체 CPU가 쓸모없게 될 수 있습니다.
이론적인 예를 들어보자면, 다이 크기를 두 배로 늘리면 각 결함이 더 큰 영역에 떨어지게 되어 수율이 크게 낮아집니다. 결함의 위치에 따라 전체 CPU를 못쓰게 될 수도 있습니다. 이 예시는 결코 과장된 것이 아닙니다. CPU에 따라 통합 그래픽이 다이 면적의 거의 절반을 차지할 수 있기 때문입니다.
다이 공간은 다른 구성 요소 제조업체에 매우 높은 가격으로 판매되므로, 코어 수 증가와 같은 다른 용도로 공간을 활용할 수 있다면 iGPU에 많은 공간을 투자하는 것이 타당하지 않습니다. 기술이 부족한 것이 아니라, 인텔이나 AMD가 90%가 GPU인 칩을 만들 수 있지만, 제조 수율이 너무 낮아 경제성이 없을 것입니다.
칩렛 기술의 등장
인텔과 AMD는 칩렛이라는 혁신적인 해법을 제시했습니다. 최신 공정 노드의 높은 불량률로 인해, 두 회사 모두 다이를 잘라낸 후 다시 접합하는 방식을 채택했습니다. 각각의 구현 방식에는 약간의 차이가 있지만, 공통적으로 다이 크기 문제가 더 이상 주요 제약 요인이 되지 않는다는 점이 중요합니다. 칩을 더 작고 저렴한 조각으로 만들어서 다시 조립할 수 있기 때문입니다.
인텔의 경우, 이는 주로 비용 절감 조치로 보입니다. CPU의 각 부분을 제조할 노드를 선택할 수 있다는 점 외에는 아키텍처에 큰 변화는 없는 것 같습니다. 하지만 곧 출시될 Gen11 모델에는 이전 Gen9 그래픽(24 EU)의 두 배 이상인 64개의 향상된 실행 장치가 탑재되어 iGPU 성능을 대폭 끌어올릴 것으로 보입니다. AMD Ryzen 2400G의 Vega 11 그래픽이 1.7 TFLOPS인 것을 감안할 때, 단일 TFLOP 성능 자체는 큰 수치는 아니지만 인텔 iGPU가 AMD에 비해 성능이 뒤쳐졌다는 점을 고려하면 상당한 개선입니다.
AMD Ryzen APU, 시장의 판도를 바꿀 수 있을까?
AMD는 두 번째로 큰 GPU 제조업체인 Radeon을 소유하고 있으며, 이를 Ryzen APU에 활용합니다. 특히 7nm 공정 개선이 임박한 상황에서, 이는 AMD에게 매우 좋은 기회입니다. 곧 출시될 Ryzen 칩은 칩렛을 사용하지만, 인텔과는 약간 다릅니다. AMD의 칩렛은 다목적 “Infinity Fabric” 상호 연결을 통해 연결된 완전히 별도의 다이로 구성되어 있어 인텔 설계보다 더 높은 모듈성을 제공합니다. AMD는 이미 11월 초에 발표된 64코어 Epyc CPU에서 칩렛을 효과적으로 활용했습니다.
최근 유출된 정보에 따르면, AMD의 차세대 Zen 2 라인업에는 8코어 CPU 칩렛 하나와 Navi 20 칩렛(곧 출시될 그래픽 아키텍처) 하나가 통합된 3300G 모델이 포함될 가능성이 있습니다. 만약 이것이 사실이라면, 이 단일 칩은 저가형 그래픽 카드를 대체할 수 있습니다. Vega 11 컴퓨팅 유닛을 탑재한 2400G 모델도 이미 1080p에서 대부분의 게임에서 플레이 가능한 프레임 속도를 제공했으며, 3300G는 더 새롭고 빠른 아키텍처를 기반으로 할 뿐만 아니라 컴퓨팅 유닛 수도 거의 두 배에 달한다고 알려져 있습니다.
이것은 단순한 추측이 아닙니다. AMD는 설계 방식 덕분에 거의 모든 칩렛을 연결할 수 있으며, 전력과 공간만이 제한 요소입니다. AMD는 CPU당 2개의 칩렛을 사용할 가능성이 높으며, 이 중 하나를 GPU로 교체하는 것만으로도 세계 최고 수준의 iGPU를 만들 수 있습니다. Xbox One 및 PS4용 APU를 제작한 경험을 바탕으로, AMD는 PC 게임뿐 아니라 콘솔 게임 시장에서도 혁명을 일으킬 잠재력을 가지고 있습니다.
AMD는 L4 캐시처럼 더 빠른 그래픽 메모리를 다이에 통합할 수도 있지만, 현재로서는 시스템 RAM을 다시 사용할 가능성이 높으며, 3세대 Ryzen 제품의 메모리 컨트롤러를 개선할 수 있기를 기대해야 합니다.
어떤 결과가 나오든, 인텔과 AMD 모두 다이에서 활용할 수 있는 공간이 훨씬 더 많아졌다는 점은 분명합니다. 이는 적어도 iGPU 성능 향상이라는 긍정적인 결과로 이어질 것입니다. 하지만, 누가 알겠습니까? 어쩌면 두 회사 모두 가능한 한 많은 CPU 코어를 집어넣어 무어의 법칙을 조금 더 오래 유지하려고 할지도 모릅니다.