GPU란 무엇일까요? 구성, 종류, 성능, 기술

암호화폐 채굴 부터 AI까지 까지 어느순간 GPU가 컴퓨터 하드웨어에서 차지하는 중요성은 점점 올라가고 있는 것 같아요. 단순히 그래픽카드로만 알고 있었던 GPU, 이 포스팅을 보게 되면 그 동안 알고 계셨던 개념이 GPU의 극히 일부분이라는 사실을 알게되실거에요

GPU란 무엇일까요?

A. GPU의 정의
GPU(Graphics Processing Unit) 또는 그래픽 처리 장치는 디스플레이 출력을 위한 프레임 버퍼에서 이미지 생성을 가속화하기 위해 메모리를 빠르게 조작하고 변경하도록 설계된 특수한 전자 회로입니다. 복잡한 그래픽 연산을 처리하도록 설계되었으며 방대한 양의 데이터를 병렬로 처리할 수 있어 복잡한 이미지와 애니메이션을 실시간으로 렌더링할 수 있다.
B. GPU의 역사적 개요
최초의 GPU는 1999년 엔비디아에 의해 개발되었습니다. 지포스 256이라고 불렸으며 3D 그래픽을 실시간으로 처리할 수 있는 최초의 소비자 수준 GPU였으며, 이후 GPU는 크게 진화해 이제는 그래픽 처리를 넘어 다양한 애플리케이션에 활용되고 있습니다.
C. GPU의 목적
GPU의 주된 목적은 CPU에서 그래픽 렌더링을 오프로드하여 효율적으로 처리하는 것입니다. 이를 통해 시스템 성능이 향상되고 특히 게임 및 전문적인 3D 렌더링과 같이 그래픽 처리가 많이 필요한 애플리케이션에서 사용자 경험이 더욱 원활하고 응답성이 향상됩니다.

GPU의 구성과 종류

- GPU의 구성
A. 그래픽 처리 장치
GPU는 그래픽 처리 장치(GPU), 스트림 프로세서, 텍스처 장치, ROP 장치, 메모리 인터페이스를 포함한 여러 장치로 구성됩니다.
B. 스트림 프로세서
스트림 프로세서는 GPU의 구성 요소이며 특정 작업을 병렬로 실행하는 역할을 합니다. 데이터에 대한 수학적 연산을 수행하는 데 사용되며 CPU 코어와 동등한 것으로 볼 수 있습니다. GPU의 스트림 프로세서 수는 병렬 처리 능력과 전반적인 성능을 결정합니다
C. 텍스처 단위
텍스처 유닛은 3D 객체를 변환하고 음영 처리하는 텍스처 매핑 및 필터링을 담당합니다. 색상 보정, 원근 보정, 필터링 등의 작업을 수행하여 보다 사실적으로 보이는 최종 이미지를 생성합니다.
D. ROP 단위
ROP(Raster Operation Unit) 장치 또는 래스터 작동 장치는 픽셀 작업을 처리하며 프레임 버퍼에 최종 이미지 데이터를 기록하는 역할을 합니다. GPU의 ROP 단위 수는 초당 처리할 수 있는 픽셀 수인 최대 픽셀 채우기 속도를 결정합니다.
E. 메모리 인터페이스
메모리 인터페이스는 GPU의 메모리와 통신하는 역할을 하며 GPU에 데이터를 전달하고 GPU로부터 처리된 데이터를 수신하는 역할을 합니다. 메모리 인터페이스는 전반적인 GPU 성능에 중요한 역할을 하며 초당 전송할 수 있는 데이터의 양인 최대 메모리 대역폭을 결정합니다.

- GPU의 종류
A. 소비자용 GPU
소비자 GPU는 일상적인 용도로 설계되었으며 일반적으로 게임 및 홈 엔터테인먼트 시스템에 사용됩니다. 이러한 GPU는 일반적으로 전문 GPU에 비해 가격이 저렴하고 성능이 낮지만 여전히 대부분의 소비자 애플리케이션에 충분히 강력합니다.
B. 전문 GPU
워크스테이션 GPU라고도 알려진 전문 GPU는 3D 렌더링, 비디오 편집, 과학 시뮬레이션과 같은 까다로운 전문 애플리케이션에 사용하도록 설계되었습니다. 이러한 GPU는 소비자 GPU에 비해 높은 성능과 신뢰성을 제공하기 때문에, 상대적으로 더 비싸다고 보시면 됩니다.
C. 통합 GPU
통합 GPU는 CPU에 통합되어 시스템 메모리를 공유합니다. 일반적으로 독립형 GPU에 비해 성능이 떨어지지만 웹 브라우징 및 기본 이미지 편집과 같은 기본 응용 프로그램에 충분합니다.
D. 모바일 GPU
모바일 GPU는 노트북 및 기타 모바일 장치에서 사용하도록 설계되었습니다. 배터리 구동 장치의 제약 조건 내에서 작동해야 하기 때문에 전력 효율성에 최적화되어 있습니다. 모바일 GPU는 소비자 GPU와 비슷한 성능을 제공하지만 크기가 작고 전력 소모가 적습니다.

GPU의 성능과 기술

-GPU의 성능
A. 클럭 속도
클럭 속도는 GPU 코어가 동작하는 속도입니다. GHz 단위로 측정되며 클럭 속도가 높을수록 성능이 향상됩니다.
B. 메모리 대역폭
메모리 대역폭은 GPU와 초당 메모리 간에 전송할 수 있는 최대 데이터 양입니다. GB/s 단위로 측정되며 메모리 대역폭이 클수록 성능이 향상됩니다.
C. 텍스처 충전율
텍스처 필레이트는 GPU가 초당 처리할 수 있는 텍스처 수입니다. 텍스처 단위의 수에 클럭 속도를 곱하여 계산됩니다. 텍스처 채우기 속도가 높을수록 성능이 향상됩니다.
D. 픽셀 채우기 속도
픽셀 필레이트는 GPU가 초당 처리할 수 있는 픽셀 수입니다. ROP 장치의 수에 클럭 속도를 곱하여 계산됩니다. 픽셀 채우기 속도가 높을수록 성능이 향상됩니다.
E. 셰이더 성능
셰이더 성능(Shader Performance)은 그래픽 셰이더를 처리하는 GPU의 능력을 측정하는 것으로, 3D 객체를 렌더링하는 방법을 계산하는 프로그램입니다. 셰이더 성능이 높을수록 전체 GPU 성능이 향상됩니다.

-GPU의 기술
A. Ray Tracing
레이 트레이싱은 빛의 행동을 정확하게 시뮬레이션하는 3D 그래픽을 렌더링하는 기술입니다. 그것은 더 사실적이고 상세한 이미지를 가능하게 하며, 게임과 전문적인 3D 렌더링에 점점 더 많이 사용되고 있습니다.
B. Tensor core
텐서 코어는 머신러닝 작업을 가속화하도록 설계된 일부 GPU에서 볼 수 있는 특수 유닛입니다. 매트릭스 작업에 최적화되어 있으며 머신 러닝 애플리케이션의 성능을 크게 향상시킬 수 있습니다.
C. VRAM
VRAM(Video Randon Access Memory) 또는 비디오 랜덤 액세스 메모리는 그래픽 처리에 사용하도록 특별히 설계된 메모리의 한 종류입니다. 표준 시스템 메모리에 비해 속도가 빠르고 대역폭이 높아 그래픽 성능이 향상됩니다.
D. GDDR
GDDR(Graphics Double Data Rate)은 그래픽 처리를 위해 특별히 설계된 메모리의 일종입니다. 표준 시스템 메모리에 비해 속도가 빠르고 대역폭이 높아 그래픽 성능이 향상됩니다.
E. HBM
HBM(High Bandwidth Memory) 또는 고대역폭 메모리는 그래픽 처리를 위해 특별히 설계된 메모리의 한 종류입니다. GDDR에 비해 훨씬 더 높은 성능을 제공하며 하이엔드 GPU에 점점 더 많이 사용되고 있습니다.