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뉴스/이벤트

실시간 레이 트레이싱 생태계를 가속화 하다:

GeForce RTX · GeForce GTX용 DXR 


엔진 업데이트부터 흥미로운 게임개발자 도구에 이르기까지, NVIDIA와 파트너사는 GDC 2019에서 다양한 레이 트레이싱 소식발표하며 이 흥미로운 신기술을 둘러싼 생태계를 촉진시켜 나가고 있습니다


지난 수 십 년간 NVIDIA는 실시간 비디오게임 레이 트레이싱의 꿈을 이루기 위해 노력해 왔습니다. 수백만 시간에 달하는 연구 개발이 필요했고, GPU 하드웨어와 소프트웨어부터 API 업데이트와 게임 엔진, 개발 도구와 디노이저(denoiser)에 이르는 모든 것에 집중했습니다. 2018년 마침내 이러한 수고는 세계 최초 전용RT 코어 레이 트레이싱 하드웨어를 장착한 소비자 그래픽 카드인 GeForce RTX GPU 출시라는 결실로 이어졌습니다. 고충실도와 고해상도에서 실시간으로 레이 트레이싱 효과를 구동할 수 있게 된 것이죠. 

그 후 NVIDIA 소프트웨어와 개발자 팀은 노력을 계속 이어오며 레이 트레이싱 기술 최적화, 새로운 소프트웨어 개발, 개발자들의 게임 내 레이 트레이싱 성능 가속화 지원 등을 이룰 수 있었죠. 이러한 노력 덕분에 GeForce RTX GPU를 위한 레이 트레이싱 성능을 크게 향상시켰으며, 이제 오는 4월 출시 예정인 게임 레디 드라이브 업데이트를 통해 GeForce GTX 1060 6GB 이상의 그래픽 카드에서 다이렉트X 레이 트레이싱(DRX)을 구현할 수 있게 됐습니다. 

대거 확장된 RT 지원 GPU 설치 기반으로 개발자들은 레이 트레이싱 기술 채택에 더욱 박차를 가하게 될 것이며, GeForce RTXGeForce GTX 사용자들은 더 많은 게임을 경험할 수 있을 겁니다. GeForce GTX 게이머들은 낮은 RT 품질 설정과 해상도에서 레이 트레이싱을 사용할 기회를 갖게 되는 한편, GeForce RTX 사용자들은 자체 GPU 내 전용 RT 코어 덕분에 최대 2-3배 빨라진 성능을 경험할 수 있어 높은 프레임 속도에서 고품질 설정과 해상도를 사용할 수 있습니다.

레이 트레이싱 성능 분석

레이 트레이싱은 GPU가 수행할 몇 가지 새로운 워크로드를 제시합니다. 우선 첫째, 게임 속 장면에서 광선(ray)이 교차할 삼각 구도를 결정하는 것이죠. 이를 계산하는 데에는 BVH (Bounding Volume Hierarchy) 라고 불리는 계산집약적 기술이 사용됩니다. 광선 계산이 완료되면 결과물 이미지의 시각적 품질을 향상시키기 위해 디노이징 알고리즘이 적용되는데, 이를 통해 사용되는 총 광선 수가 줄어들어 실시간 프로세스가 가능해 진답니다.


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GeForce RTX GPU 상의RT 코어는 BVH와 광선/삼각구도 교차점 계산을 가속화하는 전용 하드웨어를 제공해 레이 트레이싱 속도를 앞당깁니다. GeForce GTX 하드웨어에서 이 계산은 GPU의 다른 여러 그래픽 기능과 공유되는 리소스인 쉐이더 코어(shader core)에서 이뤄집니다. 

GeForce RTX GPU가 사용하는Turing 아키텍처는 처음부터 DXR 유형 워크로드용으로 설계됐죠. 반면 2015년 출시된 Pascal은 DirectX 12용으로 설계됐습니다.


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이를 실제 적용하면 어떤 모습일지 파악하기 위해 레이 트레이싱 된 전역 조명이 특징인 Metro Exodus의 게임플레이 한 장면을 살펴볼까요?


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이 그래프는 Pascal에서 GPU사용, RT 코어가 비활성화된 Turing(RT 코어 제외한 GeForce RTX 2080 성능을 보여주기 위해 특수 소프트웨어 설정 적용), RT 코어와 DLSS 활성화된 Turing 의 성능을 각각 보여줍니다. 

Pascal 아키텍처 GPU에서는 레이 트레이싱과 다른 모든 그래픽 렌더링 작업이 FP32 Pascal 쉐이더 코어로 처리되는 걸 볼 수 있죠. 처리 시간이 오래 걸려 FPS가 낮아집니다. 

Turing 아키텍처는 FP32 코어와 동시에 작동하는 INT32 코어를 도입했습니다. GeForce RTX 그래픽 카드와 Geforece GTX 1660 Ti, GTX 1660그래픽 카드에서 볼 수 있는데요, 프레임 시간을 대폭 단축시켜주죠. GeForce RTX GPU 상의 전용 RT 코어를 활성화하면 쉐이더 코어에서 상당한 부하가 제거돼 성능이 한층 향상됩니다. 그래픽 워크로드의 레이 트레이싱 서브세트를 살펴보니 RTX 208010배 이상 빠르더군요.


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Turing 텐서 코어로 구동되는 AI 가속 기술인 DLSS를 고려해 보면, GeForce RTX 2080에서의 Metro Exodus 프레임 속도는 가장 빠른 Pascal 아키텍처 소비자 그래픽 카드인 GeForce GTX 1080 Ti와 비교해 약 3배나 더 빨랐습니다

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아래 그래프는 2560x1440에서 최대 게임 품질과 레이 트레이싱 설정으로 Pascal (GTX 1080 TI) Turing (RTX 2080)에서 레이 트레이싱 게임을 실행했을 때 성능을 보여줍니다. Turing 아키텍처 각 요소, 즉 동시 부동소수점과 정수 연산, RT 코어, 텐서 코어(DLSS) 등과 같은 쉐이더 코어 개선 사항으로 세분화 된 FPS 이점이 나타나 있죠. RT 코어 활성화/비활성화 시 RTX 2080 성능을 보여주기 위해 특수 소프트웨어 설정을 사용했습니다

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Metro Exodus 실시간 레이트레이싱 된 전역조명을 사용해 게임 속에서 조명이 변화하고 상황이 발생함에 따라 실시간으로 업데이트 되는 사실적 비간접 조명으로 움직임이 있는 장면을 렌더링 합니다. , 빛이 자연스럽게 반사되며 주변 상황을 밝혀주고 비춰주죠. 해가 움직이거나 창문이 열리면 방 안의 빛도 사실감 있게 달라지며, 완전히 새로운 조명이 방을 채우게 된답니다. 

이를 위해서는 픽셀마다 광선이 적용되어야 하는데, 그렇기에 단순한 효과를 렌더링 하는 것보다 레이 트레이싱 된 전역 조명에 훨씬 더 많은 성능이 집중되죠. 이 경우RT 코어가GTX 1080 Ti보다 최대3배 빠른 RTX 2080로 성능을 향상시켜 준답니다

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Shadow of the Tomb Raider는 향후 출시될 버전에 레이 트레이싱 그림자를 구현해 기존 그림자를 향상시키고, 기존 래스터화 기법을 넘어서는 새로운 몰입적 실시간 그림자를 적용할 예정입니다. 이 경우 RTX 2080GTX 1080 Ti보다 최대 2배 빠른 성능을 보이죠

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Battle Field-VDXR 반사는 물, 유리, 거울, 금속 등 반사 표면에만 적용됩니다. 이 방법을 사용하면 필요한 광선 수가 줄어들어 GPU 전반에 걸쳐 성능을 향상시킬 수 있죠.

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3DMark Port Royal)은 반사와 그림자 모두에 레이 트레이싱을 적용합니다. 다양한 효과에 레이 트레이싱을 사용하면 GPU 상의 RT 워크로드에 부담이 가중되는데요, 30FPS 이상으로 벤치마크를 실행하려면 RT 코어 사용이 필수적입니다. 

위 차트에서 볼 수 있듯이 레이 트레이싱 성능은 게임마다, 효과마다 다릅니다. Battle Field V 속 레이 트레이싱 된 반사는 Metro Exodus 속 전역 조명 효과나 섀도우 오브 툼 레이더 속 그림자 효과에 비해 계산 부하가 덜하죠. Atomic Heart 3D Mark Port Royal과 같이 여러 레이 트레이싱 효과를 사용하는 게임이라면, 특수 RT 코어를 사용해 한층 뛰어난 성능 이점을 누릴 수 있습니다. 

GeForce GTX 드라이버 지원: 곧 출시됩니다

레이 트레이싱 된 게임은 DirectX 12 DirectX 레이트레이싱 API인 DXR에 기반해 제작되므로, 오는 4월 출시 예정인 게임 레디 드라이버로 DXR이 활성화 되면, 지원되는 GeForce GTX 그래픽 카드는 게임 업데이트 없이도 작동합니다. 이 업계 표준 API는 RT코어와 같은 전용 하드웨어 유닛과 GPU의 범용 쉐이더 코어와 호환되는 컴퓨팅식 레이 트레이싱 워크로드를 사용합니다

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PASCAL TURINGGPU를 장착한 노트북도 사용할 수 있습니다. 

RT 코어와 같은 특수 하드웨어 없이 업데이트만으로 활성화 할 수 있는 것은 기본 레이 트레이싱 기능을 구현할 충분한 성능과 메모리를 갖춘 GeForce GTX GPU 뿐이며, 레이 트레이싱 워크로드는 다른 모든 그래픽 렌더링 작업과 동시 진행되므로 GPU에 상당한 부하를 가져온다는 점 유념하세요. 

실시간 레이 트레이싱은 그래픽의 재발견입니다. 이제 Unreal EngineUnity에서 엔진지원을 사용할 있으며, 흥미로운 콘텐츠도 만나볼 수 있습니다. 이번 주 GDC에서 몇 가지 발표가 더 있을 예정이랍니다. 여기서 끝이 아닙니다. 실시간 레이 트레이싱을 둘러싼 모멘텀은 계속 커지고 있죠. 

GeForce 홈페이지를 통해 드라이버 릴리스 소식과 게임 관련 발표에 대한 GDC 2019 기사를 확인해 볼 수 있습니다. 궁금한 점이나 피드백은 여기로 보내 주시면 엔비디아 전담 팀에 전달됩니다.