[e돋보기] GPU

[양태훈기자] GPU(Graphic Processing Unit), 그래픽처리장치는 그래픽 데이터를 모니터(화면)로 전달하는 장치를 말한다.

GPU는 물체의 위치나 시점, 광원의 방향 등 좌표 계산을 통해 3차원 공간에 원하는 가상의 물체를 만들 수 있는 '지오메트리(Geometry)'와 수학방정식을 기반으로 점, 선, 다각형 등 물체를 컴퓨터에서 보여주는 벡터 그래픽스를 픽셀 패턴 이미지로 변환하는 '래스터화(Rasterization)'로 구성돼 있다.

여기에 프로그램의 구조 설계 시 계층구조를 만들고, 각 기능을 모듈에 대응시키는 '복합 설계(Composite)'까지 포함된다.

예컨대 각종 응용프로그램이 데이터 처리를 위해 호출할 수 있는 함수의 집합인 그래픽응용프로그램인터페이스(API)를 불러오면, 지오메트리가 3차원 공간의 데이터를 2차원 공간의 데이터로 전환하고 래스터화 및 복합설계를 통해 영상을 구성하는 조각(픽셀)의 색상, 화면의 깊이, 표면 무늬(텍스처)가 표현되는 것.

GPU라는 용어는 지난 1999년 엔비디아가 그래픽카드 '지포스(GeForce)'를 출시하면서 처음 사용되기 시작했다. 중앙처리장치(CPU)의 도움 없이 자체적으로 폴리곤(Polygon, 3차원 그래픽을 구성하는 도형)의 변형 및 광원 효과를 구사하는 기능을 제공하는 게 특징.

과거 GPU는 CPU에서 연산한 내용을 그대로 화면에 전달하는 일종의 변환기 역할을 담당했다면 지포스가 게임 등의 다양한 멀티미디어 콘텐츠에 3차원(3D) 그래픽이 적극 도입되면서 높은 연산능력을 제공하는 개념의 'GPU'가 새롭게 등장하게 됐다.

지포스 출시 1년 후인 지난 2000년, 엔비디아 외 ATI(현재의 AMD)도 '라데온(Radeon)'이라는 GPU를 출시하며, 양사는 현재까지 GPU를 개발 이에 적합한 그래픽카드 설계 표준(기판, 비디오메모리, 전원부 등)을 제시해 에이수스(ASUS)나 MSI, 갤럭시(Galaxy), 기가바이트(Gigabyte), 조택(Zotac) 등의 제조사를 통해 그래픽카드를 생산·판매하고 있다.

지난 2008년부터는 애플이 자사 '아이폰'에 이미지네이션 테크놀로지(이하 이미지네이션)의 모바일 GPU '파워VR'을 도입하면서 스마트폰 및 태블릿PC 등의 모바일 기기에도 GPU가 적극 도입돼 기기의 성능을 결정하는 주요 척도로 평가되고 있다.

모바일 GPU는 스마트폰에 탑재되는 CPU, 애플리케이션 프로세서(AP, Application Processor)에 내장되는 GPU를 말한다.

PC 영역에서 활용되는 GPU와 달리 칩만으로 제작되기 때문에 효율적인 전력 성능 및 집적 면적을 최소화시키는 것이 기술력의 중요한 부분으로 평가된다.

현재 이미지네이션의 파워VR, 퀄컴의 아드레노(Adreno), ARM의 말리(Mali) 등이 주요 모바일 GPU로 시장에서 높은 점유율을 유지하고 있으며, 삼성전자나 LG전자, 애플 등의 주요 모바일 기기 제조업체가 자사의 프리미엄 제품에 이들 모바일 GPU를 적극 탑재하고 있다.

이들 모바일 GPU는 이미지네이션 및 퀄컴, ARM이 직접 제조하는 방식이 아닌 인텔, 삼성전자 등의 위탁생산(파운드리) 업체에 반도체 설계 자산(IP)를 공유해 생산된다.

한편, 최근 GPU는 매끄러운 실시간 반응 구현 및 높은 그래픽 데이터 연산을 즉각적인 처리를 요구하는 '가상현실(VR)' 및 실제에 가까운 그래픽 구현과 편집·제작 속도를 단축, 시각효과를 극대화할 수 있는 시스템 구축을 요구하는 영화, 애니메이션 등의 '그래픽 기반 산업' 분야로 활용범위를 넓혀가고 있다.

특히, 엔비디아는 CPU 대비 연산 집약적 처리성능이 높아 대용량 데이터 처리에 유리한 GPU를 적극 활용, 슈퍼컴퓨팅 분야에 GPU 기술을 적극 적용·확대하고 있다.