비디오 디스플레이 컨트롤러
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1. 개요
비디오 디스플레이 컨트롤러(VDC)는 비디오 신호를 생성하고 디스플레이를 제어하는 데 사용되는 여러 유형의 장치를 총칭한다. 초기 VDC는 비디오 시프터와 CRT 컨트롤러 형태로 나타났으며, 이후 비디오 인터페이스 컨트롤러와 비디오 보조 프로세서로 발전했다. 1980년대 NEC μPD7220과 같은 칩은 개인용 컴퓨터에서 널리 사용되었으며, 그래픽 처리 장치(GPU)의 등장으로 VDC는 2D 그래픽 처리와 디스플레이 제어 역할을 담당하게 되었다. 현대에는 GPU, APU, SoC에 통합되어 다양한 디스플레이 인터페이스를 지원하며, KMS 드라이버 및 AMD Eyefinity와 같은 기술을 통해 다중 모니터 환경을 구성할 수 있다. ARM 홀딩스는 3D 렌더링 가속과 디스플레이 컨트롤러에 대한 독립적인 SIP 코어를 제공한다.
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2. 비디오 디스플레이 컨트롤러의 발전
NEC는 1982년에 NEC μPD7220을 출시했는데, 이는 1980년대 개인용 컴퓨터에서 가장 널리 사용된 비디오 디스플레이 컨트롤러 중 하나였다.[6] 이 칩은 NEC PC-9801, APC III, IBM PC 호환 기종 등 다양한 기기에 사용되었다.[6] 인텔은 이 설계를 라이선스하여 82720 그래픽 디스플레이 컨트롤러라고 불렀다.[7]
초기 그래픽 카드는 그래픽 어댑터라고도 불렸으며, ISA/EISA 카드에 사용된 칩은 디스플레이 컨트롤러만으로 구성되었다. 이후 CPU와 병렬로 2D 렌더링 계산을 수행하는 IC가 포함된 카드가 등장하면서 그래픽 가속기 카드라고 불렸다. 3D 렌더링을 위한 IC도 개발되었다. 이러한 카드는 VLB, PCI, AGP 인터페이스와 함께 사용되었으며, 최신 카드는 일반적으로 PCI Express 버스를 사용한다.
2. 1. 초기 형태: 비디오 시프터
비디오 시프터는 가장 기본적인 형태의 비디오 디스플레이 컨트롤러(VDC)이다. 비디오 시프터는 직접 또는 간접적으로 비디오 타이밍 신호를 생성하지만, 일반적으로 비디오 RAM에 직접 접근하지 않는다. 대신 메인 CPU에서 한 번에 한 바이트씩 비디오 데이터를 가져와 직렬 비트 스트림으로 변환한다. 이러한 이유로 "비디오 시프터"라는 기술적 이름이 붙었다. 이 직렬 데이터 스트림은 동기화 신호와 함께 비디오 신호를 출력하는 데 사용된다. 메인 CPU가 대부분의 작업을 처리해야 하므로, 일반적으로 이러한 칩은 매우 낮은 해상도의 래스터 그래픽스 모드만 지원한다.[1]비디오 시프터의 예는 다음과 같다.
- RCA CDP1861: CMOS 기술(1970년대 중반에는 드문 일)로 제작된 매우 단순한 칩이다. RCA 1802 마이크로프로세서를 보완하기 위해 만들어졌으며, 주로 COSMAC VIP에 사용되었다. 매우 낮은 해상도의 흑백 그래픽 모드만 지원할 수 있었다.
- 텔레비전 인터페이스 어댑터(TIA): 아타리 2600 게임 콘솔의 핵심 부품인 맞춤형 비디오 칩이다. 대부분의 작업을 6502 마이크로프로세서에 의존하는 원시적인 칩으로, 오디오 생성에도 사용되었다.
2. 2. CRT 컨트롤러
음극선관 컨트롤러(CRTC)는 비디오 타이밍을 생성하고, CRTC에 연결된 RAM에서 비디오 데이터를 읽어 외부 문자 생성기 ROM(텍스트 모드의 경우) 또는 비디오 출력 시프트 레지스터(고해상도 그래픽 모드의 경우)로 직접 출력한다.[1] CRTC 칩을 기반으로 하는 비디오 생성기는 외부 로직에 크게 의존하기 때문에 단순한 텍스트 모드 전용 시스템부터 광범위한 색상을 지원하는 고해상도 시스템에 이르기까지 다양한 기능을 가질 수 있다. 그러나 스프라이트는 일반적으로 이러한 시스템에서 지원되지 않는다.2. 3. 비디오 인터페이스 컨트롤러
비디오 인터페이스 컨트롤러는 CRT 컨트롤러보다 훨씬 더 복잡하며, CRT 컨트롤러에 필요한 외부 회로가 비디오 컨트롤러 칩에 내장되어 있다. 스프라이트를 지원하며, (RAM 기반) 문자 인코딩용으로 전용된 비디오 RAM도 지원한다. 컬러 룩업 테이블(CLUT)의 컬러 속성 및 고해상도 또는 텍스트 모드도 지원한다.[1]2. 4. 비디오 보조 프로세서
자체 CPU를 내장하여 비디오 RAM(CPU와 공유될 수 있음)을 읽고 쓰는 기능을 수행하며, 메인 CPU는 비디오 보조 프로세서에 명령을 내려 비디오 모드를 변경하거나 비디오 RAM 내용을 조작할 수 있다. 비디오 보조 프로세서는 (존재하는 경우) RAM 기반 문자 생성기, 컬러 속성 RAM, 팔레트 레지스터, 스프라이트 로직도 제어한다.[1]3. VDC와 GPU의 관계
초기에는 비디오 디스플레이 컨트롤러(VDC)와 그래픽 처리 장치(GPU)가 분리되어 있었지만, 기술 발전으로 GPU에 VDC 기능이 통합되는 추세이다. 비디오 디스플레이 컨트롤러, 그래픽 가속기, 비디오 압축/해제 IC 간의 차이는 크지만, 이러한 기능들이 일반적으로 GPU 칩에 함께 존재하며 최종 소비자에게 별도로 제공되지 않기 때문에 혼란이 발생하기도 한다.
하드웨어 가속을 갖춘 GPU는 S3 ViRGE, Matrox Mystique, Voodoo Graphics 등을 포함하여 1990년대에 인기를 얻었다.[1]
3. 1. VDC와 GPU의 기능 비교
VDC는 주로 2D 그래픽 처리, 비디오 신호 생성, 디스플레이 제어 등의 역할을 수행한다. 반면 그래픽 처리 장치(GPU)는 3D 그래픽 처리, 복잡한 연산, 인공지능 처리 등 더욱 다양한 기능을 수행한다.NEC μPD7220과 같이 초기의 VDC는 스프라이트 생성을 위한 특수 하드웨어를 갖추고 있었는데, 이는 더 현대적인 VDP 칩에서 비트 블리터를 사용한 비트 블리트 기능으로 수행된다.[1]
VDC의 예시로는 세가 새턴의 VDP2 32비트 배경 및 스크롤 평면 비디오 디스플레이 프로세서나 후기형 아미가 컴퓨터에 사용된 Lisa (AGA) 칩이 있다.[2]
TMS9918은 "비디오 디스플레이 컨트롤러" 또는 "비디오 디스플레이 프로세서"로 불리기도 한다. 그러나 일반적으로 "비디오 디스플레이 프로세서"는 비디오 RAM의 내용을 처리하는 기능(예: RAM 영역 채우기)을 가지는 반면, "비디오 디스플레이 컨트롤러"는 비디오 동기화 신호의 타이밍과 비디오 RAM 접근만 제어한다.[3]
그래픽 처리 장치(GPU)는 VDP에서 한 단계 더 나아가 일반적으로 3D 기능도 지원하며, 현대 개인용 컴퓨터에서 사용되는 칩의 종류이다.[4]
3. 2. 현대 시스템에서의 VDC와 GPU
현대의 개인용 컴퓨터에서 사용되는 그래픽 처리 장치(GPU)는 VDP보다 한 단계 더 나아가 일반적으로 3D 기능도 지원한다.4. VDC의 종류 및 예시
VDC는 그 복잡성에 따라 여러 유형으로 나눌 수 있다.
- '''비디오 시프터''': 가장 단순한 형태의 비디오 컨트롤러이다. 비디오 타이밍 신호를 직접 또는 간접적으로 제어하지만, 비디오 RAM에는 직접 접근하지 않는다. 메인 CPU가 비디오 데이터를 직렬 비트 스트림으로 변환하여 출력한다.
- '''CRT 컨트롤러 (CRTC)''': 비디오 타이밍을 생성하고 연결된 RAM에서 비디오 데이터를 읽어 출력한다. 텍스트 모드에서는 외부 문자 생성기 ROM을 사용하고, 고해상도 그래픽 모드에서는 비디오 출력 시프트 레지스터를 사용한다.[1]
- '''비디오 인터페이스 컨트롤러''': CRT 컨트롤러보다 복잡하며, CRTC에 필요한 외부 회로가 칩 내부에 통합되어 있다. 스프라이트를 지원하며, 팔레트 레지스터와 CLUT을 통해 색상 속성을 제어한다.
- '''비디오 보조 프로세서''': 자체 비디오 RAM을 읽고 쓰는 전용 CPU를 내장하고 있다. 메인 CPU는 보조 프로세서에 명령을 내려 비디오 모드를 변경하거나 비디오 RAM 내용을 조작할 수 있다.
1982년 NEC에서 출시한 NEC μPD7220은 1980년대 개인용 컴퓨터에서 널리 사용된 VDC 중 하나였다. NEC PC-9801, APC III, IBM PC 호환 기종 등에 사용되었으며,[6] 인텔은 이 설계를 라이선스 받아 82720 그래픽 디스플레이 컨트롤러로 사용했다.[7]
초기 그래픽 카드는 디스플레이 컨트롤러만으로 구성되었으나, 이후 2D 및 3D 렌더링을 위한 IC가 추가되면서 그래픽 가속기 카드라고 불리게 되었다. 이러한 카드는 VLB, PCI, AGP 인터페이스를 거쳐, 현재는 주로 PCI Express 버스를 사용한다.
4. 1. 주요 VDC 칩 목록
다음은 주요 비디오 디스플레이 컨트롤러(VDC) 칩 목록이다.'''비디오 시프터'''
- RCA CDP1861: CMOS 기술로 만들어진 매우 단순한 칩으로, RCA 1802 마이크로프로세서를 보완하기 위해 사용되었으며, 주로 COSMAC VIP에 사용되었다. 매우 낮은 해상도의 흑백 그래픽 모드만 지원했다.
- 텔레비전 인터페이스 어댑터(TIA): 아타리 2600 게임 콘솔의 핵심 부품인 맞춤형 비디오 칩으로, 오디오 생성에도 사용되었다. 대부분의 작업을 6502 마이크로프로세서에 의존하는 원시적인 칩이었다.
'''CRT 컨트롤러'''
- 인텔 8275 CRT 컨트롤러: Convergent Technologies AWS / Burroughs B20과 일부 S-100 버스 시스템에서 사용되었다.
- 모토로라 6845(MC6845): 모토로라에서 처음 소개된 비디오 어드레스 생성기이며 Amstrad CPC와 BBC Micro에 사용되었다. MDA, CGA 및 EGA 등 PC용 초기 비디오 어댑터 대부분에도 사용되었다.
'''비디오 인터페이스 컨트롤러'''
- Signetics 2636 및 2637: Interton VC 4000 및 Emerson Arcadia 2001에서 사용된 것으로 가장 잘 알려진 비디오 컨트롤러이다.
- MC6847: 모토로라에서 처음 소개된 비디오 디스플레이 생성기(VDG)로, TRS-80 컬러 컴퓨터, 드래곤 32/64, 레이저 200 및 아콘 아톰 등에 사용되었다.
- MOS Technology 6560 (NTSC) 및 6561 (PAL): VIC-20에 사용된 비디오 인터페이스 컨트롤러(VIC)이다.
- MOS Technology 6567/8562/8564 (NTSC 버전) 및 6569/8565/8566 (PAL): 코모도어 64에 사용된 VIC-II이다.
- MOS Technology 8563/8568: 코모도어 128 (8563) 및 코모도어 128D (8568)에 사용되어 80열 텍스트 디스플레이를 생성하고 여러 고해상도 그래픽 모드를 만들었다.
- MOS Technology 7360 텍스트 편집 장치(TED): 코모도어 플러스/4, 코모도어 16 및 코모도어 116 컴퓨터에 사용되었으며 통합 오디오 기능을 갖추고 있었다.
- 필립스 반도체 SCC66470: 68070-마이크로컨트롤러와 함께 사용되는 VSC(비디오 및 시스템 컨트롤러)로, CD-i 시스템에서 사용되었다.
'''비디오 코프로세서'''
- ANTIC: 아타리 8비트 컴퓨터에 사용된 초기 비디오 시스템 칩이다. 자체 내장 CPU로 "디스플레이 목록"을 읽고 이 데이터를 사용하여 복잡한 비디오 신호를 생성할 수 있었다.
- TMS9918: 비디오 디스플레이 프로세서(VDP)로, 처음에는 텍사스 인스트루먼트 TI-99/4용으로 설계되었지만, 이후 MSX (MSX-1), ColecoVision, Memotech MTX 시리즈, 세가 SG-1000 및 SC-3000 등에도 사용되었다.
- NEC μPD7220: 80년대 중반 IBM PC용 일부 고급 그래픽 보드, 특히 Number Nine Visual Technology 제품에 사용되었다.
- RP2C02(NTSC)[2] 또는 RP2C07(PAL)[3]: 닌텐도가 패밀리 컴퓨터와 닌텐도 엔터테인먼트 시스템에 사용할 목적으로 리코에서 설계한 비디오 코프로세서였다.
- 야마하 V9938: TMS9918의 개선된 버전으로, 주로 MSX2에 사용되었다.
- 야마하 V9958: MSX2+ 및 MSX turboR 컴퓨터에 주로 사용되는 비디오 디스플레이 프로세서(VDP)이다.
- VLSI VS21S010D-L: 가변 비트 심도 픽셀과 블록 이동 블리터를 갖춘 통합 비디오 디스플레이 컨트롤러가 있는 128kB SPI/병렬 SRAM이다.
- Thomson EF936x 시리즈: 초당 100만 픽셀 의 그리기 속도와 최대 1024×512의 해상도를 제공하는 그래픽 디스플레이 프로세서(GDP)이다.
5. 현대의 VDC 솔루션
반도체 소자 제조 기술의 발전으로 더 많은 기능이 집적 회로에 구현되고 있으며, 이는 종종 반도체 지적 재산 코어(SIP 코어)로 라이선스될 수 있다. 디스플레이 컨트롤러는 시스템 인 패키지(SiP) 블록 형태로 다이 내의 그래픽 처리 장치(GPU), AMD 가속 처리 장치(APU) 및 시스템 온 칩(SoC)에서 찾을 수 있다.
ARM 홀딩스는 3D 렌더링 가속 및 디스플레이 컨트롤러에 대해 독립적으로 SIP 코어를 제공한다. 전자는 Mali-200 또는 Mali-T880과 같은 마케팅 이름을 가지고 있으며, 후자는 Mali-DP500, Mali-DP550, Mali-DP650으로 제공된다.[5]
5. 1. 디스플레이 인터페이스
반도체 소자 제조 기술의 발전으로 더 많은 기능이 집적 회로로 구현되고 있으며, 이는 종종 반도체 지적 재산 코어(SIP 코어)로 라이선스될 수 있다. 디스플레이 컨트롤러 시스템 인 패키지(SiP) 블록은 다이 내의 그래픽 처리 장치(GPU), AMD 가속 처리 장치(APU) 및 시스템 온 칩(SoC)에서 찾을 수 있다.
이들은 VGA, DVI, HDMI, 디스플레이포트, VHDCI, DMS-59 등 다양한 인터페이스를 지원한다. PHY는 LVDS, 임베디드 디스플레이포트, TMDS, 평판 디스플레이 링크, OpenLDI, CML을 포함한다. 최신 컴퓨터 모니터는 내장 LCD 컨트롤러 또는 OLED 컨트롤러를 가질 수 있다.[4]
예를 들어, GPU에서 생성된 VGA 신호는 VGA 케이블을 통해 모니터 내장 컨트롤러로 전송된다. 케이블의 양쪽 끝은 VGA 커넥터로 연결된다. 노트북 및 기타 모바일 컴퓨터는 디스플레이 컨트롤러와 디스플레이 간에 다른 인터페이스를 사용한다. 디스플레이 컨트롤러는 일반적으로 여러 개의 컴퓨터 디스플레이 표준을 지원한다.
KMS 드라이버는 디스플레이 컨트롤러용 장치 드라이버의 예시이며, AMD Eyefinity는 다중 모니터 지원을 갖춘 특수 디스플레이 컨트롤러 브랜드이다.
RandR (크기 조절 및 회전)은 각 개별 출력에서 화면 해상도와 주사율을 개별적으로 구성하고 동시에 윈도우 시스템의 설정을 그에 따라 구성하는 방법이다.
ARM 홀딩스는 3D 렌더링 가속 및 디스플레이 컨트롤러에 대해 독립적으로 SIP 코어를 제공한다. 전자는 Mali-200 또는 Mali-T880과 같은 마케팅 이름을 가지고 있으며, 후자는 Mali-DP500, Mali-DP550 및 Mali-DP650으로 제공된다.[5]
5. 2. KMS 드라이버
KMS 드라이버는 디스플레이 컨트롤러용 장치 드라이버의 한 예시이며, AMD Eyefinity는 다중 모니터 지원 기능을 갖춘 특수 디스플레이 컨트롤러 브랜드이다.5. 3. 다중 모니터 지원
KMS 드라이버는 디스플레이 컨트롤러용 장치 드라이버의 한 예시이며, AMD Eyefinity는 여러 대의 모니터를 지원하는 기능을 가진 디스플레이 컨트롤러 브랜드이다.6. 대한민국의 VDC 기술 발전
대한민국의 VDC 기술은 개인용 컴퓨터의 보급과 함께 발전해왔다.
6. 1. 초기 VDC 기술 도입
1982년, NEC는 NEC μPD7220을 출시했는데, 이 칩은 1980년대 개인용 컴퓨터에서 가장 널리 사용된 비디오 디스플레이 컨트롤러 중 하나였다.[6] 이 칩은 NEC PC-9801, APC III, IBM PC 호환 기종, DEC 레인보우, 튤립 시스템-1, 엡손 QX-10 등에 사용되었다.[6] 인텔은 이 설계를 라이선스하여 82720 그래픽 디스플레이 컨트롤러라고 불렀다.[7]참조
[1]
서적
PC Underground: Unconventional Programming Topics
Abacus Software Inc
[2]
웹사이트
NES NTSC Video
https://www.nesdev.o[...]
NESdev.org
2024-06-04
[3]
웹사이트
NES PAL Video
https://www.nesdev.o[...]
NESdev.org
2024-06-24
[4]
웹사이트
https://www.xhpanel.[...]
[5]
웹사이트
Initial support for ARM Mali Display Controller
http://lkml.iu.edu/h[...]
Linux kernel mailing list
2016-04-01
[6]
웹사이트
Graphics with the NEC 7220: Direct access with Turbo Pascal
http://electrickery.[...]
1986
[7]
서적
A graphics system design based on the INTEL 82720 graphics display controller
http://digitalcommon[...]
University of Texas at El Paso
1986-01-01
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