통합 셰이더 모델
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1. 개요
통합 셰이더 모델은 그래픽 하드웨어의 모든 셰이더 처리 장치가 모든 유형의 셰이딩 작업을 처리할 수 있도록 설계된 하드웨어 아키텍처를 의미한다. 이전에는 정점 셰이더와 픽셀 셰이더가 분리되어 있었으나, 반도체 기술 발전에 따라 통합 셰이더 아키텍처가 등장했다. 통합 셰이더 아키텍처는 그래픽 렌더링 하드웨어의 유연성을 높여, 워크로드에 따라 컴퓨팅 장치를 효율적으로 할당할 수 있게 한다. 이 아키텍처는 NVIDIA, AMD, 인텔 등 주요 GPU 제조사에서 널리 사용되고 있다.
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| 통합 셰이더 모델 | |
|---|---|
| 개요 | |
| 이름 | 통합 셰이더 모델 |
| 정의 | GPU의 셰이딩 하드웨어가 렌더링의 모든 단계에서 동일한 기능을 갖도록 하는 모델 |
| 설명 | 공통 셰이더 코어 (DirectX HLSL) |
2. 역사
초기 GPU는 일반적으로 정점 셰이더와 픽셀 셰이더 두 가지 유형의 셰이더 하드웨어를 포함했으며, 정점 셰이더가 픽셀 셰이더보다 훨씬 더 많은 명령을 가졌다. 이는 GPU 전체 구현 비용을 낮추고 단일 장치에서 더 많은 셰이더를 사용할 수 있게 했지만, 시스템 유연성을 떨어뜨렸다. 워크로드에 따라 한쪽 셰이더 세트가 유휴 상태로 남는 경우도 있었다. 반도체 소자 제조 기술이 발전하면서 이러한 구분은 덜 유용해졌다. ATI 테크놀로지스는 엑스박스 360용 하드웨어에 통합 아키텍처를 도입했고, 엔비디아는 테슬라 디자인으로 빠르게 뒤따랐다. AMD는 2년 후 테라스케일 라인에 통합 셰이더를 도입했다. 이후 이 개념은 보편화되었다.
초기 셰이더 모델(예: 셰이더 모델 1.x)은 정점 셰이더와 픽셀 셰이더에 대해 매우 다른 명령어 집합을 사용했으며, 정점 셰이더가 훨씬 더 유연한 명령어 집합을 가졌다. 이후 셰이더 모델(예: 셰이더 모델 2.x 및 3.0)에서는 차이가 줄어들어 통합 셰이더 모델에 접근했다. 통합 모델에서도 명령어 집합은 서로 다른 셰이더 유형 간에 완전히 동일하지 않을 수 있으며, 셰이더 단계마다 몇 가지 차이점이 있을 수 있다. 예를 들어, 조각/픽셀 셰이더는 암시적 텍스처 좌표 그라데이션을 계산할 수 있는 반면, 지오메트리 셰이더는 렌더링 프리미티브를 내보낼 수 있다.[3]
2. 1. 통합 셰이더 아키텍처의 등장
이전 GPU는 일반적으로 정점 셰이더와 픽셀 셰이더 두 가지 유형의 셰이더 하드웨어를 포함했는데, 정점 셰이더가 픽셀 셰이더보다 훨씬 더 많은 명령어를 가지고 있었다. 이는 GPU 전체의 구현 비용을 낮추고, 단일 장치에서 더 많은 셰이더를 사용할 수 있게 해주었다. 그러나 이는 시스템의 유연성을 떨어뜨렸고, 워크로드에 따라 한쪽 셰이더 세트가 유휴 상태로 남는 경우가 발생했다.[3] 반도체 소자 제조 기술이 발전하면서 이러한 구분은 점차 덜 유용해졌다.ATI 테크놀로지스는 Xbox 360용으로 개발한 하드웨어에 통합 아키텍처를 처음 도입했다. 엔비디아는 곧 테슬라 설계를 선보이며 빠르게 뒤따랐다. AMD는 2년 후 테라스케일 라인에서 카드 형태의 통합 셰이더를 출시했다. 이후 이 개념은 보편화되었다.[1]
초기 셰이더 모델(예: 셰이더 모델 1.x)은 정점 셰이더와 픽셀 셰이더에 대해 매우 다른 명령어 집합을 사용했으며, 정점 셰이더가 훨씬 더 유연한 명령어 집합을 가졌다. 이후 셰이더 모델(예: 셰이더 모델 2.x 및 3.0)에서는 이러한 차이가 줄어들어 통합 셰이더 모델에 접근했다. 통합 모델에서도 서로 다른 셰이더 유형 간에 명령어 집합이 완전히 동일하지 않을 수 있으며, 셰이더 단계마다 몇 가지 차이점이 있을 수 있다. 예를 들어, 프래그먼트/픽셀 셰이더는 암시적 텍스처 좌표 기울기를 계산할 수 있는 반면, 지오메트리 셰이더는 렌더링 기본 요소를 방출할 수 있다.[1]
2. 2. 셰이더 모델의 발전
초기 GPU는 일반적으로 ''정점 셰이더''와 ''픽셀 셰이더'' 두 가지 유형의 셰이더 하드웨어를 포함했는데, 정점 셰이더가 픽셀 셰이더보다 훨씬 더 많은 명령어를 가지고 있었다. 이는 GPU 전체의 구현 비용을 낮추고, 단일 장치에서 더 많은 셰이더를 사용할 수 있게 해주었다. 그러나 이는 시스템의 유연성을 떨어뜨렸고, 워크로드에 따라 한쪽 셰이더가 유휴 상태로 남는 경우도 있었다. 반도체 소자 제조 기술이 발전하면서 이러한 구분은 점차 덜 유용해졌다. ATI 테크놀로지스는 Xbox 360용 하드웨어에 통합 아키텍처를 도입했고, 엔비디아는 테슬라 설계를 통해 빠르게 뒤따랐다. AMD는 2년 후 테라스케일 라인에 통합 셰이더를 도입했다. 이후 이 개념은 보편화되었다.[1]초기 셰이더 모델(예: 셰이더 모델 1.x)은 정점 셰이더와 픽셀 셰이더에 대해 매우 다른 명령어 집합을 사용했으며, 정점 셰이더가 훨씬 더 유연했다. 이후 셰이더 모델(예: 셰이더 모델 2.x 및 3.0)에서는 이러한 차이가 줄어들어 통합 셰이더 모델에 접근했다. 통합 모델에서도 서로 다른 셰이더 유형 간에 명령어 집합이 완전히 동일하지 않을 수 있으며, 셰이더 단계에 따라 몇 가지 차이점이 있을 수 있다. 예를 들어, 프래그먼트/픽셀 셰이더는 암시적 텍스처 좌표 기울기를 계산할 수 있는 반면, 지오메트리 셰이더는 렌더링 기본 요소를 방출할 수 있다.[1]
3. 통합 셰이더 아키텍처
통합 셰이더 아키텍처(Unified Shader Architecture)는 그래픽 하드웨어의 모든 셰이더 처리 장치가 모든 유형의 셰이딩 작업을 처리할 수 있는 하드웨어 설계 방식이다. 대부분 통합 셰이딩 아키텍처 하드웨어는 컴퓨팅 장치 배열과 모든 컴퓨팅 장치가 가능한 한 자주 작동하도록 보장하는 동적 스케줄링/부하 분산 시스템으로 구성된다.[2]
통합 셰이더 아키텍처 하드웨어와 통합 셰이더 모델 프로그래밍 인터페이스는 서로에게 필수 사항은 아니지만, 통합 아키텍처는 통합 셰이더 모델을 제공하는 API를 지원하도록 설계된 하드웨어를 설계할 때 가장 합리적이다.
OpenGL 3.3(통합 셰이더 모델 제공)은 통합 셰이더 아키텍처가 없는 하드웨어에서도 구현할 수 있다. 마찬가지로, 비통합 셰이더 모델 API를 지원하는 하드웨어는 통합 셰이더 아키텍처를 기반으로 할 수 있다. Xbox 360의 Xenos 그래픽 칩이 그 예시이다.
통합 셰이더 아키텍처는 Nvidia의 GeForce 8 시리즈, ATI의 Radeon HD 2000 시리즈, S3 Chrome 400, 인텔 GMA X3000 시리즈, Xbox 360의 GPU, 퀄컴 아드레노 200 시리즈, Mali 미드가드, PowerVR SGX GPU에서 도입되었으며, 이후 모든 시리즈에서 사용된다.
NVIDIA GPU에서 통합 셰이더는 "CUDA 코어" 또는 "셰이더 코어"라고 하며, 인텔 GPU에서는 "ALU 코어"라고 한다.
통합 셰이더 아키텍처를 사용하는 대표적인 제품군은 다음과 같다.
3. 1. 장점
통합 셰이더 아키텍처는 그래픽 렌더링 하드웨어를 보다 유연하게 사용할 수 있게 해준다.[2] 예를 들어, 지오메트리 작업 부하가 많은 상황에서는 시스템이 대부분의 컴퓨팅 장치를 할당하여 정점 및 지오메트리 셰이더를 실행할 수 있다. 정점 작업 부하는 적고 픽셀 부하가 많은 경우에는 더 많은 컴퓨팅 장치를 할당하여 픽셀 셰이더를 실행할 수 있다.3. 2. 통합 셰이더 모델과의 관계
이전의 GPU는 일반적으로 버텍스 셰이더와 픽셀 셰이더, 두 종류의 셰이더 하드웨어를 포함했다. 버텍스 셰이더는 픽셀 셰이더보다 더 많은 명령을 처리할 수 있었다. 이러한 구분은 GPU 구현 비용을 낮추고 단일 장치에서 더 많은 셰이더를 사용할 수 있게 했지만, 시스템 유연성을 떨어뜨렸다. 작업 부하에 따라 한쪽 셰이더 세트가 유휴 상태가 되는 경우도 있었다.[3]제조 기술이 발전하면서 이러한 구분은 덜 유용해졌다. ATI 테크놀로지스는 엑스박스 360용 하드웨어에 통합 아키텍처를 도입했고, 엔비디아는 테슬라 디자인으로 이를 빠르게 따라갔다. AMD는 2년 후 테라스케일 라인에 통합 셰이더를 도입했다. 이후 이 개념은 보편화되었다.[3]
초기 셰이더 모델(예: 셰이더 모델 1.x)에서는 정점 셰이더와 픽셀 셰이더가 매우 다른 명령 세트를 사용했고, 정점 셰이더가 훨씬 더 유연했다. 최신 셰이더 모델(예: 셰이더 모델 2.x 및 3.0)에서는 이러한 차이가 줄어들어 통합 셰이더 모델에 가까워졌다. 그러나 통합 모델에서도 명령어 세트가 서로 다른 셰이더 유형 간에 완전히 동일하지 않을 수 있다. 셰이더 단계마다 몇 가지 차이점이 있을 수 있는데, 예를 들어 조각/픽셀 셰이더는 암시적 텍스처 좌표 그라데이션을 계산할 수 있는 반면, 지오메트리 셰이더는 렌더링 프리미티브를 내보낼 수 있다.[3]
4. 주요 GPU 제조사 및 제품
통합 셰이더 아키텍처는 여러 GPU 제조사에서 채택되었다. 주요 제조사 및 제품은 다음과 같다.
- '''NVIDIA''': 테슬라를 시작으로, 페르미, 케플러, 맥스웰, 파스칼, 볼타, 튜링, 암페어, 에이다 러브레이스, 블랙웰 등. 엔비디아 GPU에서 통합 셰이더는 "CUDA 코어" 또는 "셰이더 코어"라고 불린다.
- '''ATI/AMD''': 테라스케일을 시작으로, 그래픽스 코어 넥스트(GCN), RDNA, CDNA 등.
- '''인텔''': 인텔 GMA X3000 시리즈를 시작으로, 인텔 아크 시리즈 등. 인텔 GPU에서는 통합 셰이더를 "ALU 코어"라고 부른다.
이 외에도, S3 그래픽스 크롬 400, Xbox 360의 GPU, 퀄컴 아드레노 200 시리즈, Mali 미드가드, PowerVR SGX GPU 등 다양한 제품에 통합 셰이더 아키텍처가 도입되었으며, 이후 모든 시리즈에서 사용되고 있다.
4. 1. 엔비디아 (NVIDIA)
엔비디아는 ATI 테크놀로지스가 엑스박스 360용으로 개발한 하드웨어에 통합 아키텍처를 도입한 것을 빠르게 따라 테슬라 디자인을 도입하였다.[3]4. 2. AMD (ATI)
ATI 테크놀로지스는 엑스박스 360용 하드웨어에 통합 아키텍처를 도입했다. 엔비디아는 테슬라 디자인을 빠르게 따라갔다. AMD는 2년 후 테라스케일 라인에 카드 형태의 통합 셰이더를 도입했다. 그 개념은 그 이후로 보편적이었다.[3]참조
[1]
웹사이트
Common Shader Core (DirectX HLSL)
http://msdn.microsof[...]
Microsoft
2008-08-17
[2]
웹사이트
GeForce 8800 GTX: 3D Architecture Overview
http://www.extremete[...]
ExtremeTech
2006-11-08
[3]
웹인용
Common Shader Core (DirectX HLSL)
http://msdn.microsof[...]
Microsoft
2008-08-17
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