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그래픽 카드

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목차

1. 개요

그래픽 카드는 컴퓨터의 화면 출력을 담당하는 하드웨어로, 1960년대 프린터가 모니터로 대체되면서 그 역사가 시작되었다. 초기에는 텍스트 모드와 단색을 지원했지만, 기술 발전을 거듭하며 해상도, 색상 표현, 3D 그래픽 처리 능력이 향상되었다. IBM PC의 등장과 함께 비디오 카드가 독립적인 확장 카드로 설계되면서, 사용자는 본체를 교체하지 않고도 더 나은 그래픽 환경을 경험할 수 있게 되었다. 1990년대에는 2D와 3D를 모두 처리하는 GPU가 등장하며 그래픽 카드의 성능이 크게 향상되었고, 현재는 AMD와 엔비디아가 시장을 주도하고 있다. 그래픽 카드는 GPU, 비디오 메모리, 인터페이스, 냉각 장치, 보조 전원 등으로 구성되며, 3D 그래픽 API를 통해 3차원 렌더링을 수행한다. 또한, 여러 개의 그래픽 카드를 연결하여 성능을 향상시키는 기술도 사용된다.

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그래픽 카드
기본 정보
Sapphire의 Radeon HD 5570, VGA, HDMI, DVI 포트 및 소형 냉각 팬이 있는 PCI Express 비디오 카드
Sapphire의 Radeon HD 5000 시리즈 Radeon HD 5570, VGA, HDMI, DVI 포트 및 소형 냉각 팬이 있는 PCI Express 비디오 카드
연결
마더보드 인터페이스PCI Express
PCI
AGP
기타
디스플레이 인터페이스DisplayPort
HDMI
DVI
VGA
USB-C
기타

2. 역사

그래픽 카드는 1960년대부터 프린터가 시각 요소의 화면(모니터)으로 대체되면서 발전하기 시작했다.

1981년 IBM이 개발한 최초의 비디오 카드인 MDA(모노크롬 디스플레이 어댑터)는 텍스트 모드에서만 동작하며, 한 가지 색상과 4KB의 비디오 메모리를 가졌다.[102]

IBM PC 및 PC/AT 호환기의 많은 기종에서는 영상 표시용 회로가 마더보드에 실장되지 않고, 확장 슬롯에 비디오 카드를 장착하여 영상 출력 기능을 구현했다. 이 방식은 교체 및 증설이 용이하다는 장점이 있었다. 그러나, 웹사이트 탐색, 전자 우편 송수신, 오피스 작업 등 일상적인 작업을 하는 데 지장이 없는 수준의 성능을 갖춘 표시 회로를 통합한 칩셋(통합 칩셋)과 이를 탑재한 마더보드가 등장하고, 더 나아가 GPU를 내장한 CPU가 등장함에 따라 저가형 PC에서는 비디오 카드를 탑재하지 않고, '''온보드 그래픽스''' 기능이나 '''온다이 그래픽스''' 기능을 사용하는 것이 일반적이 되었다. 이 때문에 비디오 카드는 고속 3D 표시 성능이나 멀티 디스플레이 기능을 목적으로 추가되는 경우가 많다. 또한 통합 그래픽 기능의 UMA에 의한 성능 저하를 피하기 위해 비디오 카드를 추가하는 경우도 있다.

이는 개인용 컴퓨터 이외의 유닉스 워크스테이션 등에서도 거의 동일하다.

1981년의 '''IBM PC'''는 당시뿐 아니라 이후의 개인용 컴퓨터에서도 일반적으로 볼 수 있었던 비디오 관련 하드웨어를 본체에 고정하는 대신 비디오 카드로 독립시키는 설계를 채택했다.

IBM PC는 비디오 서브시스템(비디오 칩 등)을 본체(마더보드)에 탑재하지 않고, 확장 카드(IBM은 어댑터라고 부름)에 탑재했다. IBM PC 출시 당시에는 두 종류의 비디오 카드(텍스트 모드만 지원하는 '''MDA'''와 그래픽 모드를 지원하는 '''CGA''')가 제공되었으며, 용도에 따라 선택 및 교체가 가능했다. 또한 각 어댑터는 여러 가지 표시 모드(비디오 모드)를 가지고 있으며, 비디오 모드는 BIOS 인터럽트(INT 10h, AH=00h, AL=비디오 모드)를 통해 소프트웨어에서 전환할 수 있었다. 후속 비디오 규격(EGA, VGA, XGA 등)은 이전 비디오 규격의 모든 비디오 모드를 포함한다.

이러한 '''확장성''' 덕분에 IBM PC 계열 및 IBM PC 호환기에서는 사용자가 본체를 교체하지 않고도 각 회사에서 판매하는 다양한 비디오 카드로 교체(종류에 따라 추가하여 공존)하고, 해당 디스플레이와 소프트웨어를 사용하면 더욱 빠르고 고해상도의 표시 환경을 얻을 수 있게 되었다. 그중 Hercules의 '''HGC'''는 널리 사용되었다. 일본 東芝(Toshiba)의 다이나북(초대 J-3100 SS)도 CGA를 기반으로 독자적인 일본어 모드(640x400)를 추가한 것이었다.

한 글자 텍스트 출력(int 10h, ah=0eh)과 같이 BIOS가 제공하는 기능 중 고수준 기능을 준비하고(이 기능을 제공하는 BIOS ROM은 본체가 아닌 비디오 카드에 탑재됨), MS-DOS 등은 그것을 사용함으로써 하드웨어 차이에 대한 소프트웨어의 호환성을 확보했다.

1984년 IBM PC/AT에는 '''EGA'''가 표준으로 탑재되었는데, 이는 MDA 및 CGA와의 '''상위 호환'''으로, MDA와 CGA의 주요 표시 모드를 포함하고 있었다. 표시 모드는 소프트웨어로 쉽게 전환할 수 있었기 때문에, 하위 화면 모드만 지원하는 소프트웨어도 계속 사용할 수 있었다. 이 상위 호환성은 그 이후의 주요 비디오 규격에서도 계승되었고, 여러 화면 해상도(주사 주파수)에 자동으로 대응할 수 있는 멀티스캔 방식의 디스플레이가 보급되었다.

EGA는 널리 보급되었고, 각 회사가 EGA 상위 호환 그래픽 칩과 카드를 제조했다. 일본에서 AX 규격의 '''JEGA''' 보드도 EGA를 기반으로 독자적인 일본어 모드(640x480)를 추가한 것이었다.

1987년 PS/2에서는 '''VGA'''가 탑재되었다. PS/2에서는 VGA 칩이 마더보드에 탑재되었지만(규격 명칭도 Adapter에서 Array로 변경되었지만), 비디오 카드에 의한 확장성(교체 가능성)은 유지되었다. 또한 기존 PC/AT(및 호환 기기)용으로도 AT 버스용 VGA 탑재 비디오 카드가 제공되었다. EGA 때와 마찬가지로 상위 호환성도 유지되어 VGA는 EGA의 화면 모드를 포함하며(따라서 비디오 규격으로서의 VGA는 현재도 MDA 및 CGA의 각 화면 모드를 포함하고 있다), 더욱이 독자적인 화면 모드(640x480, 16색 등)가 추가되었다.

VGA는 급속히 보급되어 PC/AT 호환 기기에서도 VGA는 사실상 표준이 되었다. 일본IBM의 PS/55는 PS/2 기반으로, 전반기에는 일본 독자적인 디스플레이 어댑터(1024x768, XGA와는 별도 규격)를 탑재했지만, 영어 모드(영어 DOS 및 후의 DOS/V)에서는 마더보드의 VGA가 사용될 수 있었다. 더욱이 PS/55도 후반기(1990년 5535-S 이후)에는 점차 VGA(만) 또는 후술하는 XGA 및 각종 SVGA로 이행해 갔다.

각 제조사에서 다양한 VGA 상위 호환 ('''SVGA''') 카드(칩)가 제공되었다. SVGA는 각 제조사의 VGA 상위 호환 카드(칩)의 총칭이며, 특정 규격이나 해상도를 의미하지 않는다. 하지만 각사 고유의 확장 모드 간에는 호환성이 없었기 때문에, VESA가 '''VBE'''를 통해 공통 모드를 표준화했다. 이 중 초기 800x600 화면 해상도가 유명하며, 속칭 "SVGA의 해상도는 800x600"이라는 말의 기원이 되었다.

1990년대 유명한 XGA 및 SVGA 비디오 카드(비디오 칩)에는 IBM의 XGA, XGA-2, Tseng Labs의 ET4000 시리즈 (다수의 각사 비디오 카드에 탑재), ATI의 ATI Graphics Ultra 시리즈, 다이아몬드의 Diamond Stealth 시리즈 (S3 86C911 등 탑재) 등이 있었다.

IBM의 '''XGA'''는 VGA와 8514의 상위 호환(넓은 의미에서는 SVGA의 일종이지만, 역사적으로 SVGA라고 부르지 않는 경우가 많다)으로, 독자적인 1024x768 256색 등의 표시 모드가 추가되었고, MCA용과 ISA용 카드가 등장했다. XGA는 멀티미디어를 의식한 설계였지만, 고가임에도 불구하고 고속이 아니었기 때문에 IBM 제품 PC 이외에는 널리 보급되지 않았고, IBM은 XGA 이후에는 다른 제조사의 SVGA 칩을 사용하게 되었다.

SVGA 중 '''S3'''의 '''86C911'''은 비디오 서브 시스템 회로의 여러 LSI를 하나의 칩으로 통합한 세계 최초의 그래픽 칩으로, 기존에 CPU가 수행하던 렌더링 처리 중 사용 빈도가 높은 비트블릿 등에 대해 가속 처리를 함으로써 매우 빠른 속도를 실현한 획기적인 제품이 되었다. 이러한 Windows에 특화된 그래픽 가속기는 윈도우 가속기라고도 불리게 되었다.

또한 1990년대는 확장 버스 규격의 이행기이기도 하여, PC/AT 호환기에서는 ISA, VL 버스, PCI, AGP 등 다양한 비디오 카드가 등장하여 여러 조합으로 경쟁과 비교가 이루어졌다. 맥킨토시도 파워 매킨토시 2세대부터 NuBus에서 PCI로 이행했다.

세계적으로 일본만 유일하게 PC-9801 시리즈, FMR 시리즈, 멀티스테이션 5550 등과, 더 나아가 IBM PC 호환 기종 기반인 다이나북, AX(JEGA), PS/55(전반기)에서도 일본어 표시 모드에서는 '''고정 해상도'''가 주류였던 시대가 계속되었다.

그러나 1990년대에는 DOS/V와 마이크로소프트 윈도우 등 그래픽 중심의 사용 형태가 보급된 영향으로 각사는 PC/AT 호환 기종으로 이행했다. 이 결과 일본에서도 비디오 카드가 일반화되었지만, 이상의 경위로 국내 PC/AT 호환 기종의 대다수는 처음부터 VGA 이상을 탑재하고 있다.

1980년대 후반, Radius와 같은 회사는 애플 매킨토시 II를 위한 특수 그래픽 카드를 개발했다. 이 카드들은 2D 그래픽 렌더링을 가속화하여 매킨토시 컴퓨터의 그래픽 출력을 향상시켰다.

ISA 인터페이스를 갖춘 초기 비디오 카드의 예

2. 1. 초기 발전

그래픽 카드는 1960년대부터 프린터가 시각 요소의 화면(모니터)으로 대체되면서 발전하기 시작했다.

1981년 IBM이 개발한 최초의 비디오 카드인 MDA(모노크롬 디스플레이 어댑터)는 텍스트 모드에서만 동작하며, 한 가지 색상과 4KB의 비디오 메모리를 가졌다.[102]

1981년 MDA를 시작으로 다양한 그래픽 카드들이 공개되었으며, 그 விவர은 아래 표와 같다.[103]

연도이름텍스트 모드그래픽 모드색메모리
1981년MDA80*25-14 KB
1981년CGA80*25640*2001616 KB
1982년HGC80*25720*348164 KB
1984년EGA80*25640*35016256 KB
1987년IBM 851480*251024*768256-
1987년MCGA80*25320*200256-
1987년VGA720*400640*480256256 KB
1989년SVGA80*25800*6002562 MB
1990년XGA80*251024*76865,5361 MB



1980년대 후반, Radius와 같은 회사는 애플 매킨토시 II를 위한 특수 그래픽 카드를 개발했다. 이 카드들은 2D 그래픽 렌더링을 가속화하여 매킨토시 컴퓨터의 그래픽 출력을 향상시켰다.

그래픽 처리의 발전은 1990년대 중반 3dfx Interactive가 3D 가속을 지원하는 Voodoo 시리즈를 출시하면서 큰 도약을 이루었다. 그러나 이 카드들은 3D 처리에만 전념했고 2D 지원이 부족하여 별도의 2D 그래픽 카드가 필요했다.

1997년에는 NVIDIA RIVA 128이 출시되어 3D 및 2D 처리 장치를 단일 칩에 통합한 최초의 소비자용 GPU 중 하나가 되었다.

2. 2. 3D 가속의 등장

1981년 IBM이 MDA를 개발하면서 최초의 비디오 카드가 IBM PC에서 공개되었다.[102] MDA는 화면 안에 25x80줄을 표현하는 텍스트 모드에서만 동작하였고, 단색에 4KB 비디오 메모리를 갖추었다. 1981년 MDA를 시작으로, 여러 그래픽 카드들이 공개되었으며, 오른쪽 표와 같이 발전해 왔다.[103]

연도텍스트 모드그래픽 모드색메모리
1981년80*25-14 KB
1981년80*25640*2001616 KB
1982년80*25720*348164 KB
1984년80*25640*35016256 KB
1987년80*251024*768256-
1987년80*25320*200256-
1987년720*400640*480256256 KB
1989년80*25800*6002562 MB
1990년80*251024*76865,5361 MB



그래픽 카드의 혁명은 1995년에 최초의 2D/3D 그래픽 카드를 출시하면서 시작되었다. 매트록스, S3, ATI, 크리에이티브 등의 회사가 개발에 참여하였다. 1997년에 3dfx가 '''부두'''(Voodoo)를 선보여 뛰어난 3차원 그래픽과 효과들(앤티에일리어싱, Z 버퍼, 밉 매핑 등)을 제공하였다.

1990년대 중반, 3dfx Interactive는 3D 가속을 지원하는 최초의 소비자용 GPU 중 하나인 Voodoo 시리즈를 출시하면서 큰 도약을 이루었다. 그러나 이 카드들은 3D 처리에만 전념했고 2D 지원이 부족하여 별도의 2D 그래픽 카드를 함께 사용해야 했다. Voodoo의 아키텍처는 요구가 많은 3D 렌더링 작업을 CPU에서 GPU로 오프로드하여 게임 성능과 그래픽 사실성을 크게 향상시켰다.

2D 및 3D 렌더링을 모두 처리할 수 있는 완전히 통합된 GPU의 개발은 NVIDIA RIVA 128의 도입과 함께 이루어졌다. 1997년에 출시된 RIVA 128은 3D 및 2D 처리 장치를 단일 칩에 통합한 최초의 소비자용 GPU 중 하나였다. 이러한 혁신은 최종 사용자의 하드웨어 요구 사항을 단순화하여 2D 및 3D 렌더링에 별도의 카드가 더 이상 필요하지 않게 되었다.

2010년을 기준으로, 그래픽 카드 시장을 선도하고 있는 기업은 엔비디아와 어드밴스트 마이크로 디바이시스(AMD)이며[104], 각각 지포스와 라데온으로 그래픽 모델을 형성하고 있다.

2. 3. 현대의 발전

1995년에 2D/3D 그래픽 카드가 처음 출시되면서 그래픽 카드의 혁명이 시작되었다. 매트록스, S3, ATI, 크리에이티브 등의 회사가 개발에 참여하였다. 1997년에는 3dfx가 '''부두'''(Voodoo)를 선보여 앤티에일리어싱, Z 버퍼, 밉 매핑 등 뛰어난 3차원 그래픽과 효과들을 제공하였다.[103]

1990년대 중반, 3dfx Interactive는 3D 가속을 지원하는 최초의 소비자용 GPU 중 하나인 Voodoo 시리즈를 출시하면서 그래픽 처리 기술은 큰 도약을 이루었다. 그러나 이 카드들은 3D 처리에만 전념했고 2D 지원이 부족하여 별도의 2D 그래픽 카드를 함께 사용해야 했다. Voodoo의 아키텍처는 3D 렌더링 작업을 CPU에서 GPU로 넘겨 게임 성능과 그래픽 사실성을 크게 향상시킴으로써 그래픽 컴퓨팅에 큰 변화를 가져왔다.

1997년에 출시된 NVIDIA RIVA 128은 2D 및 3D 렌더링을 모두 처리할 수 있는 완전히 통합된 GPU를 선보였다. 이는 3D 및 2D 처리 장치를 단일 칩에 통합한 최초의 소비자용 GPU 중 하나였다. 이러한 혁신은 2D 및 3D 렌더링에 별도의 카드가 더 이상 필요하지 않게 되어, 개인용 컴퓨터에서 더욱 강력하고 다용도의 GPU가 널리 채택되는 길을 열었다.

2004년부터는 USB 연결 제품도 판매되기 시작했다. 초기에는 PCI-USB 브리지를 이용하여 SIS315를 연결하는 방식이었다. 2007년부터는 DisplayLink 칩을 사용한 제품이 등장했다. DisplayLink 제품은 표시 장치를 가상화하고, 호스트 측에서 영상을 압축하고 하드웨어 측에서 신장함으로써, USB 2.0과 같이 대역폭이 크지 않은 버스에서도 어느 정도의 성능을 확보하고 있다. 이러한 구조 때문에 실제 드라이버 처리가 호스트 측의 연산 비용이 되므로, CPU 성능이 낮은 환경에서는 성능이 저하된다. 또한 BIOS 등이 없기 때문에 OS나 드라이버가 시작될 때까지 사용할 수 없으며, 다른 비디오 드라이버와 병용하는 형태가 되므로, 상호 간섭에 의해 결함이 발생하거나 사용할 수 없는 경우도 있다. 이러한 제품은 일반적인 비디오 카드를 여러 개 증설하는 것보다 조건이 덜 까다롭고, 성능보다는 제어 가능한 화면의 수와 면적을 요구하는 상황에서 유용하며, NAS와 같이 원래 표시 장치를 갖고 있지 않은 기기나 PDA 등 외부 출력을 갖고 있지 않은 기기에서도 이용 사례가 있다.

2010년을 기준으로, 그래픽 카드 시장을 선도하고 있는 기업은 엔비디아와 어드밴스트 마이크로 디바이시스(AMD)이며[104], 각각 지포스와 라데온으로 그래픽 모델을 형성하고 있다.

현대에는 대부분의 그래픽 카드가 AMD와 Nvidia에서 공급받은 칩을 사용하여 제작된다. 이 그래픽 카드들은 게임용 3D 이미지 렌더링뿐만 아니라 2D 그래픽 처리, 비디오 디코딩, TV 출력, 멀티 모니터 설정 등 다양한 작업을 지원한다. 또한 많은 그래픽 카드에는 통합 사운드 기능이 있어 내장 스피커가 있는 연결된 TV 또는 모니터에 비디오 출력과 함께 오디오를 전송하여 멀티미디어 경험을 향상시킨다.

2010년대 후반과 2020년대 초반, 일부 고급 그래픽 카드 모델은 매우 무거워져서 적절한 지지대 없이 설치하면 아래로 처질 수 있다. 이 때문에 많은 제조업체에서 추가 지지대를 제공한다.[20] GPU 처짐은 장기적으로 GPU에 손상을 줄 수 있다.[20]

3. 구성 요소

현대의 그래픽 카드는 인쇄 회로 기판에 여러 부품을 장착하여 구성된다. 주요 구성 요소는 다음과 같다.


  • 그래픽 처리 장치(GPU): 3차원 그래픽 처리에 필요한 부동 소수점 연산에 특화된 마이크로프로세서이다.
  • 비디오 메모리 (VRAM): 그래픽 데이터를 저장하는 전용 메모리로, DDR, DDR2, GDDR3, GDDR4, GDDR5 등 다양한 종류가 사용된다.
  • 비디오 바이오스: 그래픽 카드의 기본적인 동작을 관리하고 컴퓨터와 소프트웨어 간의 통신을 돕는 칩이다.
  • 램댁(RAMDAC): 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하여 CRT 디스플레이에 출력하는 역할을 한다. 최근에는 디지털 디스플레이의 보급으로 점차 사라지는 추세이다.
  • 인터페이스: 그래픽 카드와 디스플레이를 연결하는 방식으로, 비디오 그래픽스 어레이(VGA), 디지털 비주얼 인터페이스(DVI), HDMI, 디스플레이포트 등이 널리 사용된다.
  • 버스: 그래픽 카드와 컴퓨터 메인보드를 연결하는 방식으로, PCI 익스프레스(PCIe)가 가장 널리 사용된다.
  • 냉각 장치: 그래픽 카드의 발열을 해소하기 위한 장치로, 히트 싱크, 컴퓨터 냉각기, 수냉 방식 등이 사용된다.
  • 보조 전원: 고성능 그래픽 카드에 추가 전력을 공급하기 위한 연결 단자이다.


그래픽 카드는 메인보드나 중앙 처리 장치(CPU)에 내장되기도 하지만, 대부분의 최신 메인보드는 그래픽 카드 장착을 위한 확장 포트를 제공한다. 내장 그래픽은 일반적으로 성능이 낮지만, 전용 그래픽 카드는 자체 비디오 램과 그래픽 처리 장치를 통해 CPU와 시스템 RAM의 부하를 줄여준다.

3. 1. 그래픽 처리 장치 (GPU)

GPU는 3차원 그래픽 렌더링에 필수적인 부동 소수점 계산에 최적화된 전용 그래픽 마이크로프로세서이다. GPU의 기본 특성은 현대의 카드 기준으로 보통 250MHz에서 1200MHz 속도를 내는 코어 클럭 속도와 3D 이미지를 픽셀로 변환하는 파이프라인의 수(버텍스 셰이더, 프레그먼트 셰이더)이다.

종류메모리 클럭 속도 (MHz)대역폭 (GB/초)
DDR200-4001.6-3.2
DDR2400–1066.673.2-8.533
DDR3800-2133.336.4-17.066
DDR41600-486612.8-25.6
GDDR43000–4000160–256
GDDR51000–2000288–336.5
GDDR5X1000–1750160–673
GDDR61365-1770336-672
HBM250–1000512–1024



전형적인 데스크톱 컴퓨터 아키텍처. PCI 익스프레스를 통해 별도의 그래픽 카드를 사용한다. 주어진 메모리 기술에 대한 대역폭을 나타낸다(메모리 지연 시간은 제외). GPU와 CPU 간의 제로 카피는 두 장치가 서로 다른 물리적 메모리를 가지고 있으므로 불가능하다. 데이터를 공유하려면 한쪽에서 다른 쪽으로 복사해야 한다.


''분할된 주 메모리''를 사용하는 통합 그래픽: 시스템 메모리의 일부가 GPU에만 할당된다. 제로 카피는 불가능하며, 시스템 메모리 버스를 통해 한 파티션에서 다른 파티션으로 데이터를 복사해야 한다.


AMD "카베리" 또는 플레이스테이션 4(HSA)에서 볼 수 있는 ''통합 주 메모리''를 사용하는 통합 그래픽


그래픽 카드의 처리 성능이 향상됨에 따라 전력 소모량도 증가했다. 현재 고성능 그래픽 카드는 많은 전력을 소비하는 경향이 있다. 예를 들어, 지포스 Titan RTX의 열 설계 전력(TDP)은 280와트이다.[10] 비디오 게임으로 테스트했을 때 지포스 RTX 2080 Ti Founder's Edition의 평균 전력 소비량은 300와트였다.[11] CPU 및 전원 공급 장치 제조업체는 최근 고효율을 목표로 하고 있지만, 그래픽 카드의 전력 요구량은 계속 증가하여 컴퓨터의 개별 부품 중 가장 높은 전력 소비량을 기록하고 있다.[12][13] 전원 공급 장치의 출력도 증가했지만, 병목 현상은 PCI 익스프레스 연결부에서 발생하는데, 이는 75와트로 제한된다.[14]

75와트가 넘는 전력 소비량을 가진 최신 그래픽 카드에는 일반적으로 6핀(75W) 또는 8핀(150W) 소켓이 결합되어 전원 공급 장치에 직접 연결된다. 이러한 컴퓨터에서는 적절한 냉각이 중요한 과제가 된다. 여러 개의 그래픽 카드가 장착된 컴퓨터는 750와트 이상의 전원 공급 장치가 필요할 수 있다. 두 개 이상의 고급 그래픽 카드가 장착된 컴퓨터의 경우 열 배출이 주요 설계 고려 사항이 된다.

엔비디아 지포스 RTX 30 시리즈, 암페어 아키텍처 기준으로, "Hall of Fame"이라는 사용자 지정 플래시 RTX 3090은 최대 630와트의 최대 전력 소모량을 기록했다. 표준 RTX 3090은 최대 450와트까지 도달할 수 있다. RTX 3080은 최대 350와트에 도달할 수 있으며, 3070은 비슷하거나 약간 낮은 최대 전력 소모량에 도달할 수 있다. Founder's Edition 버전의 암페어 카드는 "이중 축류"[15] 쿨러 디자인을 특징으로 하며, 카드 위아래에 팬이 있어 가능한 한 많은 열을 컴퓨터 케이스 후면으로 방출한다. 유사한 디자인은 Sapphire Radeon RX Vega 56 Pulse 그래픽 카드에서도 사용되었다.[16]

반높이 그래픽 카드


2010년대 후반과 2020년대 초반, 일부 고급 그래픽 카드 모델은 매우 무거워져서 적절한 지지 없이 설치하면 아래로 처질 수 있다. 이 때문에 많은 제조업체에서 추가 지지대를 제공한다.[20] GPU 처짐은 장기적으로 GPU에 손상을 줄 수 있다.[20]

일부 그래픽 카드는 여러 카드에 걸쳐 그래픽 처리를 확장하기 위해 함께 연결될 수 있다. 이는 마더보드의 PCIe 버스 또는, 더 일반적으로는 데이터 브리지를 사용하여 수행된다. 일반적으로 카드는 연결하려면 동일한 모델이어야 하며, 대부분의 저가형 카드는 이러한 방식으로 연결할 수 없다.[21] AMD와 Nvidia는 모두 AMD의 CrossFireX와 Nvidia의 SLI(Turing(튜링) 아키텍처 이후, NVLink로 대체됨)라는 독점적인 확장 방법을 가지고 있다. 다른 칩셋 제조업체 또는 아키텍처의 카드는 멀티 카드 확장에 함께 사용할 수 없다. 그래픽 카드의 메모리 크기가 다르면 가장 낮은 값이 사용되고 더 높은 값은 무시된다. 현재 소비자급 카드의 확장은 최대 4개의 카드를 사용하여 수행할 수 있다.[22][23][24] 4개의 카드를 사용하려면 적절한 구성을 갖춘 큰 마더보드가 필요하다. Nvidia의 GeForce GTX 590 그래픽 카드는 4개 카드 구성으로 구성할 수 있다.[25] 위에서 언급했듯이, 사용자는 최적의 사용을 위해 성능이 동일한 카드를 사용하는 것이 좋다. ASUS Maximus 3 Extreme 및 Gigabyte GA EX58 Extreme을 포함한 마더보드는 이 구성으로 작동하도록 인증되었다.[26] SLI 또는 CrossFireX에서 카드를 실행하려면 큰 전원 공급 장치가 필요하다. 적절한 전원 공급 장치를 설치하기 전에 전력 요구량을 알아야 한다. 4개 카드 구성의 경우 1000와트 이상의 전원 공급 장치가 필요하다.[26] 어느 정도 강력한 그래픽 카드라면 열 관리를 무시할 수 없다. 그래픽 카드에는 환기가 잘 되는 섀시와 우수한 열 솔루션이 필요하다. 저가형 GPU는 수동 냉각을 사용할 수 있지만 일반적으로 공랭 또는 수랭이 필요하다. 더 큰 구성에서는 열 제한 없이 적절한 성능을 얻기 위해 수냉식 또는 침지 냉각을 사용한다.[27]

대부분의 사용자가 여러 GPU를 감당할 수 없다는 사실 때문에 대부분의 게임이 여러 GPU를 완전히 활용하지 못함에 따라 SLI와 Crossfire는 점점 드물어지고 있다.[28][29][30] 여러 GPU는 여전히 Summit과 같은 슈퍼컴퓨터에서, 비디오[31][32][33] 및 3D 렌더링[34][35][36][37][38] 가속을 위한 워크스테이션에서, 시각 효과,[39][40] 시뮬레이션,[41] 및 인공 지능 훈련에 사용된다.

그래픽 드라이버는 일반적으로 동일한 제조업체의 하나 이상의 카드를 지원하며 특정 운영 체제에 맞게 작성되어야 한다. 또한 운영 체제 또는 추가 소프트웨어 패키지는 애플리케이션이 3D 렌더링을 수행하기 위한 특정 프로그래밍 API를 제공할 수 있다.

운영 체제별 3D 렌더링 API 지원 현황
OS벌칸다이렉트X메탈OpenGLOpenGL ESOpenCL
윈도우예마이크로소프트아니요예예예
macOS, iOS 및 iPadOS몰튼VK아니요애플(Apple Inc.)macOSiOS/iPadOS애플(Apple Inc.)
리눅스예와인아니요예예예
안드로이드예아니요아니요Nvidia예예
타이젠개발 중아니요아니요아니요예
세일피시 OS개발 중아니요아니요아니요예



'''그래픽 처리 장치'''(또는 '''GPU''', 영어: '''graphics processing unit''')는, 때때로 '''영상 처리 장치'''(또는 '''VPU''', 영어: '''visual processing unit''')라고도 불리며, 디스플레이에 출력하기 위한 프레임 버퍼에 이미지를 빠르게 생성하고 변경하기 위해 메모리를 조작하고 변경하도록 설계된 특수한 전자 회로이다. 이러한 작업에 필요한 프로그래밍 가능한 계산 복잡성이 매우 높기 때문에, 현대의 그래픽 카드는 자체적으로 컴퓨터 역할을 한다.

개발 기업은 엔비디아, AMD, 인텔의 3사에 집약되어 있다.

DirectX(Direct3D)와 함께 사용하는 경우가 많다.


  • 엔비디아 지포스 시리즈
  • AMD 라데온 시리즈
  • 인텔 아크 시리즈


OpenGL과 함께 사용하는 경우가 많다.

  • NVIDIA Quadro 시리즈
  • AMD FirePro(FireGL, FireMV, FireStream) 시리즈
  • Intel Arc Pro 시리즈


과거에는 매트록스(Matrox)나 ATI 레이지(ATI Rage) 등의 제조업체가 전용으로 설계한 제품을 판매했지만, 엔비디아(NVIDIA)와 AMD의 전문가용 제품과 이들을 사용한 렌더링 서버가 판매되기 시작하면서[87][88] 많은 제조업체가 시장에서 철수했다.

그래픽 출력 기능이 없고, 범용 계산(GPGPU)에 특화된 엔비디아 테슬라(NVIDIA Tesla)와 AMD 파이어프로 S 시리즈가 데이터센터에 채택되고 있다.[89]

3. 2. 비디오 메모리 (VRAM)

비디오 카드가 메인보드 통합형인 경우 컴퓨터 램 메모리의 일부를 직접 사용하는 것이 보통이다. 통합형이 아닌 경우, 그래픽 카드는 자체적으로 비디오 램(VRAM)을 장착하고 있다. 현대의 그래픽 카드 메모리 용량은 128MB부터 32GB까지 다양하다. 2003년 이전에는 DDR SDRAM 기술 기반이었지만, 그 뒤에는 더 뛰어난 DDR2, GDDR3, GDDR4, GDDR5 등의 기술을 사용한다. 현대 카드들의 메모리 클럭 속도는 보통 400MHz에서 1.6GHz 사이이다. 비디오 메모리에서 아주 중요한 요소는 3D 그래픽의 심도를 관리하는 Z 버퍼이다. GDDR4 또는 GDDR5는 메모리의 클럭을 GDDR(원하는 수)만큼 배로 늘리는 것을 의미한다. 예를 들어, 1000MHz의 메모리를 GDDR5로 만들면 5000MHz가 된다.

종류메모리 클럭 속도 (MHz)대역폭 (GB/초)
DDR200-4001.6-3.2
DDR2400–10663.2–8.533
DDR3800-21336.4-17.066
DDR41600-486612.8-25.6
GDDR43000–4000160–256
GDDR51000–2000288–336.5
GDDR5X1000–1750160–673
GDDR61365-1770336–672
HBM250–1000512–1024



VRAM은 화면에 표시할 그래픽 정보를 저장하는 프레임 버퍼로 사용되는 메모리 영역이다. 용량이 커짐에 따라 오프스크린 버퍼나 셰이딩 버퍼 등으로도 사용되고 있다. 그래픽 칩과는 전용 버스로 포인트 투 포인트 연결된다. 대역폭이 넓을수록 성능상 유리하지만, 비용, 실장 면적, 발열 등을 우선하여 그래픽 칩 사양보다 좁은 대역폭으로 연결하는 경우도 있다.

비디오 메모리에는 고속성과 저가격성을 모두 갖춰야 하므로, 범용 DRAM뿐만 아니라 전용 RAM이 사용되는 경우도 많다. 과거에는 전용 모듈을 통해 비디오 메모리를 증설하는 제품도 존재했지만, 2000년대 이후 비디오 메모리 증설을 지원하는 비디오 카드는 확인되지 않고 있으며, 대략 2GB~16GB 정도로 고정되어 있다.

NVIDIA GeForce RTX 4090, NVIDIA Quadro 6000 Ada 세대, NVIDIA H100 Tensor Core GPU 등 일부 하이엔드 제품이나 워크스테이션, 서버용 제품에는 24GB/48GB/80GB/96GB 등 대용량 비디오 메모리를 탑재한 것도 등장하고 있다.

또한, AMD Radeon RX 6700 XT 12GB나 GeForce RTX 3060 12GB 등 미드레인지나 미드하이클래스 제품에서도 비교적 대용량 비디오 메모리를 탑재한 제품이 등장하고 있다.

실장 면적을 중요하게 생각하는 모바일 용도에서는 그래픽 칩의 LSI 패키지에 비디오 메모리용 RAM을 함께 넣은 제품도 존재한다.

3. 3. 인터페이스

그래픽 카드와 컴퓨터 디스플레이 사이에는 다음과 같은 연결 방식이 널리 쓰인다.

  • 비디오 그래픽스 어레이 (VGA) (DSUB-15): CRT 디스플레이를 위해 1980년대 말에 채택된 아날로그 기반 표준으로서 VGA 단자라고도 한다. 전자파 노이즈, 영상 왜곡, 샘플링 오류 등의 문제가 있다.
  • 디지털 비주얼 인터페이스 (DVI): LCD, 와이드 고선명 텔레비전 디스플레이, 플라스마 화면을 위한 디지털 기반 표준 단자이다. 하이엔드 CRT 모니터도 DVI를 사용한 적이 있으나 드물다. 대부분의 제조업체는 DVI-I 단자를 포함함으로써, (단순한 어댑터를 통해) RGB 신호 출력을 VGA 입력을 갖춘 오래된 CRT나 LCD 모니터에 보낼 수 있게 한다.
  • 비디오 인 비디오 아웃 (VIVO): S 비디오, 컴포지트 비디오, 컴포넌트 비디오의 입출력을 위한 단자이다. 텔레비전, DVD 플레이어, 비디오 레코더, 비디오 게임 콘솔 연결을 포함한다. 두 개의 10핀 미니 DIN 단자 변종, VIVO 분배 케이블(4개의 단자 또는 6개의 단자)이 함께 동봉되는 경우가 있다.
  • HDMI (고선명 멀티미디어 인터페이스): 2003년에 출시된 고급 디지털 오디오/비디오 인터커넥트로서 게임기와 DVD 플레이어를 디스플레이에 연결하는 데 일반적으로 쓰인다. HDCP를 통한 복사 보호를 지원한다.
  • 디스플레이포트: 2007년에 출시된 오디오/비디오 인터커넥트로서, 라이선스나 로열티 비용이 없다. 간단히 DP라고도 부른다. 디스플레이포트는 디스플레이와 컴퓨터를 연결하기 위해 VGA와 DVI를 대체할 수 있다.
  • 기타 종류의 연결 체계
  • 컴포지트 비디오: 저해상도의 아날로그 시스템으로서 RCA 단자를 이용한다.
  • 컴포넌트 비디오: 세 개의 케이블을 지니고 있으며 각각 RCA 단자가 있다. (디지털 컴포넌트로는 YCBCR, 아날로그 컴포넌트로는 YPBPR) 프로젝터, DVD 플레이어, 일부 텔레비전에 사용된다.
  • DB13W3: 한때 썬 마이크로시스템즈, SGI, IBM에 사용했던 아날로그 표준이다.
  • DMS-59: 하나의 단자에 두 개의 DVI나 VGA 출력부를 제공하는 단자이다. 이것은 DMS-59 포트이다.


유형커넥터설명
컴포지트 비디오
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아날로그 시스템에서 SD 해상도로 표시하기 위해 RCA 단자 출력을 사용할 수 있다.[57]
S-비디오
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아날로그 시스템에서 SD 해상도로 표시하기 위해 S-비디오 케이블은 4핀 미니 DIN 커넥터에서 두 개의 동기화된 신호와 접지 쌍을 전달한다.
7P
65x65px
일부 컴퓨터 장비에서 비표준 7핀 미니 DIN 커넥터가 사용된다.
8핀 미니 DIN
65x65px
일부 ATI Radeon 비디오 카드에서 8핀 미니 DIN 커넥터가 사용된다.[61]
컴포넌트 비디오
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각각 RCA 커넥터가 있는 세 개의 케이블을 사용한다. 이전 프로젝터, 비디오 게임 콘솔 및 DVD 플레이어에 사용된다.[62]
DB13W3
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예전에 썬 마이크로시스템즈, SGI 및 IBM에서 사용하던 아날로그 표준이다.
DMS-59
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단일 커넥터에서 DVI 또는 VGA 출력을 제공하는 커넥터이다.
DE-9
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EGA 및 CGA 그래픽 카드에서 사용되었던 기존 커넥터이다.



PCI Express 인터페이스를 갖춘 비디오 카드의 예


비디오 카드와 시스템을 연결하기 위한 인터페이스는 다음과 같다.

  • S-100 버스: 1974년에 도입되었으며 마이크로컴퓨터 산업의 최초의 산업 표준 버스이다.
  • ISA: 1981년 IBM이 도입한 것으로, 1980년대 시장에 널리 쓰였다. 8 또는 16비트 버스에 8MHz 클럭 속도를 제공한다.
  • NuBus: 매킨토시 II에 사용된 32비트 버스로, 10MB-20MB의 평균 대역너비를 제공한다.
  • MCA: 1997년 IBM이 도입한 32비트 버스로, 10MHz의 클럭 속도를 제공한다.
  • EISA: 1988년 IBM의 MCA와 경쟁하기 위해 공개된 것으로, 초기 ISA 버스와 호환된다. 32비트 버스로서 8.33MHz의 클럭 속도를 제공한다.
  • VLB: ISA의 확장으로서 32비트 버스이며 33MHz의 클럭 속도를 제공한다.
  • PCI: 1993년 이후부터 EISA, ISA, MCA, VESA 버스를 대체한다. 32비트 버스에 33MHz의 클럭 속도를 제공한다.
  • UPA: 1995년 썬 마이크로시스템즈가 도입한 인터커넥트 버스 아키텍처이다. 64비트 버스로서 67MHz 또는 83MHz의 클럭 속도를 제공한다.
  • USB: 외장 저장 장치나 장난감과 같은 주변 기기에 주로 쓰이지만, USB 디스플레이와 디스플레이 어댑터가 존재한다.
  • AGP: 1997년 처음 사용된 그래픽 전용 버스이다. 32비트 버스로서 66MHz의 클럭 속도를 제공한다.
  • PCI-X: PCI 버스의 확장으로, 1998년 도입되었다. 버스 너비를 64비트로, 클럭 속도를 최대 133MHz로 확장함으로써 기존의 PCI를 개선한다.
  • PCI 익스프레스: 간단히 PCIe라고도 하며, 2004년 출시된 점대점 인터페이스이다. 2006년 기준으로 AGP의 데이터 전송 속도의 두 배를 제공하였다. 기존 PCI 규격의 강화 버전인 PCI-X와는 구분한다.
  • PCIE 익스프레스 X1~16: PCIe x1~16까지 정도이고, 1~16까지의 숫자는 슬롯 길이와 배속을 말하는 것이다.


아래는 인터페이스들의 기능을 비교한 표이다.

버스버스폭 (비트)클럭 속도 (MHz)대역폭 (MB/초)스타일
ISA XT84.778병렬
ISA AT168.3316병렬
MCA321020병렬
NUBUS321010~40병렬
EISA328.3332병렬
VESA3240160병렬
PCI32~6433~100132~800병렬
AGP 1x3266264병렬
AGP 2x3266528병렬
AGP 4x32661000병렬
AGP 8x32662000병렬
PCIe x112500 / 5000250 / 500직렬
PCIe x41 × 42500 / 50001000 / 2000직렬
PCIe x81 × 82500 / 50002000 / 4000직렬
PCIe x161 × 162500 / 50004000 / 8000직렬
PCIe ×1 2.0[106]1500 / 1000직렬
PCIe ×4 2.01 x 42000 / 4000직렬
PCIe ×8 2.01 x 84000 / 8000직렬
PCIe ×16 2.01 x 165000 / 100008000 / 16000직렬
PCIe ×1 3.011000 / 2000직렬
PCIe ×4 3.01 x 44000 / 8000직렬
PCIe ×8 3.01 x 88000 / 16000직렬
PCIe ×16 3.01 x 1616000 / 32000직렬
PCIe ×1 4.012000 / 4000직렬
PCIe ×4 4.01 × 48000 / 16000직렬
PCIe ×8 4.01 × 816000 / 32000직렬
PCIe ×16 4.01 × 1632000 / 64000직렬
PCIe ×1 5.014000 / 8000직렬
PCIe ×4 5.01 × 416000 / 32000직렬
PCIe ×8 5.01 × 832000 / 64000직렬
PCIe ×16 5.01 × 1664000 / 128000직렬


3. 4. 비디오 BIOS

펌웨어인 비디오 바이오스는 그래픽 카드의 운영을 관리하고, 컴퓨터와 소프트웨어가 카드와 소통할 수 있도록 돕는 기본 프로그램을 담고 있는 칩이다. 이 칩은 메모리 타이밍, 동작 속도, 램(RAM)과 프로세서의 전압 등에 대한 정보를 담고 있다.[20] 그래픽 카드 오버클럭을 위해 바이오스를 수정하여 해당 바이오스 칩에 다시 플래시 적용을 할 수 있다. 그러나 이는 제조회사가 권장하는 방식이 아니며, 그래픽 카드에 잠재적인 위험이 노출될 수 있으니 주의해야 한다.

최신 비디오 BIOS는 그래픽 카드의 모든 기능을 지원하지는 않으며, 몇 가지 프레임 버퍼 또는 텍스트 표시 모드 중 하나를 표시하기 위해 카드를 식별하고 초기화하는 데 충분하다. YUV를 RGB로 변환, 비디오 스케일링, 픽셀 복사, 합성 또는 그래픽 카드의 다른 수많은 2D 및 3D 기능은 지원하지 않으며, 이러한 기능에는 소프트웨어 드라이버를 통해 접근해야 한다.

VGA 바이오스라고도 불리는 그래픽 카드에 탑재된 바이오스는 시스템이 실모드로 동작하는 초기 부팅 단계 등에서 VGA 호환 모드 표시 기능을 제공한다. 비디오 카드 기판의 ROM 칩에 저장되어 있다. PC-9821 등 PC/AT와 다른 아키텍처에서는 메인보드에 전용 표시 회로를 가지고 있기 때문에 VGA 바이오스가 필요 없으며, BIOS 프로그램 자체가 비호환이므로 사용 가능한 보드라도 BIOS를 비활성화해야 할 필요가 있다.

3. 5. 냉각 장치

그래픽 카드는 높은 온도에서 작동이 멈추고 다운될 수 있다. 냉각 장치는 과도한 열을 막기 위해 통합되어 있다.

팬이 부착된 히트싱크


그래픽 카드의 처리 성능이 향상됨에 따라 전력 소모량도 증가했다. 현재 고성능 그래픽 카드는 많은 전력을 소비하는 경향이 있다. 예를 들어, 지포스 Titan RTX의 열 설계 전력(TDP)은 280W이다.[10] 비디오 게임으로 테스트했을 때 지포스 RTX 2080 Ti Founder's Edition의 평균 전력 소비량은 300W였다.[11] CPU 및 전원 공급 장치 제조업체는 최근 고효율을 목표로 하고 있지만, 그래픽 카드의 전력 요구량은 계속 증가하여 컴퓨터의 개별 부품 중 가장 높은 전력 소비량을 기록하고 있다.[12][13] 전원 공급 장치의 출력도 증가했지만, PCI 익스프레스 연결부에서 병목 현상이 발생하는데, 이는 75W로 제한된다.[14]

75W가 넘는 전력 소비량을 가진 최신 그래픽 카드에는 일반적으로 6핀(75W) 또는 8핀(150W) 소켓이 결합되어 전원 공급 장치에 직접 연결된다. 이러한 컴퓨터에서는 적절한 냉각이 중요한 과제가 된다. 여러 개의 그래픽 카드가 장착된 컴퓨터는 750W 이상의 전원 공급 장치가 필요할 수 있다. 두 개 이상의 고급 그래픽 카드가 장착된 컴퓨터의 경우 열 배출이 주요 설계 고려 사항이 된다.

엔비디아 지포스 RTX 30 시리즈 (암페어 아키텍처 기준) "Hall of Fame"이라는 사용자 지정 플래시 RTX 3090은 최대 630W의 최대 전력 소모량을 기록했다. 표준 RTX 3090은 최대 450W까지 도달할 수 있다. RTX 3080은 최대 350W에 도달할 수 있으며, 3070은 비슷하거나 약간 낮은 최대 전력 소모량에 도달할 수 있다. Founder's Edition 버전의 암페어 카드는 "이중 축류"[15] 쿨러 디자인을 특징으로 하며, 카드 위아래에 팬이 있어 가능한 한 많은 열을 컴퓨터 케이스 후면으로 방출한다. 유사한 디자인은 Sapphire Radeon RX Vega 56 Pulse 그래픽 카드에서도 사용되었다.[16]

주요 방열판을 제거한 Radeon HD 7970. 카드의 주요 구성 요소를 보여준다. 크고 기울어진 은색 물체는 GPU 다이이며, 그 주변에는 압출 알루미늄 방열판으로 덮인 RAM 칩이 있다. 전력 공급 회로는 카드의 오른쪽 근처에 있는 RAM 옆에 장착되어 있다.


대부분의 최신 그래픽 카드에는 히트싱크가 장착되어 있다. 히트싱크는 그래픽 처리 장치(GPU)에서 발생하는 열을 히트싱크와 장치 자체에 고르게 분산시킨다. 히트싱크에는 일반적으로 히트싱크와 그래픽 처리 장치를 식히기 위한 팬이 장착되어 있다. 모든 카드에 히트싱크가 있는 것은 아니다. 예를 들어, 일부 카드는 액체 냉각 방식이며 대신 워터 블록이 있다. 또한, 1980년대와 1990년대 초의 카드는 열이 많이 발생하지 않아 히트싱크가 필요하지 않았다. 대부분의 최신 그래픽 카드에는 적절한 열 관리 솔루션이 필요하다. 수냉식으로 할 수도 있고, 최상의 열 전달을 위해 일반적으로 구리로 만들어진 추가 연결된 히트 파이프가 있는 히트싱크를 통해 할 수도 있다.

비디오카드는 PC 내부에서 소비전력과 발열량이 큰 부품 중 하나이며, 특히 고성능 하이엔드 제품에서는 강력한 방열 및 냉각이 필요하다. 인접한 확장 슬롯 공간을 차지할 정도로 거대한 팬이나 히트싱크를 갖춘 제품이 등장하여, 이후 일반화되었다. 1슬롯만 차지하는 유형이라도 방열성을 유지하기 위해 옆 슬롯은 가능한 한 비워 두는 것이 좋다. 2018년경부터 출시된 고성능 비디오카드는 냉각 장치가 대형화되어 무게가 2.4kg에 달하는 것도 있다. 따라서 마더보드를 선택할 때는 꽂는 슬롯이 무게를 견딜 수 있는지 판단하여 구매해야 한다. 대형 비디오카드를 사용할 때는 부품 손상을 방지하기 위해 전용 지지대(스테이)도 판매되고 있다. 휘어짐 방지를 위해 뒷면에 금속제 플레이트(백플레이트)를 갖춘 비디오카드도 있다.

소비전력이 작은 로우엔드 제품은 발열이 적고 가벼우며 팬리스 사양의 제품도 있다. 하지만 팬리스 제품은 케이스 내부에 공기 흐름이 없으면 충분히 방열되지 않을 수 있다. 히트싱크를 대형화함으로써 고성능 제품에서도 팬리스로 하는 비디오카드도 판매되고 있다.[74]

3. 6. 보조 전원

그래픽 카드의 처리 능력이 증가함에 따라 전력 소모량도 함께 증가하고 있다. 최근 고성능 그래픽 카드는 많은 전력을 소비하며, 컴퓨터 부품 중 가장 많은 전기를 사용하는 경우가 많다.[107][108] CPU와 컴퓨터 전원 공급 장치 제조사들이 효율성을 높이고 있지만, 그래픽 카드의 전력 요구량은 계속 증가하는 추세이다.[12][13]

PCI 익스프레스 연결은 75와트 전력 공급으로 제한되어 있기 때문에, 전원 공급 장치의 출력이 높아져도 병목 현상이 발생할 수 있다.[109][14] 따라서 75와트 이상의 전력을 소비하는 그래픽 카드는 전원 공급 장치에 직접 연결되는 6핀(75W) 또는 8핀(150W) 소켓을 사용한다.

엔비디아 지포스 RTX 30 시리즈 (암페어 아키텍처 기준)의 경우, 사용자 지정 플래시 RTX 3090 ("Hall of Fame")은 최대 630와트, 표준 RTX 3090은 최대 450와트, RTX 3080은 최대 350와트의 전력을 소비한다.

일반적으로 "보조 전원"이라고 불리는[75] 이 연결 방식은 6핀 1개로 75W, 8핀 1개로 150W, 12VHPWR 1개로 최대 600W의 전력을 공급할 수 있다.

4. 제조 회사

1981년 '''IBM PC'''는 비디오 관련 하드웨어를 본체에 고정하는 대신 비디오 카드로 독립시키는 설계를 채택했다. IBM PC는 비디오 서브시스템(비디오 칩 등)을 마더보드에 탑재하지 않고 확장 카드(IBM은 어댑터라고 부름)에 탑재했다. IBM PC 출시 당시에는 텍스트 모드만 지원하는 '''MDA'''와 그래픽 모드를 지원하는 '''CGA''' 두 종류의 비디오 카드가 제공되었으며, 용도에 따라 선택 및 교체가 가능했다.

이러한 '''확장성''' 덕분에 IBM PC 계열 및 IBM PC 호환기에서는 사용자가 본체를 교체하지 않고도 각 회사에서 판매하는 다양한 비디오 카드로 교체(종류에 따라 추가하여 공존)하여, 더욱 빠르고 고해상도의 표시 환경을 얻을 수 있게 되었다. 그중 Hercules의 '''HGC'''는 널리 사용되었다.

4. 1. GPU 제조사

AMD는 2006년에 ATI를 인수했으며, 현재 GPU를 제조하고 있다.[43] 엔비디아도 현재 GPU를 제조하고 있다.[43] 매트록스는 현재 자체 제작 대신 AMD 기반으로만 GPU를 제작한다.

인텔과 비아 테크놀로지스는 현재 내장 그래픽 프로세서(IGP)만 제조한다.

과거에는 3dfx, 3DLabs, 크리에이티브 테크놀로지, 캐노퍼스 등의 회사들이 GPU를 제조했다.

2016년 기준 그래픽 카드에 사용되는 GPU의 주요 공급업체는 AMD와 Nvidia이다. 2013년 3분기 시장 점유율은 AMD가 35.5%, Nvidia가 64.5%였다.[42] 경제학에서는 이러한 산업 구조를 과점이라고 한다.

AMD와 Nvidia는 그래픽 카드를 직접 제조 및 판매하며, 이를 업계에서는 그래픽 추가 기능 보드(AIB)라고 한다. AMD와 Nvidia는 자체 그래픽 카드를 판매하는 것 외에도, 공인 AIB 공급업체에 GPU를 판매한다.[43] Nvidia와 AMD가 고객/파트너와 직접 경쟁한다는 사실은 업계 관계를 복잡하게 만든다.

2013년 2분기 기준으로 AIB 공급업체는 52개였다.[43] 이들 AIB 공급업체는 자체 브랜드로 그래픽 카드를 판매하거나, 자체 브랜드용 그래픽 카드를 생산하거나, 컴퓨터 제조업체용 그래픽 카드를 생산할 수 있다. MSI처럼 일부 AIB 공급업체는 AMD와 Nvidia 기반 그래픽 카드를 모두 제조한다. EVGA처럼 다른 업체는 Nvidia 기반 그래픽 카드만 제조하는 반면, XFX는 현재 AMD 기반 그래픽 카드만 제조한다.

대부분의 대형 AIB 공급업체는 대만에 있으며, ASUS, MSI, GIGABYTE, Palit 등이 이에 해당한다. 홍콩에 본사를 둔 AIB 제조업체로는 Sapphire와 조텍이 있다. Sapphire와 Zotac은 각각 AMD와 Nvidia GPU 전용 그래픽 카드를 판매한다.[44]

현재 개발 기업은 엔비디아, AMD, 인텔 3사로 집약되어 있다.

4. 2. 그래픽 카드 제조사

2016년 기준으로 그래픽 카드에 사용되는 GPU(그래픽 칩 또는 칩셋)의 주요 공급업체는 AMD와 엔비디아이다. Jon Peddie Research에 따르면, 2013년 3분기 AMD의 시장 점유율은 35.5%였고 Nvidia는 64.5%였다.[42] 경제학에서는 이러한 산업 구조를 과점이라고 한다.

AMD와 Nvidia는 그래픽 카드를 직접 제조 및 판매하는데, 업계에서는 이를 그래픽 추가 기능 보드(AIB)라고 한다. (엔비디아 그래픽 처리 장치 비교 및 AMD 그래픽 처리 장치 비교 참조) AMD와 Nvidia는 자체 그래픽 카드를 판매하는 것 외에도, AMD와 Nvidia가 "파트너"라고 부르는 공인 AIB 공급업체에 GPU를 판매한다.[43] Nvidia와 AMD가 고객/파트너와 직접 경쟁한다는 사실은 업계 관계를 복잡하게 만든다.

AMD 기반 그래픽 카드가 Intel CPU가 탑재된 컴퓨터에 사용될 수 있다는 점에서 AMD와 Intel이 CPU 업계에서 직접 경쟁하는 것도 주목할 만하다. Intel의 통합 그래픽은 AMD를 약화시킬 수 있는데, AMD는 APU에서 상당한 수익을 얻고 있다.

2013년 2분기 기준으로 AIB 공급업체는 52개였다.[43] 이러한 AIB 공급업체는 자체 브랜드로 그래픽 카드를 판매하거나, 자체 브랜드용 그래픽 카드를 생산하거나, 컴퓨터 제조업체용 그래픽 카드를 생산할 수 있다. MSI와 같이 일부 AIB 공급업체는 AMD 기반과 Nvidia 기반 그래픽 카드를 모두 제조한다. EVGA와 같이 다른 업체는 Nvidia 기반 그래픽 카드만 제조하는 반면, XFX는 현재 AMD 기반 그래픽 카드만 제조한다.

대부분의 대형 AIB 공급업체는 대만에 있으며, 여기에는 ASUS, MSI, GIGABYTE 및 Palit가 포함된다. 홍콩에 본사를 둔 AIB 제조업체로는 Sapphire와 조텍이 있다. Sapphire와 Zotac은 각각 AMD와 Nvidia GPU 전용 그래픽 카드를 판매한다.[44]

과거에는 각 그래픽 카드 제조업체가 벤더로부터 GPU를 구매하여 설계 및 제조를 거쳐 제품을 판매했다. 하지만 이 방식은 제조업체별 제품의 품질 편차가 크다는 문제가 있었다.

이 때문에 2000년대부터 벤더가 GPU에 대응하는 그래픽 카드의 레퍼런스 디자인을 제조업체에 제공하고, 제조업체는 레퍼런스 디자인에 따라 제품을 판매하는 방식이 주류가 되어 품질 면에서의 차이가 줄어들었다.[85] 제조업체는 냉각 팬과 히트싱크의 형태, 오버클럭, 유틸리티 소프트웨어 등으로 차별화를 꾀하고 있다.[86][85]

2000년대 후반 이후로는 ASUS, GIGABYTE, MSI 등의 메인보드 제조업체가 만드는 그래픽 카드 제품이 대부분을 차지하게 되었지만, Palit처럼 확장 카드만을 전문으로 하는 제조업체도 존재한다.[84]

일반적인 그래픽 카드 제조업체는 여러 GPU 벤더의 그래픽 카드 제품을 취급하지만, Sapphire처럼 특정 GPU 벤더의 그래픽 카드 제품만을 취급하는 경우도 있다. 또한 벤더 자체가 그래픽 카드 판매까지 하는 경우도 있다. 이에 해당하는 예로는 Matrox가 있으며, 과거에는 ATI, 3dfx, 3DLabs도 그래픽 카드의 제조 및 판매를 했었다.

그래픽 카드 제조업체가 그래픽 카드 판매 시 자체 브랜드를 사용하는 경우도 있다. AOpen의 XiAi 등이 있다. Palit은 다른 회사의 OEM 외에도 자체 브랜드로도 판매하고 있다.[85]

일본 국내 제조업체에서는 I-O DATA(도전자 브랜드도 전개)·버팔로(玄人志向 브랜드 포함) 등의 주변기기 제조업체가 비디오카드 판매를 담당하고 있다. 상품에서는 「그래픽 가속기」라는 명칭이 사용되었다. I-O DATA의 제품은 설계는 레퍼런스에 준한 것이었지만, 과거에는 드라이버가 독자적으로 튜닝되어 일정한 평가를 받았다.

그 후, OEM 공급을 받은 ATI/NVIDIA 제품을 라인업하고 있었지만, 2010년 12월 GA-RH5450을 마지막으로 일단 취급을 종료했다. 2014년에는 4K UHD 대응 비디오카드 GA-GTX750TI를 다시 취급하게 되었고, 2007년부터 DisplayLink사 제품을 사용한 USB 연결 제품의 판매를 계속하고 있다.

카노프스는 레퍼런스 디자인과 다른 독자 개발의 기판 및 드라이버를 채용한 비디오카드의 제조·판매를 실시하여 매니아층을 중심으로 과거 인기를 얻었지만, 2002년에 독자 설계 비디오카드의 릴리스는 종료되었고, 2006년 2월 MTVGA X1300L 릴리스를 마지막으로 비디오카드 사업에서 철수했다.

산업용으로는 자사가 제공하는 솔루션의 일부로서 생산을 하고 있는 기업(NEC, EIZO)이 있었지만, NVIDIA와 AMD가 프로용 제품을 개발하게 되면서 시장 점유율을 빼앗겨 철수하고 있다.

현재 GPU를 제조하는 회사는 다음과 같다.

현재 IGP만 제조하는 회사는 다음과 같다.

과거의 회사는 다음과 같다.

회사명비고
3dfx
3DLabs
크리에이티브 테크놀로지
캐노퍼스
ASUSTeK Computer
GIGABYTE
Micro-Star International (MSI)
Matrox Graphics
AOpen
Sapphire Technology
I-O DATA(도전자 브랜드도 전개)
버팔로(구 사명 멜코. 玄人志向 브랜드도 전개)
ZOTAC
COLORFUL
GALAXY
ELSA(엘사 재팬/ELSA Technology)
FOXCONN
LEADTEK(FOXCONN과 협업)
ALBATRON
HIS
XFX
GECUBE
PowerColor
INNOVATION
PNY Technologies
S3 Graphics(이전에는 소비자용 S3 크롬 시리즈를 개발·판매했지만, 2010년대에 들어 소비자 시장에서 철수하고 디지털 사이니지용으로 전환[90])
Palit Microsystems
[http://www.aspeedtech.com/ Aspeed](서버용 비디오 칩 벤더)
3dfx 인터렉티브(엔비디아에 인수됨)
3Dlabs(와일드캣 시리즈 등, 이전에는 하이엔드 전문가용 3DCG 소프트웨어용 제품을 개발·판매했으나, 2006년 사업에서 철수[91])
(오랫동안 엔비디아 제품 GPU 탑재 비디오 카드를 개발·판매했으나, 2022년 9월 GeForce RTX 4090/4080 발표 직전 철수를 발표함[92].)
(20세기 말경 링크스, , 리얼리즘, 인텐스 3D 시리즈를 제작. 2000년 개발 부문인 자회사 Intense 3D사를 3Dlabs에 매각)
크리에이티브 테크놀로지(3DLabs를 인수. 한국 법인은 크리에이티브 미디어)
카노푸스
로지텍
ATI(AMD에 인수됨)
(GPU를 담당했던 개발 부문이 Sondrel에 인수됨[93], 후에 자산을 투자펀드에 매각하고 해산[94])
EIZO- 항공 교통 관제 솔루션으로 비디오 카드를 제조했었음[95]. 그러나 2018년 생산 종료[96].
NEC- 방송국용 워크스테이션용으로 비디오 카드를 일부 제조·판매했었음[97].


5. 3차원 그래픽스 API

그래픽스 드라이버는 보통 동일 벤더의 하나 이상의 카드를 지원하며 특정 운영 체제에 특화되어 작성된다. 게다가 3차원 렌더링을 수행하기 위해 운영 체제나 추가 소프트웨어 패키지는 응용 프로그램용 특정 프로그래밍 API를 제공한다.

운영 체제에 따른 3차원 렌더링 API 이용 가능성
OS벌칸DirectXGNMX메탈OpenGLOpenGL ES
윈도우 10예 (엔비디아/AMD)예 (마이크로소프트)예예
macOS부분적 (유료, MoltenVK)[110]예 (애플)예 (애플)
GNU/Linux예예예
안드로이드예예 (엔비디아)예
iOS부분적 (유료, MoltenVK)[110]예 (애플)예 (애플)
타이젠부분적 (개발 중)예
Sailfish부분적 (개발 중)예
엑스박스 원예
Orbis OS (PS4)예
닌텐도 스위치예예예


6. 그래픽 기술

그래픽 카드의 주요 기술은 다음과 같다.

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