지포스 600 시리즈
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목차
1. 개요
지포스 600 시리즈는 엔비디아가 출시한 그래픽 처리 장치(GPU) 제품군으로, 이전 세대인 페르미 아키텍처와 새로운 케플러 아키텍처를 기반으로 한다. 케플러 기반 제품은 PCI Express 3.0, DisplayPort 1.2, HDMI 1.4a, PureVideo VP5, NVENC, 최대 4개의 독립적인 디스플레이 지원, SMX, 새로운 명령어 스케줄러, 바인드리스 텍스처, CUDA 컴퓨트 기능 3.0, GPU 부스트, TXAA 및 28nm 공정을 특징으로 한다. 2012년에 GTX 680, GT 640M, GT 650M, GTX 660M 등을 시작으로 출시되었으며, 데스크톱, 노트북 등 다양한 제품군으로 구성되었다. 엔비디아는 32비트 운영체제 드라이버 지원을 중단하고, 윈도우 7 및 8.1에 대한 드라이버 지원을 레거시 상태로 전환하였으며, 2024년 9월까지 중요 보안 업데이트를 제공할 예정이다.
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| 지포스 600 시리즈 | |
|---|---|
| 개요 | |
| 이름 | 지포스 600 시리즈 |
 | |
| 코드명 | GK10x |
| 아키텍처 | 페르미 케플러 |
| 출시일 | 2012년 3월 22일 |
| 모델 | 지포스 시리즈 |
| 모델1 | 지포스 GT 시리즈 |
| 모델2 | 지포스 GTX 시리즈 |
| 트랜지스터 수 | 2억 9200만 개 40nm (GF119) |
| 트랜지스터 수1 | 5억 8500만 개 40nm (GF108) |
| 트랜지스터 수2 | 11억 7000만 개 40nm (GF116) |
| 트랜지스터 수3 | 19억 5000만 개 40nm (GF114) |
| 트랜지스터 수4 | 12억 7000만 개 28nm (GK107) |
| 트랜지스터 수5 | 10억 2000만 개 28nm (GK208) |
| 트랜지스터 수6 | 25억 4000만 개 28nm (GK106) |
| 트랜지스터 수7 | 35억 4000만 개 28nm (GK104) |
| 보급형 | GT 605 GT 610 GT 620 GT 630 GT 640 |
| 중급형 | GTX 650 GTX 650 Ti GTX 650 Ti 부스트 GTX 660 |
| 고급형 | GTX 660 Ti GTX 670 GTX 680 |
| 매니아형 | GTX 690 |
| OpenGL 버전 | OpenGL 4.6 |
| Direct3D 버전 | Direct3D 12.0 (기능 레벨 11_0) |
| 셰이더 모델 | Shader Model 6.5 |
| OpenCL 버전 | OpenCL 3.0 |
| Vulkan API | Vulkan 1.2 |
| SPIR-V | SPIR-V |
| 이전 세대 | 지포스 500 시리즈 |
| 다음 세대 | 지포스 800M 시리즈 지포스 700 시리즈 |
| 지원 상태 | 지원 중단 |
2. 아키텍처
지포스 600 시리즈는 이전 세대인 페르미 아키텍처와 새로운 케플러 아키텍처 기반의 Nvidia GPU 제품을 모두 포함한다. 페르미 아키텍처가 원시 성능 향상에 집중했다면, 케플러 아키텍처는 전력 효율성 증대와 전반적인 성능 향상을 동시에 목표로 개발되었다.[34] 이를 위해 엔비디아는 통합 클럭 방식을 도입하고 셰이더 클럭을 폐지하는 등[3] 구조적인 변화를 주었다. 또한, '바인드리스 텍스처(Bindless Textures)'[34] 및 향상된 메모리 컨트롤러(6GHz 클럭 지원)[3]와 같은 새로운 기술들이 도입되었다. 케플러 아키텍처 기반의 GPU는 PCI Express 3.0, 디스플레이포트 1.2, NVENC 등 다양한 신기술을 지원하며, TSMC의 28nm 공정으로 제조되었다. 케플러라는 이름은 독일의 수학자이자 천문학자인 요하네스 케플러에서 유래했다.
2. 1. 페르미 아키텍처와의 비교
이전 세대 아키텍처인 페르미가 컴퓨팅 및 테셀레이션에서의 원시 성능 향상에 중점을 두었다면, 케플러 아키텍처는 전력 효율성을 높이면서 전반적인 성능 향상을 목표로 삼았다.[34] 엔비디아는 이를 위해 통합 클럭 방식을 도입하고 이전 GPU 설계에서 사용되던 셰이더 클럭을 폐지했다. 이 변화는 동일 수준의 성능을 내기 위해 더 많은 코어를 필요로 했지만, 결과적으로 전력 효율은 크게 개선되었다. 엔비디아에 따르면 케플러 코어 2개가 페르미 코어 1개가 사용하는 전력의 약 90%만을 소비하며, 클럭 속도 감소로 인해 해당 영역의 전력 소비가 50% 줄어들었기 때문이다.[3]케플러 아키텍처는 '바인드리스 텍스처(Bindless Textures)'라는 새로운 텍스처 처리 방식을 도입했다.[34] 기존 방식에서는 GPU가 텍스처를 사용하기 전에 CPU가 해당 텍스처를 고정된 크기(일반적으로 128개)의 테이블 슬롯에 미리 할당(바인딩)해야 했다. 이는 한 번에 사용할 수 있는 텍스처 수가 제한되고, CPU가 불필요한 작업을 수행해야 하는 단점이 있었다.[34] 바인드리스 텍스처는 이러한 제한을 없애 GPU가 메모리에 로드된 모든 텍스처에 직접 접근할 수 있게 함으로써 사용 가능한 텍스처 수를 늘리고 바인딩 과정에서 발생하는 성능 저하를 제거했다.
또한, 케플러 아키텍처를 통해 엔비디아는 메모리 클럭 속도를 6GHz까지 높일 수 있었다. 이를 위해 완전히 새로운 메모리 컨트롤러와 버스 설계가 필요했다. 이는 GDDR5 메모리의 이론적인 최대 속도인 7GHz에는 미치지 못하지만, 페르미 아키텍처의 메모리 컨트롤러 속도인 4GHz보다는 훨씬 높은 수치이다.[3]
케플러라는 이름은 독일의 수학자이자 천문학자인 요하네스 케플러에서 유래했다.
지포스 600 시리즈는 이전 세대인 페르미 아키텍처 기반 제품과 새로운 케플러 아키텍처 기반 제품을 모두 포함한다. 이 중 케플러 기반의 지포스 600 시리즈 GPU는 다음과 같은 표준 기능을 지포스 제품군에 추가했다.
- PCI Express 3.0 인터페이스
- 디스플레이포트 1.2
- HDMI 1.4a (4K x 2K 해상도 비디오 출력 지원)
- 퓨어비디오 VP5 하드웨어 비디오 가속 (최대 4K x 2K H.264 디코딩 지원)
- 하드웨어 H.264 인코딩 가속 블록 (NVENC)
- 최대 4개의 독립적인 2D 디스플레이 또는 3개의 스테레오스코픽/3D 디스플레이 지원 (엔비디아 서라운드)
- 차세대 스트리밍 멀티프로세서 (SMX)
- 새로운 명령어 스케줄러
- 바인드리스 텍스처
- CUDA 컴퓨트 기능 3.0
- GPU 부스트
- TXAA
- TSMC 28nm 공정으로 제조
2. 2. 스트리밍 멀티프로세서 (SMX)
케플러 아키텍처는 SMX(Streaming Multiprocessor eXtreme)라고 하는 새로운 스트리밍 멀티프로세서 아키텍처를 사용한다. SMX는 이전 페르미 아키텍처와 달리, 전체 GPU가 2배 클럭의 "셰이더 클럭" 대신 단일 "코어 클럭"으로 작동하도록 설계되어 케플러의 전력 효율성을 높이는 핵심 요소이다.[3]SMX는 단일 통합 클럭을 사용함으로써 GPU의 전력 효율성을 크게 향상시켰다. 엔비디아의 발표에 따르면, 두 개의 케플러 CUDA 코어가 하나의 페르미 CUDA 코어가 소비하는 전력의 약 90%만을 사용한다.[3] 이러한 통합 클럭 방식은 사이클당 전체 워프(warp)를 실행하기 위해 더 많은 처리 장치를 필요로 하게 되었다. 이에 따라 케플러 아키텍처는 경쟁력을 유지하기 위해 GPU의 원시 성능 향상도 동시에 추구했다.
SMX의 주요 구조적 변화는 다음과 같다.[4]
- CUDA 코어 증가: CUDA 어레이당 코어 수가 16개에서 32개로 두 배 증가했다.
- CUDA 코어 어레이 증가: 코어 어레이 수가 3개에서 6개로 두 배 증가했다.
- 기능 유닛 증가: 로드/저장 장치와 SFU(특수 기능 유닛) 그룹이 각각 1개에서 2개로 두 배 증가했다.
- GPU 처리 리소스 증가:
- 워프 스케줄러: 2개에서 4개로 증가.
- 디스패치 유닛: 4개에서 8개로 증가.
- 레지스터 파일: 64K 항목으로 두 배 증가하여 성능을 뒷받침한다.
- 폴리모프 엔진 개선: 기능이 향상되어 폴리곤 생성에 걸리는 시간이 4 사이클에서 2 사이클로 단축되었다.
이러한 GPU 처리 장치와 리소스의 증가는 다이(die) 공간 사용량 증가로 이어졌지만, 엔비디아는 케플러에서 전력 효율성뿐만 아니라 면적 효율성도 중요하게 고려했다. 그 결과, 다이 공간을 절약하면서도 FP64(배정밀도 부동소수점 연산) 기능을 제공하기 위해 SMX 내에 8개의 전용 FP64 CUDA 코어만을 배치했다. 모든 케플러 CUDA 코어가 FP64 연산을 지원하지는 않기 때문에, 케플러 아키텍처는 그래픽 성능 면에서는 큰 향상을 이루었지만 FP64 연산 성능은 페르미 아키텍처에 비해 상대적으로 낮아졌다.[4]
2. 3. 새로운 명령어 스케줄러
복잡한 하드웨어 스케줄러를 단순한 소프트웨어 스케줄러로 대체하여 추가적인 다이 면적을 확보했다. 소프트웨어 스케줄링을 통해 워프 스케줄링은 엔비디아의 컴파일러로 이동했으며, GPU 수학 파이프라인이 이제 고정된 대기 시간을 갖게 되면서 명령어 수준 병렬성과 수퍼스칼라 실행을 스레드 수준 병렬성에 추가하여 활용할 수 있게 되었다. 명령어는 정적으로 스케줄링되므로, 수학 파이프라인의 대기 시간이 이미 알려져 있어 워프 내부의 스케줄링은 불필요해졌다. 이는 다이 면적 공간과 전력 효율성의 증가로 이어졌다.[3][5][34]2. 4. GPU 부스트
GPU 부스트는 CPU의 터보 부스트와 유사한 새로운 기능이다. GPU는 항상 "베이스 클럭"이라고 하는 최소 클럭 속도로 작동하도록 보장된다. 이 클럭 속도는 최대 부하에서도 GPU가 TDP 사양 내에 유지되도록 설정된다.[34] 그러나 부하가 낮을 때는 TDP를 초과하지 않으면서 클럭 속도를 높일 여지가 있다. 이러한 상황에서 GPU 부스트는 GPU가 미리 정의된 전력 목표(기본적으로 170W)에 도달할 때까지 클럭 속도를 단계적으로 증가시킨다.[3] 이 방식을 통해 GPU는 TDP 사양 내에서 최대한의 속도를 제공하면서 클럭을 동적으로 높이거나 낮춘다.전력 목표와 GPU가 수행할 클럭 증가 단계의 크기는 타사 유틸리티를 통해 조정할 수 있으며, 이는 케플러 기반 카드를 오버클럭하는 수단을 제공한다.[34]
2. 5. 바인드리스 텍스처
케플러 아키텍처는 바인드리스 텍스처(Bindless Textures)라는 새로운 형태의 텍스처 처리 방식을 도입했다.[34] 이전 방식에서는 GPU가 텍스처를 참조하기 전에, CPU가 고정된 크기의 테이블(일반적으로 128개 슬롯)에 해당 텍스처를 미리 연결(바인딩)해야 했다.이 기존 방식에는 두 가지 주요한 제약이 따랐다. 첫째, 테이블 크기가 고정되어 있어 동시에 사용할 수 있는 텍스처의 수가 128개로 제한되었다. 둘째, CPU가 각 텍스처를 메모리에 불러오고, 이를 다시 바인딩 테이블의 특정 슬롯에 연결하는 추가적인 작업을 수행해야만 했다.[34]
바인드리스 텍스처 기술은 이러한 제약을 해소했다. GPU는 이제 메모리에 로드된 모든 텍스처에 직접 접근할 수 있게 되었다. 이를 통해 동시에 사용 가능한 텍스처의 수가 크게 증가했으며, 기존의 바인딩 과정에서 발생했던 성능 저하 문제도 해결되었다.[34]
2. 6. TXAA
TXAA는 케플러 GPU에서만 사용할 수 있는 엔비디아의 새로운 안티 에일리어싱 기법으로, 게임 엔진에 직접 구현하도록 설계되었다. TXAA는 MSAA 기술과 사용자 정의 해결 필터를 기반으로 한다. 이 기술은 게임 플레이 중 화면이 움직일 때 발생하는 주요 문제인 셰이딩 현상, 즉 시간적 에일리어싱을 해결하기 위해 만들어졌다. 움직이는 장면을 부드럽게 처리하여 게임 내 모든 장면에서 에일리어싱 및 셰이딩 현상을 제거한다.[8]2. 7. NVENC
케플러 아키텍처를 기반으로 하는 지포스 600 시리즈 GPU에는 하드웨어 H.264 인코딩 가속 블록인 NVENC(NVENC)가 탑재되었다.NVENC는 SIP 블록의 일종으로, 인텔 퀵 싱크 비디오나 AMD VCE와 비슷한 방식으로 비디오 인코딩을 수행한다. NVENC는 H.264 기반 콘텐츠의 디코딩, 전처리, 인코딩을 담당하는 전력 효율적인 고정 기능 파이프라인이다. NVENC의 입력 형식은 H.264 출력으로 제한되지만, 최대 4096×4096 해상도까지 인코딩을 지원한다.[9]
인텔의 퀵 싱크 기술과 마찬가지로, NVENC는 현재 엔비디아의 독점 API를 통해서만 이용할 수 있다. 그러나 엔비디아는 향후 CUDA를 통해서도 NVENC 기능을 활용할 수 있도록 지원할 계획이다.[9]
2. 8. 새로운 드라이버 기능
R300 드라이버는 GTX 680과 함께 출시되었으며, 엔비디아는 Adaptive VSync|어댑티브 VSync영어라는 새로운 기능을 도입했다. 이 기능은 프레임 속도가 60 FPS 미만으로 떨어질 때 V-Sync가 활성화되어 있으면 프레임 속도가 30 FPS 등으로 갑자기 떨어지며 발생하는 끊김 현상을 해결하기 위해 만들어졌다. 프레임 속도가 60 FPS 미만일 때는 모니터가 프레임을 준비되는 대로 표시할 수 있으므로 V-Sync가 반드시 필요하지는 않다. 어댑티브 VSync는 이러한 문제를 해결하면서 화면 찢어짐을 막는 V-Sync의 장점을 유지하기 위해, 프레임 속도가 60 FPS 이상이면 V-Sync를 켜고, 그보다 낮아지면 V-Sync를 끄는 방식으로 작동한다. 이 기능은 엔비디아 드라이버 제어판에서 설정할 수 있으며, 엔비디아는 이를 통해 전반적으로 더 부드러운 화면을 경험할 수 있다고 설명한다.[34]어댑티브 VSync 기능은 GTX 680 출시와 함께 처음 소개되었지만, 이후 드라이버 업데이트를 통해 이전 세대의 엔비디아 그래픽 카드 사용자들도 이용할 수 있게 되었다.[34]
동적 슈퍼 해상도(Dynamic Super Resolution|DSR영어)는 2014년 10월에 공개된 엔비디아 드라이버 업데이트를 통해 페르미 및 케플러 기반 GPU에 추가된 기능이다. DSR은 게임 화면을 실제 모니터 해상도보다 더 높은 고해상도로 렌더링(업스케일링)한 다음, 이를 다시 모니터의 기본 해상도에 맞춰 축소(다운샘플링)하여 표시함으로써 더 선명하고 세밀한 화질을 구현하는 것을 목표로 한다.[10]
3. 제품 스펙
지포스 600 시리즈는 데스크톱용과 노트북용 GPU로 구성된다. 데스크톱 라인업은 주로 고성능 게이밍 시장을 목표로 하는 GTX 모델과, 메인스트림 및 보급형 시장을 위한 GT 모델로 나뉜다. 노트북 라인업은 다양한 성능과 전력 소비를 고려한 6xxM 시리즈로 구성되어 휴대용 기기에 탑재된다.
각 제품 라인업별 상세한 기술 사양 및 특징은 아래 하위 섹션에서 확인할 수 있다.
- 데스크톱 (6xx) 시리즈: GTX 및 GT 모델 포함
- 노트북 (6xxM) 시리즈
3. 1. 데스크톱 (6xx) 시리즈
지포스 600 시리즈의 제품 사양은 다음과 같다.[43]| 제품명 | CUDA 코어 | 베이스 클럭 (MHz) | 부스트 클럭 (MHz) | 텍스처 필레이트 (Billion/Sec) | 메모리 클럭 (MHz) | 표준 메모리 환경 | 메모리 인터페이스 (bit) | 메모리 대역폭 (GB/sec) | 최대 전력 (W) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 지포스 GTX 타이탄 | 2688 | 837 | 876 | 187.5 | 6008 | 6144MB GDDR5 | 384 | 288.4 | 250 |
| 지포스 GTX 690[44] | 3072 | 915 | 1017 | 234 | 6008 | 4096MB GDDR5 | 512 | 384 | 300 |
| 지포스 GTX 680 | 1536 | 1006 | 1058 | 128.8 | 6008 | 2048MB GDDR5 | 256 | 192.2 | 195 |
| 지포스 GTX 670 | 1344 | 915 | 980 | 102.5 | 6008 | 2048MB GDDR5 | 256 | 192.2 | 170 |
| 지포스 GTX 660 Ti | 1344 | 915 | 980 | 102.5 | 6008 | 2048MB GDDR5 | 192 | 144.2 | 150 |
| 지포스 GTX 660 | 960 | 980 | 1033 | 78.4 | 6008 | 2048MB GDDR5 | 192 | 144.2 | 140 |
| 지포스 GTX 650 Ti BOOST | 768 | 980 | 1033 | 62.7 | 6008 | 2048MB GDDR5 | 192 | 144.2 | 134 |
| 지포스 GTX 650 Ti | 768 | 928 | N/A | 59.2 | 5400 | 1024MB GDDR5 | 128 | 86.4 | 110 |
| 지포스 GTX 650 | 384 | 1058 | N/A | 33.9 | 5000 | 1024MB GDDR5 | 128 | 80.0 | 64 |
ps. 위 표에는 GT 등급 그래픽카드에 대한 내용이 빠져있다.
3. 1. 1. GT 등급 그래픽카드
GT 등급 그래픽카드는 이전 세대인 지포스 500 시리즈 및 지포스 400 시리즈의 모델을 리브랜딩한 경우가 많다.[43] 각 모델별 상세 내용은 다음과 같다.- '''지포스 605 (OEM)''': 지포스 510을 리브랜딩한 모델이다.[43]
- '''지포스 GT 610''': 지포스 GT 520을 리브랜딩한 모델이다.[43]
- '''지포스 GT 620 (OEM)''': 지포스 GT 520을 리브랜딩한 모델이다.[43]
- '''지포스 GT 620''': 지포스 GT 530을 리브랜딩한 모델이다.[43]
- '''지포스 GT 630 (DDR3)''': 지포스 GT 440 (DDR3)을 리브랜딩한 모델이다.[43]
- '''지포스 GT 630 (GDDR5)''': 지포스 GT 440 (GDDR5)을 리브랜딩한 모델이다.[43]
- '''지포스 GT 640 (OEM)''': 지포스 GT 545 (DDR3)를 리브랜딩한 모델이다.[43]
- '''지포스 GT 645 (OEM)''': 지포스 GTX 560 SE를 리브랜딩한 모델이다.[43]
3. 2. 노트북 (6xxM) 시리즈
(GFLOPS)2048
28.8
128
GF117
28
800
1600
4000
3.2
12.8
32.0
GDDR5
64
307.2
GF117: OEM GF108의 다이 축소
GF116
1536
43.2
192
388.8
GF116: 144개의 통합 셰이더
GK107 (N13P-LP)
28
PCIe 3.0 x16
384:32:16
500
500
1800
8
16
2048
28.8
DDR3
1.2
1.1
알 수 없음
384
20
GK107: 케플러 아키텍처
4000
64.0
GDDR5
4000
745
900*
835
900*
4000
5000*
13.4
14.4*
26.7
28.8*
2048
*
64.0
80.0*
GDDR5
GDDR5*
641.3
691.2*
3072
(GFLOPS)