텍스처 매핑 유닛
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1. 개요
텍스처 매핑 유닛(TMU)은 3차원 공간에서 텍스처 맵을 올바르게 샘플링하고 변환하는 계산을 담당하는 장치로, 초기에는 CPU의 성능 부족으로 인해 개발되었다. 현재는 셰이더 파이프라인의 일부로, 픽셀 셰이더, 버텍스 셰이더와 함께 텍스처를 처리하고 필터링하는 역할을 수행한다. TMU는 텍스처 어드레스 유닛과 텍스처 필터링 유닛을 포함하며, 텍스처 매핑 속도를 나타내는 텍스처 필레이트는 그래픽 카드 성능을 평가하는 지표 중 하나이다. GPGPU 환경에서는 텍스처 맵을 사용하여 데이터를 저장하고 처리하는 데 활용된다.
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| 텍스처 매핑 유닛 | |
|---|---|
| 개요 | |
| 유형 | GPU 구성 요소 |
| 역할 | 비트맵 이미지를 텍스처로 사용하기 위해 변경 |
2. 역사적 배경
텍스처 매핑 유닛(TMU)은 3차원 그래픽스 처리 초기에 CPU의 부담을 줄이기 위해 도입되었다. TMU는 평면 이미지(텍스처 맵)를 3차원 공간에 올바른 각도와 원근감으로 샘플링하고 변환하는 계산을 담당했는데, 이러한 계산은 큰 행렬 곱 연산을 필요로 했다. 초기 펜티엄과 같은 CPU는 이 연산을 효율적으로 처리하기 어려웠다.
2. 1. 초기 개발
텍스처 매핑 유닛(TMU)은 평면 이미지(텍스처 맵)를 3차원 공간에 올바른 각도와 원근감으로 표현하기 위해 개발되었다. 이 과정은 큰 행렬 곱 연산을 필요로 하는데, 초기 펜티엄과 같은 CPU는 이러한 연산을 효율적으로 처리하기에 적합하지 않았다.2. 2. 셰이더 파이프라인 통합
2013년 현재, 텍스처 매핑 유닛(TMU)은 셰이더 파이프라인의 일부이며 렌더 출력 파이프라인(ROP)과는 분리되어 있다. 예를 들어, AMD의 Cypress GPU에서 각 셰이더 파이프라인(20개)은 4개의 TMU를 가지고 있어, 이 GPU는 총 80개의 TMU를 갖게 된다. 이는 칩 설계자들이 셰이더와 텍스처 엔진을 긴밀하게 결합하기 위해 수행된다.3. 구성 요소 및 작동 방식
텍스처는 픽셀 셰이더, 버텍스 셰이더와 함께 작동하는 텍스처 매핑 유닛에 의해 처리 및 필터링된다. 텍스처 매핑 유닛은 픽셀에 텍스처를 입히는 작업을 수행한다. 그래픽 처리 장치에서 텍스처 유닛의 수는 서로 다른 그래픽 카드의 성능을 비교하는 데 사용된다. 텍스처 매핑 유닛 수가 많을수록 텍스처 정보를 처리하는 속도가 빠르기 때문이다. 현대 GPU에서 텍스처 매핑 유닛은 텍스처 어드레스 유닛(TA)과 텍스처 필터링 유닛(TF)을 갖추고 있다. 텍스처 어드레스 유닛은 텍셀을 픽셀로 매핑하며, 텍스처 어드레싱 모드를 수행한다. 텍스처 필터링 유닛은 선택적으로 하드웨어 기반 텍스처 필터링을 수행한다.
3. 1. 텍스처 매핑 유닛 (TMU)
텍스처 매핑은 픽셀 셰이더 및 버텍스 셰이더 유닛과 함께 작동하는 텍스처 매핑 유닛(TMU)에 의해 처리된다. TMU의 역할은 픽셀에 텍스처 연산을 적용하는 것이다. 그래픽 처리 장치(GPU)의 텍스처 유닛 수는 서로 다른 그래픽 카드의 텍스처 처리 성능을 비교하는 데 사용된다. TMU가 더 많은 카드가 텍스처 정보를 더 빠르게 처리한다고 보는 것이 타당하다.최신 GPU에서 TMU는 텍스처 어드레스 유닛(TA)과 텍스처 필터링 유닛(TF)을 포함한다.
- 텍스처 어드레스 유닛(TA): 텍셀을 픽셀에 매핑하고, 텍스처 어드레싱 모드를 수행한다.
- 텍스처 필터링 유닛(TF): 하드웨어 기반 텍스처 필터링을 수행하여 이미지 품질을 향상시킨다.
3. 2. 그래픽스 파이프라인
과거에는 텍스처 매핑 유닛(TMU)에 연결된 개별 픽셀 처리 장치를 픽셀 파이프라인이라고 불렀다. 예를 들어 지포스 3는 픽셀 파이프라인을 4개 가졌고, 각 파이프라인은 TMU를 2개씩 가졌다.[1] 그러나 이러한 관습은 ATI 라데온 9700 그래픽 카드에서 깨졌다. 라데온 9700은 픽셀 셰이더와 독립적으로 여러 개의 버텍스 셰이더 엔진을 배치한 최초의 제품이었다.[1]ATI 라데온 9700에 사용된 R300 GPU는 버텍스 셰이더를 4개 가졌지만, 렌더링 파이프라인의 나머지는 절반으로 나누었다. 각 절반은 픽셀 셰이더, TMU, ROP를 각각 4개씩 가졌다.[1] 이처럼 픽셀 프로세서가 더 이상 단일 TMU에 연결되지 않았기 때문에 픽셀 파이프라인이라는 이름은 그 의미를 잃었다.[1]
버텍스 셰이더는 R300부터 오랫동안 분리되었지만, 픽셀 셰이더는 색상 데이터(예: 텍스처 샘플)를 사용해야 하므로 TMU에 밀접하게 결합되어야 했다.[1] 셰이더 엔진은 버텍스 또는 픽셀 데이터를 실행할 수 있는 유닛으로 구성되어 TMU에 밀접하게 결합되어 있지만, 해당 출력과 ROP 뱅크 사이에는 크로스바 분배기가 있으며, 이러한 결합은 오늘날까지 남아 있다.[1]
3. 3. 렌더 출력 파이프라인 (ROP)
렌더 출력 파이프라인(Render Output Pipeline)은 흔히 렌더 출력 유닛(Render Output Unit)에서 유래된 말이다. ROP의 역할은 무차원 픽셀 샘플링을 제어하고, 이를 통해 하나 이상의 샘플이 하나의 픽셀로 합쳐질 때 안티에일리어싱을 제어하는 것이다. 처리된 모든 데이터는 프레임 버퍼에 쓰여 디스플레이에 송출되기 전에 ROP를 거쳐간다.[1]따라서 ROP는 GPU의 출력이 비트맵 이미지로서 조합되어 디스플레이에 보내지는 곳이다.[1]
4. 텍스처 필레이트
텍스처 필레이트는 그래픽 카드가 텍스처 매핑을 수행하는 속도의 측정값이다. 3D 그래픽을 렌더링하기 위해서는 폴리곤 메시 위에 텍스처가 매핑되는데, 이 과정은 텍스처 매핑 유닛에 의해 수행된다.
4. 1. 성능 측정
3D 장면을 렌더링하기 위해, 텍스처는 다각형 메쉬 위에 매핑된다. 이것을 텍스처 매핑이라고 하며, 비디오 카드 상의 텍스처 매핑 유닛(TMU)에 의해 수행된다. 텍스처 필 레이트는 특정 카드가 텍스처 매핑을 수행할 수 있는 속도를 나타내는 척도이다.픽셀 셰이더 처리가 점점 더 중요해지고 있지만, 이 수치는 여전히 어느 정도 중요성을 지닌다. 이에 대한 가장 좋은 예는 X1600 XT이다. 이 카드는 픽셀 셰이더 프로세서/텍스처 매핑 유닛의 비율이 3:1이다. 그 결과, X1600 XT는 동시대 및 동급의 다른 GPU(예: 엔비디아의 7600GT)에 비해 낮은 성능을 보인다. 중급에서는 텍스처 매핑이 여전히 병목 현상을 일으킬 수 있다.
그러나 하이엔드에서는 X1900 XTX도 이와 동일한 3:1 비율을 가지고 있지만, 화면 해상도가 최고점에 도달하고 모든 디스플레이를 처리할 수 있는 충분한 텍스처 매핑 성능을 갖추고 있기 때문에 괜찮다.
4. 2. 병목 현상
픽셀 셰이더 처리가 중요해지고 있지만, 필레이트 역시 아직까지 중요한 요소이다. X1600 XT의 경우 픽셀 셰이더와 텍스처 매핑 유닛의 비율이 3:1인데, 동시대, 동급의 다른 GPU들(엔비디아의 7600GT와 같은)에 비해 낮은 성능을 보인다.[1] 미드레인지 제품에서 이와 같은 현상은 병목 현상과 깊은 연관이 있는데, X1900 XTX와 같은 하이엔드 제품군에서는 같은 3:1의 비율을 가지고 있음에도 불구하고 해상도를 구현하는데 충분한 텍스처 매핑 유닛과 매핑 능력을 가지고 있어 다른 제품에 밀리지 않는다.5. GPGPU 에서의 활용
GPGPU에서 텍스처 매핑 유닛(TMU)은 1차원, 2차원, 또는 3차원 텍스처 맵을 활용하여 임의의 데이터를 저장하고 처리하는데 사용된다. 특히, 보간법을 통해 데이터 테이블을 사용, 임의의 함수를 근사화하는 편리한 수단을 제공한다.
5. 1. 데이터 저장 및 처리
GPGPU에서, 1, 2, 3차원 텍스처 맵은 임의의 데이터를 저장하는 데 쓰인다. 텍스처 매핑 유닛은 보간법을 통해 데이터 테이블로 임의의 함수를 근사하는 편리한 수단을 제공한다.[1]참조
[1]
웹사이트
Dev Hardware - The Graphics Pipeline
https://web.archive.[...]
2006-05-11
[2]
웹인용
Dev Hardware - The Graphics Pipeline
https://web.archive.[...]
2006-05-11
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