RTX 그래픽카드 용어 – 2부 : DLSS (Deep Learning SuperSampling)

새로 출시된 엔비디아의 2000번대 RTX 그래픽카드에는 2가지의 새로운 기능이 소개됐습니다. 엔비디아가 발표 당시에 훨씬 강조를 많이 해서인지 레이 트레이싱은 이미 많은 이슈가 되고 있는 반면, DLSS (Deep Learning Super Sampling) 기능은 비교적 많이 알려지지 않고 있죠.

레이 트레이싱에 대해서는 설명한 포스트가 별도로 있기 때문에 궁금하신 분은 하단의 링크로 확인해주시면 되겠습니다.

사실 전문가들 사이에서는 레이 트레이싱보다 DLSS 기술이 진정한 RTX 그래픽카드의 혁신이라고 합니다. 기술적인 부분에 대해서는 저도 정확히 설명드릴 자신도 없기 때문에 이번 포스트에서는 일반 소비자 입장에서 알면 도움이 될만한 DLSS 기술의 간단한 개념만 소개하도록 하겠습니다.


[ 목차 ]

1. 픽셀(Pixel)의 개념

2. SuperSampling 이란?

3. DLSS = 인공지능 SuperSampling?

4. 개인적인 견해


[ 1. 픽셀(Pixel)의 개념 ]

RTX 용어설명 1부에서 설명드렸다시피 3D 그래픽도 결국은 화면에 출력되는 순간에는 2차원의 그림으로 표현됩니다. 그리고 일반적인 컴퓨터 모니터는 자세히 보면 수많은 사각형(픽셀)들로 구성되어있습니다.

아직도 컴퓨터 모니터는 가로 1920픽셀, 세로 1080픽셀의 FullHD 해상도를 지원하는 경우가 많은데, 산술적으로 계산해보면 약 200만 개의 픽셀입니다. 위의 그림에서 보듯이, 픽셀로 구성된 디스플레이에서는 완벽한 원이나 대각선을 표현하지 못하기 때문에 최대한 비슷하게 그리는 수밖에 없습니다.

그렇기 때문에 활용할 수 있는 픽셀의 개수가 많을수록 보다 완벽한 곡선과 비슷하게 그려낼 수 있는 거죠. 하단의 그림들을 비교해보면 픽셀이 많을수록(고해상도) 곡면의 표현이 부드러워지는 것을 볼 수 있습니다.

사실 1080p 해상도의 200만 픽셀도 엄청 많은 숫자처럼 느껴지겠지만 게임상에서 작은 사물을 부드럽게 표현하기 힘든 상황이 가끔 생깁니다. 1080p 해상도와 보다 저해상도인 720p 화면의 차이점을 보면서 설명하도록 하죠.

블로그 이미지는 작게 출력되기 때문에 얼핏 보기에 두 스크린샷의 품질에 큰 차이가 없어 보일 수 있습니다. 하지만 이미지를 확대하면 차이점이 확실히 보이기 시작합니다.

보시다시피 낮은 해상도일수록 색의 구분(선명도)가 떨어지고 대각선의 사물이 각져 보이는 “계단현상”이 심해 보입니다. 당연한 소리지만 해상도가 높아질수록 그래픽에 필요한 연산이 기하급수적으로 늘어납니다. 충분히 고해상도 모니터를 만들 기술력이 있음에도 불구하고 아직 주류 모니터와 게임들이 1080p에 최적화돼있는 이유이기도 하죠.

물론 동일한 해상도 내에서도 계단현상을 줄여주는 안티 앨리어싱(Anti Aliasing)과 같은 기술도 존재하긴 합니다만 안티 앨리어싱에 대해서 설명하자면 별도의 포스트가 필요할 것 같네요.

일단 지금 단계에서 필요한 정보만 간단히 정리해드리자면 :

– 모니터는 여러 개의 작은 사각형 픽셀로 구성되어 있다.

– 픽셀이 많을수록 / 해상도가 높을수록 보다 선명하고 부드러운 선과 색 처리가 가능해진다.

– 그래픽을 고해상도로 출력하기 위해서는 성능이 좋은 그래픽카드가 있어야 한다.

이 정도로 볼 수 있겠습니다.


[ 2. SuperSampling 이란? ]

DLSS에 대해 설명하기 앞서 SuperSampling의 개념에 대해 짚고 넘어가야 할 것 같네요.

대표적인 FHD와 4K 해상도를 예로 들어 설명하겠습니다. 4K 해상도(3840×2160)가 FHD 해상도(1920×1080)보다 픽셀이 4배나 더 세밀하게 배치되어 있습니다. 그렇기 때문에 4K 이미지를 FHD 화면에 출력하려면 압축하는 수밖에 없습니다. 이 압축과정이 항상 같은 것은 아니지만 대부분 4개 픽셀에 포함된 색 정보를 평균화 시키는 경우가 많죠.

이런 해상도와 이미지 압축의 개념은 도트 하나씩을 색칠하여 표현하는 픽셀아트를 보면 이해가 쉬울 것 같은데, 이미지를 압축하기 시작하면 각 픽셀은 최대한 압축되기 전의 색 정보를 최대한 비슷하게 표현하기 위해서 노력하는 모습을 볼 수 있습니다.

일반적으로 FHD 모니터에서 게임을 실행시키면 당연히 GPU도 해당 해상도에 맞게 그래픽 연산을 하게 됩니다. 하지만 SuperSampling 옵션을 활성화하면 GPU 내에서는 고해상도로 먼저 그래픽 연산을 한 다음 모니터의 해상도에 알맞게 압축시켜주는 과정을 거치게 됩니다.

고해상도에서 얻을 수 있는 디테일을 연산한 후에 그 내용을 압축해서 본래의 해상도로 가져오겠다는 취지인데, 위에 설명했던 계단현상이 생기는 부분의 색상 경계를 더욱 부드럽게 처리하면서 각진 느낌을 최소화시키는 데에는 제법 효과가 있습니다.

당연히 4K 연산 이후에 그대로 4K 모니터에 출력하는 것이 가장 이미지 품질이 좋긴 하겠지만 FHD 모니터에서도 4K의 품질을 일부나마 느낄 수 있게 해주는 기능이라 이해하면 되겠습니다.

하지만 출력되는 해상도가 FHD 일지라도 실제로 GPU는 4K로 연산 중이기 때문에 어지간히 좋은 컴퓨터가 아니고서는 SuperSampling 기능을 사용하면 성능이 심각하게 저하됩니다.


[ 3. DLSS = 인공지능 SuperSampling? ]

휴… 이제서야 본론으로 들어오게 되네요. SuperSampling은 출력 해상도의 변화 없이 이미지 품질을 향상시킬 수 있지만 컴퓨터의 리소스를 많이 잡아먹는 것이 가장 큰 문제점입니다. 그렇다면, 성능 저하 없이 SuperSampling이 가능하다면 정말 꿈같은 이야기겠죠.

엔비디아는 이번 RTX 그래픽카드에 도입된 DLSS 기능으로 이게 가능하다고 합니다.

기술적인 부분을 건너뛰고 보면, DLSS는 SuperSampling과 마찬가지로 그래픽을 고해상도로 렌더링 합니다. 하지만 렌더링 할 때 중간중간 많은 픽셀들을 렌더링 하지 않고 대충대충 해버리죠. 그리고 그 빈 공간은 인공지능이 “여기 빈 픽셀에는 이 색이 들어가면 자연스러울 거 같아”라고 지정을 해줘버리는 원리라고 합니다.

출력되는 이미지는 고해상도인데, 실제 연산을 안 하고 건너뛰는 픽셀이 많다 보니 그만큼 리소스를 적게 소모한다는 거죠. 4K 화면에서 게임을 한다고 해도 실제로 GPU가 연산하는 픽셀은 FHD~2K 수준의 부하일 뿐이고 나머지 픽셀은 인공지능이 담당하게 되는 구조입니다.

바꿔 말하면, 품질을 위해 성능을 희생하는 SuperSampling 과는 다르게 품질을 얻으면서도 성능의 희생이 없다는 것이 DLSS 기술의 주요 골자입니다. 과연 그래픽 연산 없이 인공지능이 채워주는 색이 얼마나 자연스러울지는 의문입니다만, 이 부분은 향후 벤치마크 자료들을 봐야 알수 있겠죠.

엔비디아에서 DLSS 시연을 위해 제공한 데모 프로그램으로 일반 4K 렌더링과 DLSS 4K 렌더링과 비교해보면 20FPS 정도 차이가 나는 것을 확인할 수 있습니다. 사실 동일한 하드웨어로 이 정도 성능 차이를 낼 수 있다면 혁신적인 기술이긴 하죠.

물론 아직은 인공지능이 온전히 스스로 자연스럽게 색을 연산하는 것이 힘들기 때문에 게임 제작사 측에서도 DLSS를 보조해주기 위한 프로그래밍을 별도로 해줘야 한다고 합니다.


[ 4. 개인적인 견해 ]

사실 고성능 그래픽카드는 게이밍 용도로 쓰이는 경우가 대부분입니다. 하지만 대부분의 게이머들은 선명한 4K 60Hz 모니터보다는 부드러운 움직임의 표현이 가능한 FHD 144Hz 모니터를 선호합니다. 최소한 “게이밍”에 있어서는 그래픽의 품질보다는 “성능”이 더 우선시된다고 봐도 무리가 없죠.

1부에서 설명드렸던 레이 트레이싱 기술은 그래픽 품질은 대폭 향상되지만 리소스 소모가 극심하기 때문에 시연용 게임에서조차 60FPS를 유지하기 힘들어하는 모습을 보여줬습니다. 100FPS 이상의 부드러운 게이밍 환경을 선호하는 요즘 추세와 맞지 않는 방향이긴 하죠.

대부분의 게임들이 레이 트레이싱을 활성화한 상태에서 100FPS도 무난히 뽑을 정도의 성능이 확보된다면 모를까, 아직 실시간 레이 트레이싱은 하드웨어가 조금 더 따라잡아야 활성화되지 않을까 싶습니다.

그런 반면 DLSS는 순수한 성능 향상이기 때문에 누구나 환영할만한 기능이지 않을까 싶네요. 개인적인 생각으로는 RTX 그래픽카드가 널리 보급된 이후에는 대부분 게임에서 필수로 지원하는 기능이 되지 않을까 예상해봅니다.

엔비디아의 RTX 발표 이후 대중의 반응은 처음에는 레이 트레이싱의 아름다운 그래픽에 환호했다가 리소스 소모를 보고 회의적인 시각이 많았죠. 하지만 요즘 DLSS 기술이 조명을 받으면서 다시금 RTX 그래픽카드에 대한 기대감이 살아나고 있는 것 같습니다.

물론 아직도 게임을 FHD 60FPS로만 하는 저에게는 GTX1080만 해도 차고 넘치지만 4K 게이밍 세팅을 진지하게 고려하고 있다면 DLSS 기능만으로도 RTX 그래픽카드를 지를 명분을 만들 수 있지 않을까요? (그러니 멀쩡한 그래픽카드 놔두고 왜 새 거 사냐고 구박하는 와이프분들에게 이 글을 보여주세요.)



설명하기 어려운 개념이라 꽤 오랫동안 고민한 끝에 겨우 포스트를 완성했네요. (2일 넘게 포스트 업데이트가 없던 이유) 사실 이런 개념을 몰라도 “DLSS 적용된 게임은 체감 성능이 좋다!” 정도로 이해하고 넘어가도 생활하는데 지장은 없겠지만 원리를 이해하고 싶은 분들에게 조금이나마 도움이 됐으면 좋겠습니다.

질문이나 피드백, 오류 지적은 언제나 환영입니다. 포스팅 내용이 도움이 되셨다면 주변 사람들에게 공유해주시면 감사하겠습니다!

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JN테크리뷰의 주 편집자. 눈으로 보이는 데이터를 통한 객관적인 판단을 좋아하는 노트북 덕후.

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