인간의 눈을 위한 게임 그래픽 최적화

작가 세바스티앙 진 | 2021년 3월 29일 | 모두, 소비자, 노름

컴퓨터가 우리 집에서 자리를 찾을 수 있을 만큼 작고 저렴해진 이후로 컴퓨터와 상호 작용하는 대부분의 시간이 게임을 통해 왔다고 해도 과언이 아닙니다. 게임 개발자는 Pong 및 Space Invaders 초기부터 그래픽 최적화에 대해 많은 것을 배웠습니다. 우리는 이제 빠르고 실제와 같은 사실적인 게임 경험을 기대합니다.

그러나 최근 인터넷 속도, 하드웨어 용량 및 컴퓨터 그래픽의 모든 발전에도 불구하고 우리는 여전히 그래픽 렌더링 및 게임 플레이에 내재된 약간의 지연으로 인해 좌절할 수 있습니다.

인간이 보는 방법

그래픽이 렌더링되는 방식을 개선하기 위해 GPU 공급업체는 사람의 시각이 작동하는 방식을 살펴봅니다. 우리의 시야는 약 120도에 걸쳐 있지만 시선을 집중하는 양쪽 중앙 5도에서 7도 사이에서만 선명한 디테일을 볼 수 있습니다. 주변 시야에서 더 멀리 있는 모든 것은 흐릿하고 멀리 있는 물체는 우리 눈에 덜 선명하게 보입니다. 즉, 게임에서 멀리 있는 물체에 대해 저해상도 텍스처를 활용할 수 있으므로 더 가까운 물체에 더 많은 리소스를 사용할 수 있고 전반적인 시각적 사실감을 높일 수 있습니다.

시청자의 시선이 상대적으로 정적인 영화나 TV 프로그램과 달리 게이머는 그 순간 가장 중요한 게임 동작에 집중하기 위해 계속해서 화면 주위로 초점을 이동합니다. 게이머는 풍경을 탐색하거나 퍼즐을 풀거나 목표물을 폭파할 때 중요한 게임 요소에 집중해야 합니다.

초점 중심과 주변 시야 사이를 이동할 때 개체를 렌더링하는 방법을 이해하는 것은 게임 개발자가 그래픽을 더욱 최적화할 수 있는 또 다른 영역입니다. 렌더링에 우선순위를 둔 접근 방식을 취하면 GPU가 제품 비용과 성능을 관리하면서 현실감의 경계를 넓힐 수 있습니다.

그래픽 최적화의 기본

게임을 위해 생생한 실시간 그래픽을 렌더링하는 것은 리소스를 많이 사용하는 작업입니다. 개발자는 인간 시각의 단점을 활용하여 우선순위 렌더링을 활성화할 수 있습니다. 다음 단계는 DirectStorage와 같은 읽기 최적화 파일 시스템을 활용하여 오버헤드를 줄이는 것입니다.

개발자는 게임 파일을 SSD에 압축된 형태로 저장하고 GPU에서 압축을 해제하여 GPU에 대한 유효 대역폭을 개선할 수 있습니다. 이 개선 사항이 PCIe, DRAM 또는 SSD 대역폭을 변경하지는 않지만 압축을 통해 전송되는 총 비트 양이 줄어들기 때문에 유효 속도가 증가합니다. 이는 압축된 파일이 GPU에 더 빨리 도달하고 다음 게임 작업에 더 많은 대역폭을 사용할 수 있음을 의미합니다.

게임 품질이 오늘날 우리가 보는 것 이상으로 향상되지 않는다면 개발자는 여기서 멈출 수 있습니다. 그 논리에 따르면 우리는 Atari가 1972년에 Pong을 출시한 이후로 게임 개발을 중단했어야 했습니다. 게임 개발자는 항상 기술의 한계를 뛰어넘어 향상된 게임 성능과 현실감을 제공했습니다. 이것은 게임이 항상 더 커진다는 것을 의미하지만 모든 데이터를 CPU 또는 GPU DRAM에 넣으면 전체 시스템 비용이 크게 증가합니다.

1GB의 메모리는 DRAM의 경우 $4 ~ $5이지만 SSD의 경우 $0.12 ~ $0.20에 불과합니다. SSD가 DRAM을 직접 대체하지는 않지만 최신 Gen 3 SSD는 3.5GB/s의 대역폭을 제공하고 Gen 4 SSD는 이제 7.4GB/s에 도달할 수 있습니다. 콘솔 개발자들은 SSD를 DRAM을 지원할 수 있는 L4 또는 L5 캐시처럼 보도록 업계를 압박하고 있습니다. 이 접근 방식을 통해 게임 개발자는 시스템 열 부하를 관리하고 비용을 합리적으로 유지하면서 그래픽을 계속 최적화할 수 있습니다.

대기 시간 감소의 중요성

게임 개발자도 엄격한 대기 시간 제어가 필요합니다. 가끔 완료하는 데 몇 밀리초가 걸리는 읽기 명령이 있으면 게임 워크로드에 영향을 미치지 않지만 게임 플레이 중에 눈에 띄는 텍스처 결함이 발생합니다. 게임 크기로 인해 더 이상 PC DRAM을 텍스처 캐시로 사용할 수 없습니다. 텍스처는 게임 플레이 중에 GPU에 의해 지속적으로 로드 및 드롭됩니다. 즉, SSD 드라이브는 유휴 시간이 거의 없습니다. 플레이어가 장면 주위를 이동할 때 게임은 분당 수천 번 동일한 텍스처를 가져와야 할 수 있습니다.

이렇게 증가된 액세스 패턴은 NAND에 추가적인 스트레스를 유발하므로 SSD는 더 많은 데이터 새로 고침 작업을 수행해야 하므로 드라이브의 간접 쓰기 횟수가 증가합니다. 더 많은 내부 쓰기는 더 높은 SSD TBW(Tera Bytes Written) 내구성 요구 사항을 의미하지만 내부 오버 프로비저닝으로 상쇄될 수 있습니다. 유휴 시간이 부족하다는 것은 이 모든 추가 작업이 상당한 명령 완료 대기 시간 스파이크를 생성하지 않고 호스트 IO와 인터리브되어야 함을 의미합니다.

게임 워크로드는 매우 공격적이며 게임 데이터를 오류 없이 유지하려면 많은 추가 내부 작업이 필요합니다. 작업량을 자동차에 비유하면 표준 SSD는 가족용 SUV에 가깝고 게임용 SSD는 고성능 스포츠카에 가깝습니다. 두 차 모두 시속 100마일에 도달할 수 있지만 스포츠카처럼 게임용으로 튜닝된 SSD는 훨씬 더 공격적인 운전 스타일을 지원할 것입니다.

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