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그래픽 메모리
그래픽 메모리(Graphics Memory)는 영상 따위의 그래픽 데이터를 처리하는 데 쓰이는 저장 장치이다.
그래픽 카드에는 자체 메모리(비디오 RAM 또는 VRAM)가 탑재되어 있어, 그래픽 데이터를 임시로 저장하고 처리하는 데 필요한 공간을 제공한다. 이 메모리는 고해상도의 이미지나 복잡한 3D 환경을 빠르게 로딩하고 처리하는 데 중요한 역할을 한다.
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개요[편집]
그래픽 메모리는 컴퓨터 시스템에서 그래픽 처리 장치(GPU, Graphics Processing Unit)가 화면에 출력할 이미지를 빠르게 처리하고 저장하는 데 사용하는 메모리이다. 주로 고해상도의 이미지, 비디오 렌더링, 3D 그래픽 연산 등에서 중요한 역할을 하며, 특히 게임, 영상 편집, 그래픽 디자인, 인공지능 학습 등 고성능 작업에 필수적이다.
그래픽 메모리는 비디오 메모리(Video Memory)라고도 불리며, 일반적으로 VRAM(Video RAM)이라고 약칭되지만, VRAM은 기술의 발전에 따라 다양한 유형으로 세분화된다. 이 메모리는 GPU와 밀접하게 연결되어 빠른 데이터 처리를 가능하게 하며, 화면에 표시할 픽셀 데이터를 저장하고 처리하는 데 중요한 역할을 한다.
그래픽 메모리의 역할[편집]
그래픽 메모리는 주로 프레임 버퍼로 사용되며, 이는 화면에 출력될 그래픽 데이터를 임시로 저장하는 공간이다. CPU가 작업을 수행하는 동안, GPU는 그래픽 메모리에서 데이터를 읽고, 처리하고, 최종적으로 화면에 출력할 이미지를 생성한다. 다음은 그래픽 메모리가 수행하는 주요 기능들이다.
- 렌더링 데이터 저장: 3D 모델이나 텍스처, 쉐이더와 같은 그래픽 데이터를 임시로 저장한다. 이 데이터는 GPU가 화면을 렌더링할 때 필요한 중요한 정보이다.
- 프레임 버퍼 관리: 현재 화면에 표시되는 픽셀 데이터를 저장하고, GPU가 화면에 보낼 최종 이미지를 처리하는 데 사용된다.
- 비디오 및 게임 그래픽 처리: 고화질 비디오 재생, 실시간 3D 게임 등에서 복잡한 그래픽을 처리할 때 그래픽 메모리는 빠른 데이터 액세스와 처리를 지원한다.
그래픽 메모리 종류[편집]
메모리 하면 보통 메인보드에 장착하는 시스템 메모리를 떠오르지만 그래픽 카드에도 메모리가 있다. 태생이 메모리이기 때문에 DRAM이라는 물리적인 특성과 버퍼 기능의 존재 자체는 시스템 메모리와 유사하지만, 기능적으로는 차이가 있는데 당연하지만 CPU가 아닌 GPU에서 거친 데이터들만 취급하고, 버퍼 기능도 '프레임 버퍼'로 활용한다는 점이다. 시스템 메모리와 마찬가지로 메모리 레이턴시가(엑세스 타임) 짧을 수록, 메모리 대역폭이 높을 수록 데이터를 빨리 전달할 수 있어서 퍼포먼스 향상에 기여할 수 있다. 메모리 대역폭을 구성하는 요소는 메모리 버스와 메모리 클럭이 있는데, 쉽게 비유하면 고속도로의 차선과 차량의 속도로 생각하면 된다. 참고로 메모리 영역의 이용률이 높아진다는 것은 데이터 전송량이 많아진다는 의미로, 이는 곧 메모리 부하가 커진다는 의미이기도 하다. GPU 내부 캐시 메모리도 일종의 그래픽 메모리에 속하므로 이와 구분하기 위해 GPU 외부 전역 메모리라고 부르기도 한다.
VRAM[편집]
Video DRAM의 약자로, 정확히는 듀얼 포트 구조를 지닌 DRAM 중에서도 프레임 버퍼를 저장하기 위한 비동기식 듀얼 포트 DRAM를 가리키는 규격. 1986년 IBM RT PC부터 도입되었으며, 그래픽 처리 고속화를 위해 등장한 그래픽 전용 메모리계의 시초 격이다. 그래픽 처리에 있어서 싱글 포트인 기존 DRAM보다 확실히 넉넉한 환경이라 고속 처리에 유리했으나 물리적인 포트가 확장된 구조라 단가 상승으로 이어지는 바람에 널리 채택되진 못했다.
WRAM[편집]
Window DRAM의 약자로, 1995년 매트록스의 Millennium 시리즈부터 사용되었던 VRAM의 변종 규격. 기존 VRAM 대비 코스트를 낮추고 대역폭을 최대 25% 끌어올렸으나 싱글 포트인 DRAM보다는 여전히 비싼 가격이라 널리 사용되진 못했다.
MDRAM[편집]
Multibank DRAM의 약자로, MoSys가 개발한 특수 DRAM 규격. 언제부터 사용되었는지는 확실하게 알려지지 않았지만 1995년 Tseng Labs의 ET6000 시리즈에 주로 사용되었으며, 비교적 쉬운 제조 난이도로 용량과 대역폭을 끌어올린 방식이지만 태생적인 복잡성 문제도 그렇고 하필이면 해당 제조사가 쇠퇴기라 이 역시 널리 채택되지 못했다.
SGRAM[편집]
Synchronous Graphics DRAM의 약자로, DRAM이 SDRAM으로 발전된 것처럼 그래픽용 메모리도 이와 비슷한 양상으로 발전된 규격이다. 그래픽용 메모리답게 기능적으로는 다른 비트에 영향을 주지 않고 지정된 비트 평면에 쓰기 작업을 수행하는 비트 마스킹과 단일 색상으로 메모리 블록을 채우는 블록 쓰기 작업같은 기능들이 추가되었지만 듀얼 포트가 아닌 싱글 포트인 것이 차이점. 그 대신 한 번에 2개의 메모리 페이지를 접근할 수 있어서 이전 그래픽용 메모리 규격들이 지니고 있었던 듀얼 포트에 가까운 효과를 제공할 수 있으며, 싱글 포트이므로 단가를 절감시킬 수 있었기 때문에 오늘날 그래픽용 메모리 규격을 단일화 시켜준 결정적인 규격이 되었다. 1994년에 처음 등장했으며 탑재된 첫 제품은 놀랍게도 1995년 12월에 투입된 소니의 플레이스테이션에서 2세대 개선판인 SCPH-50000부터로, 그래픽 카드는 1996년 ATi의 RAGE II 시리즈 이후부터 2002년 NVIDIA 지포스 4 시리즈까지 채용되었다.
GDDR SGRAM[편집]
Graphics Double Data Rate SGRAM의 약자로, SDRAM이 DDR SDRAM으로 발전된 것처럼 그래픽용 메모리도 그런 식으로 발전된 규격이다. 처음 등장할 당시에는 DDR SGRAM이라고 불렀으나 언제부터인가 DDR SDRAM 앞에 G를 붙인 GDDR SDRAM으로 통용되고 있는데 표준화 조직인 JEDEC에서는 GDDR SGRAM으로 취급하고 있으므로 현재로써는 이쪽이 공식 명칭이라고 보면 된다. 오늘날 주력 그래픽용 메모리 규격으로 2000년 NVIDIA 지포스 256 DDR, ATi 라데온 DDR부터 채택된 이래로 DDR SDRAM이 DDR2 → DDR3 → DDR4로 발전된 것처럼 이쪽도 GDDR → GDDR2 → GDDR3 → GDDR4 → GDDR5 → GDDR5X → GDDR6 → GDDR6X로 거듭 발전되었다.
- GDDR6X: 최신 GPU에서 사용되는 그래픽 메모리 기술로, 높은 데이터 전송 속도와 대역폭을 제공하여 4K, 8K 해상도에서 원활한 그래픽 처리를 가능하게 한다.
HBM[편집]
High Bandwidth Memory의 약자로, DRAM 다이를 옆으로 배열하는 것이 아닌 수직 방향의 층으로 쌓는 3D 스택 방식의 규격. 이러한 특성 덕분에 기판의 사이즈를 크게 줄일 수 있고, 소비전력과 발열까지 착한 장점이 있어 2013년에 표준화되었으나 제품에 탑재되기까지는 2년이 소요되어 2015년 AMD 라데온 R9 FURY 시리즈, R9 NANO부터 도입되었다. 문제는 GPU와 적층 DRAM을 실장하면서 서로 연결하기 위해 필요한 인터포저 때문에 제조 난이도가 기존 GDDR SGRAM보다 훨씬 어려워져 생산성이 떨어짐에 따라 몇 년이 지난 지금도 널리 채택되지 못 해 장점이 유명무실해지고 있다. 인터포저 문제 개선이 가장 시급한 상황.
- HBM2: HBM의 발전된 버전으로, 더 높은 대역폭과 성능을 제공하며, 최신 그래픽 카드와 고성능 컴퓨팅 작업에 주로 사용된다.
그래픽 메모리 용량과 성능[편집]
| 종류 | 메모리 클럭 속도 (MHz) | 대역폭 (GB/초) |
|---|---|---|
| DDR | 200-400 | 1.6-3.2 |
| DDR2 | 400–1066.67 | 3.2-8.533 |
| DDR3 | 800-2133.33 | 6.4-17.066 |
| DDR4 | 1600-4866 | 12.8-25.6 |
| GDDR4 | 3000–4000 | 160–256 |
| GDDR5 | 1000–2000 | 288–336.5 |
| GDDR5X | 1000–1750 | 160–673 |
| GDDR6 | 1365-1770 | 336-672 |
| HBM | 250–1000 | 512–1024 |
그래픽 메모리의 성능은 주로 용량과 메모리 대역폭으로 결정된다.
- 메모리 용량: 용량은 그래픽 카드가 처리할 수 있는 데이터의 양을 나타낸다. 더 많은 메모리 용량은 복잡한 3D 모델, 고해상도 텍스처 및 여러 개의 화면을 처리하는 데 유리하다. 예를 들어, 8GB 또는 16GB VRAM은 4K 게임이나 영상 편집, 그래픽 디자인 작업에 적합하다.
- 메모리 대역폭: 대역폭은 메모리에서 GPU로 전송되는 데이터 속도를 의미하며, 더 높은 대역폭은 더 빠른 그래픽 처리를 가능하게 한다. GDDR6나 HBM과 같은 최신 메모리 기술은 높은 대역폭을 제공하여 고성능 그래픽 처리에 적합하다.
비디오 카드가 메인보드 통합형인 경우 컴퓨터 램 메모리의 일부를 직접 사용하는 것이 보통이다. 통합형이 아닌 경우, 그래픽 카드가 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. 현대의 카드들의 메모리 클럭 속도는 보통 400MHz에서 1.6Ghz 사이이다. 비디오 메모리에서 아주 중요한 요소는 3D 그래픽의 심도를 관리하는 Z 버퍼이다. 추가로, GDDR4 또는 GDDR5의 뜻은 메모리의 클럭을 GDDR(원하는수)만큼 배로 늘리는 것이다. 예시로, 1000MHZ의 메모리를 GDDR5하면 5000MHZ가 된다.
응용 분야[편집]
그래픽 메모리는 다음과 같은 분야에서 중요한 역할을 한다.
- 비디오 게임: 고해상도의 텍스처와 복잡한 3D 모델을 빠르게 처리해야 하는 비디오 게임에서 중요한 역할을 한다. 최신 게임에서는 4K 해상도와 실시간 레이트레이싱을 처리하기 위해 많은 그래픽 메모리가 필요하다.
- 영상 편집 및 그래픽 디자인: 고해상도 비디오와 이미지를 실시간으로 편집하거나 렌더링하는 데 필수적인 자원이다. 그래픽 메모리는 대용량 비디오 파일과 고해상도 이미지 처리를 위해 큰 용량과 빠른 대역폭이 필요하다.
- 과학 및 인공지능 연구: 인공지능 훈련이나 과학적 시뮬레이션에는 대량의 데이터가 필요하며, 이를 빠르게 처리하기 위해 그래픽 메모리의 고속 데이터 처리 능력이 필수적이다. 특히 HBM과 같은 메모리는 이러한 고성능 작업에 적합하다.
- 가상 현실(VR) 및 증강 현실(AR): VR과 AR 애플리케이션은 매우 빠른 그래픽 처리와 고해상도의 실시간 렌더링이 요구되며, 이를 위해 대용량의 그래픽 메모리가 필수적이다.
발전 방향과 미래[편집]
그래픽 메모리 기술은 계속해서 발전하고 있으며, 더 높은 대역폭과 용량, 전력 효율성을 목표로 하고 있다. 특히 인공지능, 고성능 컴퓨팅(HPC), 게임 등의 분야에서 그래픽 메모리의 성능이 중요해짐에 따라, GDDR7 또는 HBM3와 같은 차세대 메모리 기술이 연구되고 있다.
또한, GPU와 그래픽 메모리 간의 통합이 더욱 긴밀해지면서, 패키지 통합(Chiplet) 기술이 향후 메모리 성능을 한층 더 향상시킬 가능성이 있다. 이를 통해 그래픽 메모리의 성능이 더욱 향상되고, 다양한 고성능 그래픽 애플리케이션에서 활용될 것으로 기대된다.
참고자료[편집]
같이 보기[편집]
