![[All Around AI 1편] AI의 시작과 발전 과 by 인공지능](https://raptor-hw.net/xe/files/thumbnails/198/205/262x75.crop.jpg "[All Around AI 1편] AI의 시작과 발전 과")
1. 엔비디아의 탄생
만약 우리가 컴퓨터 한대를 조립한다면 꼭 빠지지 않는게 하나 있다. 그것은 바로 그래픽 카드이다. 사실 현재는 메인보드 내장형 그래픽 카드가 널리 쓰이고 있기 때문에 이는 반드시 맞는 말은 아닐 수 도 있지만 아무튼 내장이든 외장이든 컴퓨터가 동영상이나 화면을 처리하고 더 나아가 3D 게임에 필요한 여러가지 연산을 처리하기 위해서는 그래픽 칩 - 현재는 GPU (Graphic Processing Unit)이라고 부르는 - 이 꼭 필요하다.
이러한 그래픽 칩을 만드는 회사는 여러 곳이 있었지만 현재는 많이 정리된 상태이고, 오늘날에는 사실상 개인용 PC 시장에서는 인텔, 엔비디아, AMD/ATI 순으로 3개 회사가 시장을 거의 장악하고 있는 상태이다. 이 중에서 어느 것을 먼저 설명해도 상관 없겠지만 일단 가장 파란 많은 역사를 살아왔던 엔비디아를 설명하는 것이 가장 좋을 듯하다.
엔비디아라는 회사는 사실 인텔이나 AMD/ATI 같은 회사들에 비해서 역사가 비교적 짧은 회사이다. 1993년 3명의 엔니지어 출신의 벤처 사업가들이 함께 세쿼이아 캐피탈 (Sequoia Capital) 이라는 벤처 캐피탈에서 자금을 지원받아 회사를 차린 것이 바로 엔비디아의 효시이다. 그 세명은 바로 젠슨 황 (Jen-Hsun "Jensen" Huang 黃仁勳), 크리스 말라코위스키 (Chris Malachowsky), 커티스 프리엠 (Curtis Priem) 이다.
젠슨 황은 (우리나라에는 황젠순 으로 알려지기도 했다) 현 엔비디아의 CEO 로 본래 대만계 미국인이다. 그는 1963년 타이베이에서 태어나 미국으로 이민한 후 오레곤 주에서 자랐으며, 오레곤 주립대학 및 스탠포드 대학을 수료했다. 전공은 물론 전자 공학이다.
젠슨 황은 대학을 나오고 나서 LSI Logic 및 AMD 에서 CPU 의 설계를 맡았다. 그리고 AMD 를 나와서 다른 두명의 엔니지어와 같이 엔비디아를 창업하게 된다. 나중에 엔비디아가 AMD 와 대립 관계가 된 점을 생각하면 나름 재미있는 배경이다.
크리스 말라코위스키는 썬 (Sun) 의 엔지니어로 현재는 회사를 은퇴한 상태이다. 커티스 프리엠 역시 썬의 컴퓨터 공학자이며 현재 엔비디아의 Senior Vice President, Engineering and Operations
으로 근무하고 있다.
2. NV 1 과 그 교훈
젠슨 황과 그 동료들은 처음부터 컴퓨터 그래픽 쪽에 목표를 잡고 연구를 시작했다. 그들의 회심의 대작은 NV 1 이라는 명칭의 선구적인 그래픽 칩이었는데 1995년에 현재의 STMicroelectronics 의 전신인 SGS THOMSON Microelectronics 에서 다이아몬드 엣지 3D (Diamond Edge 3D) 라는 이름의 PCI 멀티미디어 카드로 판매된다.
엔비디아는 이렇게 시작부터 칩만 제조하는 회사였으며 그래픽 카드는 별도의 회사를 통해 제작한다는 원칙을 지켜나갔다. 그리고 나중에 설명하지만 결국 이것이 초창기의 숙적 3dfx 를 이길 수 있던 이유 중 하나였다.
그러나 NV 1 은 컴퓨터용 그래픽 칩셋 시장에서 너무 앞서간 탓에, 그리고 초기 제품 다운 문제들 때문에 시장에서 결국 외면을 받은 제품이 되고 말았다.
당시 NV 1은 여러 모로 독특한 칩이었다. 일단 2D 및 3D 가속을 하나의 카드에서 담당하게 한 점도 당시로썬 선구적이었지만 무엇보다 사운드 까지 하나의 카드에서 해결하도록 한 점도 특이했다. 오늘날에는 이것이 대세가 되고 있지만 (HDMI 의 보급과 동시에 그래픽 칩에서 사운드도 지원할 수 있게 되었으니) 당시에 3D 카드란 3D 가속기로써 초기 부두 1.2 처럼 그냥 3D 가속만 담당했기 때문이었다. (물론 ATI 3D rage 나 나중에 나타난 부두 러쉬도 있지만 NV1 이 이들보다 먼저 등장했다)
더구나 3D 처리 방식도 특이했다. quadratic texture mapping 이라는 이 방식은 부두 시리즈 등에서 주력으로 밀었고 이후 대세가 된 폴리곤 방식과는 전혀 다른 방식이었다. 그래도 일부 게임에서는 그런대로 믿을 만한 그래픽을 보여 주었다고 한다. 그러나 사운드는 완전 수준 이하였다는 게 일반적인 평가였다.
엔비디아는 초기에 세가와 협력 관계를 구축했다. NV 1 은 초창기 3D 게임 가운데서 세가에서 나온 펜저 드라군이나 버추어 파이터 리믹스 등을 PC 에서 구동할 수 있었다고 한다. (그외 나스카 레이싱과 버추어 캅이 이 칩을 지원했다) 그러나 그 성능에 비해 가격에서 문제가 있었다. 즉 당시 저가 그래픽 카드인 S3 ViRGE, 매트록스 Mystique, ATI Rage 등과 비교했을 때 너무 비싸서 경쟁이 되지 않았던 것이다. 여기에 자기만의 방식을 고집하다 보니 호환성이나 성능에서 큰 문제가 발생했다. 물론 Direct X 따위는 지원하지 않았다.
따라서 NV 1은 이후 엔비디아에게 큰 교훈을 남긴 그래픽 칩이었다. 그것은 자기만의 표준을 고집하면 안되다는 것이다. 엔비디아는 Direct X 나 Open GL 같은 표준을 따르는 칩을 만들어야 시장에서 살아남을 수 있다는 사실을 깨달았다. 아무리 그 제품이 좋아도 남들이 따르지 않는 자신만의 표준을 고집하거나 호환성에서 문제가 된다면 누구도 구매하지 않을 것이 분명했다.
향후 엔비디아는 이런 교훈을 잘 새겼다. 오늘날까지 엔비디아는 Direct X 및 Open GL 을 따르며 호환되지 않는 자신만의 API 를 만들려고 시도 하지 않았다. 또 사전에 게임 제작사들과 긴밀히 협조하여 호환성 및 최적의 성능을 이끌어 내기 위해 노력했다. 그리고 CUDA 같은 자신들의 규격을 만들면서도 이것만 고집하지 않고 Opne CL 이나 Direct Compute 을 같이 지원하도록 노력했다.
하지만 이것은 나중 이야기고 일단 엔비디아는 NV 1 의 실패로 당장에 회사가 문닫을 판이었다. 이 때 회사를 구원한 것은 바로 일본의 게임기 업체인 세가 (Sega) 였다.
3. 엔비디아의 시련과 귀환
엔비디아는 NV 1 의 실패로 사실상 컴퓨터 용 그래픽 칩 시장에서 밀려날 형편에 놓이게 되었다. 그런데 당시 엔비디아에 관심을 보인 회사가 있었으니 역시 게임기 시장에서 닌텐도 및 소니에 밀려 고전을 면치 못하고 있던 세가 였다.
당시 세가는 콘솔 제작 비용을 줄이기 위해 고심하고 있었다. 그런던 차에 NV 1 을 알게 되었고 사운드와 그래픽을 한칩에서 해결할 수 있으면 비용을 줄일 수 있지 않을까 내심 기대하게 되었다. 그래서 세가의 경영진은 수백만 달러를 엔비디아에 지원했으며 엔비디아는 NV 1 아키텍처의 후계인 NV 2 를 세가의 차세대 콘솔용 그래픽 및 사운드 칩으로 개발하려 했다.
그러나 세가 내부에서는 폴리곤 방식이 아닌 quadratic 방식이 프로그램 작성이 힘들 뿐 아니라 앞으로 대세가 되기도 어렵다고 하는 의견이 많았다. 앞으로 대세는 폴리곤 방식이라는 것이다.
결국 세가는 엔비디아에 대한 지원을 중단했고 결국 NV 2 는 완성되지 못했다. (결국 새턴 이후 세가는 Power VR 사의 그래픽 칩을 사용하는 드림캐스트를 만들고 콘솔 시장에서 손을 떼게 된다)
이렇게 되자 엔비디아는 다시 어려운 지경에 빠지게 된다. 젠슨 황은 이번이 회사의 마지막 기회라고 생각하고 차세대 칩셋인 NV 3 의 제작에 착수하면서 새로운 인재를 영입했다. 그 인재는 바로 오늘날의 엔비디아를 있게 한 전설적 컴퓨터 공학자인 데이비드 커크 (David Kirk) 박사였다.
데이비드 커크 박사는 MIT 및 캘리포니아 공과 대학에서 컴퓨터 공학을 전공했으며 박사 학위를 받았다. 엔비디아에 입사할 당시 커크 박사는 미국의 비디오 게임 업체인 크리스탈 다이나믹스에 근무하던 중이었는데 젠슨 황이 그를 스카웃해서 엔비디아의 수석 과학자 (Chief Scientist) 로 삼았다고 한다.
커크 박사는 엔비디아가 앞으로 나갈 방향이 무엇인지 금방 눈치챘다. 그는 NV 1 및 NV 2 같은 낡고 호환되지 않는 아키텍처 대신 대세가 되가는 폴리곤 방식과 새로운 대세로 부상하고 있던 Direct X 를 엔비디아의 나갈 길로 정했다. 그리고 신속한 제품 주기 사이클로 경쟁상대 보다 우위에 서기로 결심했다. 그것은 바로 6개월 주기로 새로운 칩을 내놓겠다는 각오였다. 훗날 엔비디아는 이걸 6개월마다 사골을 - 즉 리네이밍을 - 우려낸다로 내용을 바꾸지만.
1997년 커크 박사의 회심의 대작 NV 3 가 마침내 세상에 모습을 드러냈다. 당시 세간에서는 엔비디아는 거의 망했다든가 아니면 거의 잊혀진 존재처럼 생각되고 있었다. 그러던 회사가 갑자기 NV 3 라는 신제품을 내놓았는데 이게 당시 3D 가속기 시장을 주도하던 3dfx 의 부두 칩을 능가하는 성능을 보였던 것이다. 당시 시장의 반응은 한마디로 믿기 힘들다 (hard to believe) 였다.
RIVA 128 이라는 명칭으로 시장에 나온 NV 3 는 당시 선풍적인 인기를 끌면서 오늘날의 엔비디아를 있게 한 장본인 중 하나였다. RIVA 128 은 Direct3D 5.0 및 Open GL 을 지원했으며 비교적 저렴한 가격에 높은 성능으로 여러 제조사에 납품되어 시장에서 좋은 반응을 얻었다.
NV3 는 350 nm 공정에서 제조되었으며 350만개의 트랜지스터를 집적했다. 클럭은 100 MHz 였다. 픽셀 파이프 라인은 1개 였고 초당 1억개 픽셀처리가 가능했다. 그리고 25 픽셀 트라이앵글은 초당 150만개 처리가 가능했다. 2D 및 3D 가속 모두 가능했으며 3D 는 16 비트 칼러로 처리가 가능했다. 메모리는 4 MB 정도 였고 속도는 100 MHz 이고 램댁은 206 MHz 였다. 후에 메모리를 8 MB 로 올리고 램댁을 250 MHz 로 증가 시킨 리바 128 ZX 제품을 추가로 출시하기도 했다.
초기 리바 128 제품들은 당시 부두 칩과 비교했을 때 이미지 퀄러티가 좀 떨어지는 문제가 있었다. 이는 초기 드라이버 문제로, 오늘날에도 그러하듯이 엔비디아는 나중에 추가 드라이버를 개선해서 이 문제를 해결했다.
리바 128 은 부도 위기에 놓인 엔비디아를 살려낸 일등 공신이다. 그러나 데이비드 커크 박사와 엔비디아의 개발진은 벌써 차세대 칩 제작에 돌입해 당시 3D 가속기 시장의 맹주인 3dfx 를 밀어낼 준비를 하고 있었다. 그리고 종국에는 신흥 업체인 엔비디아가 3D 가속기 및 그래픽 카드 시장을 완전히 재편할 것이었다.
4. 엔비디아 폭탄 (TNT)을 던지다.
엔비디아는 리바 128 로 시장에서 호평을 받은 후 바로 후속작을 준비했다. (참고로 리바는 Real-time Interactive Video and Animation accelerator 의 약자이다.) 그것은 지금도 알고 계신 분들이 많은 리바 TNT (RIVA TNT, 코드 네임 NV4) 이다. 여기서 TNT 는 TwiN Texel 라는 단어의 약자로 이후 부터 엔비디아의 특징이 된 한번에 두개의 Texel 을 랜더링 한다는 뜻이었다. 텍셀은 텍스처 상의 한점으로 이를 빨리 연산할 수 있다면 그만큼 이미지 퀄러티를 향상시킬 수 있다.
엔비디아는 1998년 6월 15일 리바 TNT 를 발표했다. 이는 물론 3dfx의 신작 부두 2 (Voodoo 2) 를 견제하기 위함이었다. 당시 3D 가속기 시장의 맹주였던 3dfx 는 리바 128 등 새로운 경쟁자들을 제압하고 시장을 장악하기 위해 부두 2를 내놓았고, 엔비디아는 리바 TNT 를 출시해서 이에 맞섰다.
당시 TNT 는 2번째 Pixel pipe line 을 가지고 있었고, 32비트 칼러 랜더링을 지원했다. (24 bit Z buffer in 3D rendering, 8-bit stencil-buffer and support for 1024×1024 pixels textures) 또 Trilinear filtering 을 처음으로 지원해서 이미지 퀄러티를 크게 향상시켰다.
다만 TNT 는 당시 펜티엄 CPU 만큼이나 복잡해졌을 뿐 아니라 발열량도 많아서 본래 엔비디아가 의도한 클럭이었던 110 MHz 에 이르지 못하고 90 MHz 급으로 출시될 수 밖에 없었다. 사실 의도한 클럭대로라면 Direct 3D 연산에서 부두 2를 이길 수 있었지만 결국 클럭이 예상보다 낮았기 때문에 그럴 수가 없었다. 참고로 메모리는 16 MB SDR SDRAM 을 지원했고 Direct 3D 6.0 까지 지원했다. RIVA TNT 는 TSMC 의 350 nm 공정으로 제조되었고, 트랜지스터 집적도는 700만개 이상이었다. 엔비디아의 주장에 의하면 최대 초당 800만개의 폴리곤 연산이 가능했다.
당시 엔비디아의 입장을 주유 버전으로 말한다면 '왜 하늘은 TNT 를 내시고 또 부두 2를 내셨는가' 였다. 부두 2는 물론 여러가지 단점이 있는 카드였다. TNT 처럼 2D 가속 및 비디오 카드 역활을 할 수 없기 때문에 단지 3D 가속용으로만 써야 했다. 여기에 16비트 랜더링만 가능했다.
그러나 부두 2는 글라이드 (Glide) 라는 독자 API 를 가지고 있었고, 이것이 적용된 게임에서는 속도와 이미지 퀄러티 면에서 경쟁자들을 압도했다. 부두의 특징인 글라이드는 당시 3D의 표준인 open GL 을 다 지원하는 대신 게임 구동에 필요한 부분만 빼낸 일종의 미니 GL 이다. 이 글라이들를 통해 부두는 경쟁자들을 재차 물리칠 수 있었다.
당시 많은 게임들이 글라이드 API 를 지원했고, 오로지 글라이드에서만 돌아가는 게임도 있었다. 따라서 당시에 '게임 하면 역시 부두' 라는 생각을 가진 사람들이 많았다. 하지만 궁극적으로 말한다면 자신만의 표준을 가지고 밀고 나가는 방식은 이 방식이 시장의 표준이 되지 않고 결국 시장에서 다른 표준을 만들 경우 밀려나기 쉽다는 문제가 있다. 결국 시장의 대세는 Direct x 와 full opne GL 이 될 것이었다.
아무튼 그것은 나중이야기고 1998년 당시에는 부두 2의 승리였다. 다만 가격은 변동이 매우 심했는데 초기 가격은 상당히 비쌌지만 나중에는 가격이 폭락하여 처음에 구매했던 사람들은 상대적을 손해를 본 셈이었다.
엔비디아는 ATI, 매트록스, S3 같은 다른 회사들과 함께 다음을 기약하며 다시 3D 카드 시장의 장악을 노렸다.
5. 엔비디아의 부흥 - TNT 2
당시 3D 가속 카드의 시장 주기는 매우 짧았다. 따라사 엔비디아는 바로 새로운 칩을 준비했다. 코드 네임 NV 5 로 알려진 이 칩은 RIVA TNT 2 라는 명칭으로 세상에 등장했다. TNT 2는 메모리는 32 MB 까지 지원했으며 API는 Direct 3D 6.0 까지 지원했다. 이 칩은 당시 무려 1500만개의 트랜지스터를 집적했지만 TSMC 의 250 nm 공정에서 제조된 덕분에 TNT 2 는 150 MHz 의 높은 클럭으로 작동할 수 있었다.
여기에 엔비디아는 최초로 클럭과 기능에 따라 제품을 다양화해 소비자들에게 선택의 폭을 넓혔다. 기본 150 MHz 였던 TNT 2 외에 166 MHz 로 작동하는 pro, 그리고 183 MHz 로 작동하는 ultra 제품이 이었다. 여기에 클럭은 150 MHz 로 작동하지만 128 bit 대신 64 bit 메모리를 사용하는 M64 를 저렴한 가격에 출시하여 큰 인기를 끌었다. 더 저가품인 vanta 나 알라딘 도 있었다.
당시 필자도 리바 TNT2 M64 를 사서 하프라이프를 돌리는데 사용했다. 지금도 저렴한 가격에 괜찮은 성능을 냈던 M64 가 기억에 남는다.
엔비디아의 발표에 의하면 TNT 2 는 초당 천만개의 폴리곤을 처리할 수 있었으며 250 million pixel/sec 의 픽셀 처리 능력을 지녔다.
그 시기 시장에서는 아직도 글라이드의 지배력이 상당했지만 점차 Direct 3D 및 Open GL 의 영향력이 커지고 있었다. 또 당시 3D 가속기 시장이 부두에 의해 완전히 지배당하는 것이 아니었기 때문에 게임 제작자들 입장에서도 부두에서만 돌아가는 게임을 만들기는 부담스러웠다. 당연히 글라이드의 시장 지배력은 점차 감소하기 시작했다.
이 시기 TNT2 는 경쟁자가 32비트 칼러 랜더링을 지원하지 않는다는 점을 이용해서 재미를 봤다. 또 제품 라인을 다양화 해서 소비자에게 성능과 가격에 적당한 제품을 구매할 수 있는 선택의 기회를 준 점도 좋은 평가를 얻었다.
물론 당시 등장한 부두 3 가 여전히 가장 잘 팔리는 3D 가속 카드였지만 이제 리바 TNT2 시리즈는 무시할 수 없는 강자로 떠오르고 있었다.
당시 그래픽 카드 제조사들은 TNT 2 를 이용해 자신만의 특별한 비 레퍼런스 카드들을 만들곤 했다. 헤큘리스, 크리에이티브, 엘자 등에서 여러가지 형태의 카드를 제조했으며 이중에는 캐논퍼스 스팩트라 처럼 아주 고가의 카드들도 존재했다.
6. 지포스의 등장
엔비디아는 6개월 주기로 새로운 칩을 내놓는다는 정책에 따라 1999년 가을 새로운 칩을 출시했는데 코드 네임은 NV 10 이었고, 그 명칭은 Geforce 256 이었다. 바로 지포스의 전설이 시작된 것이다.
지포스라는 명칭은 공개적인 응모 행사를 통해 붙인 이름이라고 한다. 당시 TNT 2 의 뒤를 이을 카드의 이름을 공모했는데 경품은 TNT 2 ultra 였다고 하며 아마도 7명의 당첨자 중 하나가 지포스란 이름을 써낸 것 같다.
지포스 256 는 그 이름에서처럼 256 비트 랜더링이 가능한 칩이었다. 그러나 이 특징은 사실 그다지 유용한 능력은 아니었다. 솔직히 이 칩에 특징인 하드웨어 T&L 역시 처음에는 별 유용한 특징이 아니었다. 하드웨어 T&L은 당시 CPU 에서 담당하던 변형 (Transform), 클리핑 (Clipping) 및 광원 (Lighting) 을 그래픽 칩에서 담당하게 하여 CPU 의 부담을 줄여주는 기능이었다.
3D 연산에서 가상 세계에서 3차원으로 물체를 만들면 이를 모니터에 나타내기 위해서는 2D로 다시 변형하는 작업이 필요했다. 그리고 그 다음엔 클리핑이라 하여 보이지 않는 부분을 제거하는 작업을 하고 마지막으로 광원 효과를 첨가하여 보다 사실적인 화면을 만드는 것이다. 이를 묶어서 T&L 이라고 한다.
과거 이 과정은 모두 CPU 에서 담당했다. 그러나 최신 게임들에서 필요한 T&L 효과가 정도가 급격히 증가하자 CPU 의 부담이 너무 커졌다. 따라서 엔비디아는 T&L 을 그래픽 칩이 담당하는 지포스 256 을 출시했던 것이다. 그러므로써 속도를 더 빨리 할 수 있었다.
그러나 초창기에는 이를 지원하는 게임이 퀘이크 3 정도 밖에 없다는 문제가 있었다. 이 하드웨어 T&L 은 처음 나왔을 때는 그 유용성에 의문이 제기되기도 했으나 시간이 지나면서 많은 게임들이 이를 지원하게 되고 따라서 지포스에 매우 유용한 잇점을 제공하게 된다.
당시 지포스 256 에는 이외에도 Direct 3D 7.0 지원, full Open GL 지원, AGP 4배속 등의 특징을 가지고 있었다. 이에 트랜지스터 집적도도 2300만개에 이르게 되었고 (공정은 220nm) 그 복잡도에서 CPU 에 비슷하거나 혹은 능가하게 되었다. 따라서 엔비디아는 자사의 이 새로운 칩에 GPU (Graphic Processing Unit) 이라는 명칭을 붙였다. GPU 라는 이 명칭은 앞으로 그래픽 칩들에 표준적으로 사용되는 일반 명사화 하게 되는데 바로 이 지포스 256 이 최초의 GPU 인 셈이다.
한편 지포스 256 은 발열 문제 때문에 클럭이 120 MHz 정도에 불과했다. 그러나 대개의 게임 타이틀에서 지포스 울트라나 부두 3 3500 보다 50% 나 빠른 속도를 보여주었다. 지포스 256의 발목을 잡은 것은 클럭 이외에도 메모리가 있었다. 당시 SDR 메모리와 DDR 메모리를 동시에 지원했는데 DDR 메모리를 지원한 경우에 훨씬 더 빨랐다.
참고로 지포스 256의 폴리곤 처리 능력은 초당 1500만개 정도 였고, 픽셀 처리 능력은 480 million/sec, 메모리 인터페이스는 128 비트 였다.
지포스 256 의 또 다른 중요한 특징은 당시 3D 연산의 표준인 open GL 을 완전히 지원할 수 있다는 것이다. 그래서 엔비디아는 CAD 등의 처리를 위해 사용되는 전문가용 그래픽 카드 시장을 노리고 쿼드로 (Quadro) 를 출시했다. 이후 쿼드로의 전설역시 지포스와 같이 시작했다고 할 수 있겠다.
엔비디아는 지포스 256는 당시 하이엔드 그래픽 카드 시장을 장악하면서 시장의 리더였던 3dfx 의 아성을 크게 잠식했다. 당시 제일 빠른 그래픽 카드일 뿐 아니라 앞서 설명한 선구적인 기술들을 대거 새롭게 선보인 덕분이었다. 이는 물론 엔비디아의 수석 과학자 데이비드 커크 박사의 공로였다.
그러나 엔비디아는 여기서 그치지 않고 회심의 대작 지포스 2를 준비하고 있었다.
-> 엔비디아 이야기-2 에 계속
만약 우리가 컴퓨터 한대를 조립한다면 꼭 빠지지 않는게 하나 있다. 그것은 바로 그래픽 카드이다. 사실 현재는 메인보드 내장형 그래픽 카드가 널리 쓰이고 있기 때문에 이는 반드시 맞는 말은 아닐 수 도 있지만 아무튼 내장이든 외장이든 컴퓨터가 동영상이나 화면을 처리하고 더 나아가 3D 게임에 필요한 여러가지 연산을 처리하기 위해서는 그래픽 칩 - 현재는 GPU (Graphic Processing Unit)이라고 부르는 - 이 꼭 필요하다.
이러한 그래픽 칩을 만드는 회사는 여러 곳이 있었지만 현재는 많이 정리된 상태이고, 오늘날에는 사실상 개인용 PC 시장에서는 인텔, 엔비디아, AMD/ATI 순으로 3개 회사가 시장을 거의 장악하고 있는 상태이다. 이 중에서 어느 것을 먼저 설명해도 상관 없겠지만 일단 가장 파란 많은 역사를 살아왔던 엔비디아를 설명하는 것이 가장 좋을 듯하다.
엔비디아라는 회사는 사실 인텔이나 AMD/ATI 같은 회사들에 비해서 역사가 비교적 짧은 회사이다. 1993년 3명의 엔니지어 출신의 벤처 사업가들이 함께 세쿼이아 캐피탈 (Sequoia Capital) 이라는 벤처 캐피탈에서 자금을 지원받아 회사를 차린 것이 바로 엔비디아의 효시이다. 그 세명은 바로 젠슨 황 (Jen-Hsun "Jensen" Huang 黃仁勳), 크리스 말라코위스키 (Chris Malachowsky), 커티스 프리엠 (Curtis Priem) 이다.
젠슨 황은 (우리나라에는 황젠순 으로 알려지기도 했다) 현 엔비디아의 CEO 로 본래 대만계 미국인이다. 그는 1963년 타이베이에서 태어나 미국으로 이민한 후 오레곤 주에서 자랐으며, 오레곤 주립대학 및 스탠포드 대학을 수료했다. 전공은 물론 전자 공학이다.
젠슨 황은 대학을 나오고 나서 LSI Logic 및 AMD 에서 CPU 의 설계를 맡았다. 그리고 AMD 를 나와서 다른 두명의 엔니지어와 같이 엔비디아를 창업하게 된다. 나중에 엔비디아가 AMD 와 대립 관계가 된 점을 생각하면 나름 재미있는 배경이다.
크리스 말라코위스키는 썬 (Sun) 의 엔지니어로 현재는 회사를 은퇴한 상태이다. 커티스 프리엠 역시 썬의 컴퓨터 공학자이며 현재 엔비디아의 Senior Vice President, Engineering and Operations
으로 근무하고 있다.
2. NV 1 과 그 교훈
젠슨 황과 그 동료들은 처음부터 컴퓨터 그래픽 쪽에 목표를 잡고 연구를 시작했다. 그들의 회심의 대작은 NV 1 이라는 명칭의 선구적인 그래픽 칩이었는데 1995년에 현재의 STMicroelectronics 의 전신인 SGS THOMSON Microelectronics 에서 다이아몬드 엣지 3D (Diamond Edge 3D) 라는 이름의 PCI 멀티미디어 카드로 판매된다.
엔비디아는 이렇게 시작부터 칩만 제조하는 회사였으며 그래픽 카드는 별도의 회사를 통해 제작한다는 원칙을 지켜나갔다. 그리고 나중에 설명하지만 결국 이것이 초창기의 숙적 3dfx 를 이길 수 있던 이유 중 하나였다.
그러나 NV 1 은 컴퓨터용 그래픽 칩셋 시장에서 너무 앞서간 탓에, 그리고 초기 제품 다운 문제들 때문에 시장에서 결국 외면을 받은 제품이 되고 말았다.
당시 NV 1은 여러 모로 독특한 칩이었다. 일단 2D 및 3D 가속을 하나의 카드에서 담당하게 한 점도 당시로썬 선구적이었지만 무엇보다 사운드 까지 하나의 카드에서 해결하도록 한 점도 특이했다. 오늘날에는 이것이 대세가 되고 있지만 (HDMI 의 보급과 동시에 그래픽 칩에서 사운드도 지원할 수 있게 되었으니) 당시에 3D 카드란 3D 가속기로써 초기 부두 1.2 처럼 그냥 3D 가속만 담당했기 때문이었다. (물론 ATI 3D rage 나 나중에 나타난 부두 러쉬도 있지만 NV1 이 이들보다 먼저 등장했다)
더구나 3D 처리 방식도 특이했다. quadratic texture mapping 이라는 이 방식은 부두 시리즈 등에서 주력으로 밀었고 이후 대세가 된 폴리곤 방식과는 전혀 다른 방식이었다. 그래도 일부 게임에서는 그런대로 믿을 만한 그래픽을 보여 주었다고 한다. 그러나 사운드는 완전 수준 이하였다는 게 일반적인 평가였다.
엔비디아는 초기에 세가와 협력 관계를 구축했다. NV 1 은 초창기 3D 게임 가운데서 세가에서 나온 펜저 드라군이나 버추어 파이터 리믹스 등을 PC 에서 구동할 수 있었다고 한다. (그외 나스카 레이싱과 버추어 캅이 이 칩을 지원했다) 그러나 그 성능에 비해 가격에서 문제가 있었다. 즉 당시 저가 그래픽 카드인 S3 ViRGE, 매트록스 Mystique, ATI Rage 등과 비교했을 때 너무 비싸서 경쟁이 되지 않았던 것이다. 여기에 자기만의 방식을 고집하다 보니 호환성이나 성능에서 큰 문제가 발생했다. 물론 Direct X 따위는 지원하지 않았다.
따라서 NV 1은 이후 엔비디아에게 큰 교훈을 남긴 그래픽 칩이었다. 그것은 자기만의 표준을 고집하면 안되다는 것이다. 엔비디아는 Direct X 나 Open GL 같은 표준을 따르는 칩을 만들어야 시장에서 살아남을 수 있다는 사실을 깨달았다. 아무리 그 제품이 좋아도 남들이 따르지 않는 자신만의 표준을 고집하거나 호환성에서 문제가 된다면 누구도 구매하지 않을 것이 분명했다.
향후 엔비디아는 이런 교훈을 잘 새겼다. 오늘날까지 엔비디아는 Direct X 및 Open GL 을 따르며 호환되지 않는 자신만의 API 를 만들려고 시도 하지 않았다. 또 사전에 게임 제작사들과 긴밀히 협조하여 호환성 및 최적의 성능을 이끌어 내기 위해 노력했다. 그리고 CUDA 같은 자신들의 규격을 만들면서도 이것만 고집하지 않고 Opne CL 이나 Direct Compute 을 같이 지원하도록 노력했다.
하지만 이것은 나중 이야기고 일단 엔비디아는 NV 1 의 실패로 당장에 회사가 문닫을 판이었다. 이 때 회사를 구원한 것은 바로 일본의 게임기 업체인 세가 (Sega) 였다.
3. 엔비디아의 시련과 귀환
엔비디아는 NV 1 의 실패로 사실상 컴퓨터 용 그래픽 칩 시장에서 밀려날 형편에 놓이게 되었다. 그런데 당시 엔비디아에 관심을 보인 회사가 있었으니 역시 게임기 시장에서 닌텐도 및 소니에 밀려 고전을 면치 못하고 있던 세가 였다.
당시 세가는 콘솔 제작 비용을 줄이기 위해 고심하고 있었다. 그런던 차에 NV 1 을 알게 되었고 사운드와 그래픽을 한칩에서 해결할 수 있으면 비용을 줄일 수 있지 않을까 내심 기대하게 되었다. 그래서 세가의 경영진은 수백만 달러를 엔비디아에 지원했으며 엔비디아는 NV 1 아키텍처의 후계인 NV 2 를 세가의 차세대 콘솔용 그래픽 및 사운드 칩으로 개발하려 했다.
그러나 세가 내부에서는 폴리곤 방식이 아닌 quadratic 방식이 프로그램 작성이 힘들 뿐 아니라 앞으로 대세가 되기도 어렵다고 하는 의견이 많았다. 앞으로 대세는 폴리곤 방식이라는 것이다.
결국 세가는 엔비디아에 대한 지원을 중단했고 결국 NV 2 는 완성되지 못했다. (결국 새턴 이후 세가는 Power VR 사의 그래픽 칩을 사용하는 드림캐스트를 만들고 콘솔 시장에서 손을 떼게 된다)
이렇게 되자 엔비디아는 다시 어려운 지경에 빠지게 된다. 젠슨 황은 이번이 회사의 마지막 기회라고 생각하고 차세대 칩셋인 NV 3 의 제작에 착수하면서 새로운 인재를 영입했다. 그 인재는 바로 오늘날의 엔비디아를 있게 한 전설적 컴퓨터 공학자인 데이비드 커크 (David Kirk) 박사였다.
데이비드 커크 박사는 MIT 및 캘리포니아 공과 대학에서 컴퓨터 공학을 전공했으며 박사 학위를 받았다. 엔비디아에 입사할 당시 커크 박사는 미국의 비디오 게임 업체인 크리스탈 다이나믹스에 근무하던 중이었는데 젠슨 황이 그를 스카웃해서 엔비디아의 수석 과학자 (Chief Scientist) 로 삼았다고 한다.
커크 박사는 엔비디아가 앞으로 나갈 방향이 무엇인지 금방 눈치챘다. 그는 NV 1 및 NV 2 같은 낡고 호환되지 않는 아키텍처 대신 대세가 되가는 폴리곤 방식과 새로운 대세로 부상하고 있던 Direct X 를 엔비디아의 나갈 길로 정했다. 그리고 신속한 제품 주기 사이클로 경쟁상대 보다 우위에 서기로 결심했다. 그것은 바로 6개월 주기로 새로운 칩을 내놓겠다는 각오였다. 훗날 엔비디아는 이걸 6개월마다 사골을 - 즉 리네이밍을 - 우려낸다로 내용을 바꾸지만.
1997년 커크 박사의 회심의 대작 NV 3 가 마침내 세상에 모습을 드러냈다. 당시 세간에서는 엔비디아는 거의 망했다든가 아니면 거의 잊혀진 존재처럼 생각되고 있었다. 그러던 회사가 갑자기 NV 3 라는 신제품을 내놓았는데 이게 당시 3D 가속기 시장을 주도하던 3dfx 의 부두 칩을 능가하는 성능을 보였던 것이다. 당시 시장의 반응은 한마디로 믿기 힘들다 (hard to believe) 였다.
RIVA 128 이라는 명칭으로 시장에 나온 NV 3 는 당시 선풍적인 인기를 끌면서 오늘날의 엔비디아를 있게 한 장본인 중 하나였다. RIVA 128 은 Direct3D 5.0 및 Open GL 을 지원했으며 비교적 저렴한 가격에 높은 성능으로 여러 제조사에 납품되어 시장에서 좋은 반응을 얻었다.
NV3 는 350 nm 공정에서 제조되었으며 350만개의 트랜지스터를 집적했다. 클럭은 100 MHz 였다. 픽셀 파이프 라인은 1개 였고 초당 1억개 픽셀처리가 가능했다. 그리고 25 픽셀 트라이앵글은 초당 150만개 처리가 가능했다. 2D 및 3D 가속 모두 가능했으며 3D 는 16 비트 칼러로 처리가 가능했다. 메모리는 4 MB 정도 였고 속도는 100 MHz 이고 램댁은 206 MHz 였다. 후에 메모리를 8 MB 로 올리고 램댁을 250 MHz 로 증가 시킨 리바 128 ZX 제품을 추가로 출시하기도 했다.
초기 리바 128 제품들은 당시 부두 칩과 비교했을 때 이미지 퀄러티가 좀 떨어지는 문제가 있었다. 이는 초기 드라이버 문제로, 오늘날에도 그러하듯이 엔비디아는 나중에 추가 드라이버를 개선해서 이 문제를 해결했다.
리바 128 은 부도 위기에 놓인 엔비디아를 살려낸 일등 공신이다. 그러나 데이비드 커크 박사와 엔비디아의 개발진은 벌써 차세대 칩 제작에 돌입해 당시 3D 가속기 시장의 맹주인 3dfx 를 밀어낼 준비를 하고 있었다. 그리고 종국에는 신흥 업체인 엔비디아가 3D 가속기 및 그래픽 카드 시장을 완전히 재편할 것이었다.
4. 엔비디아 폭탄 (TNT)을 던지다.
엔비디아는 리바 128 로 시장에서 호평을 받은 후 바로 후속작을 준비했다. (참고로 리바는 Real-time Interactive Video and Animation accelerator 의 약자이다.) 그것은 지금도 알고 계신 분들이 많은 리바 TNT (RIVA TNT, 코드 네임 NV4) 이다. 여기서 TNT 는 TwiN Texel 라는 단어의 약자로 이후 부터 엔비디아의 특징이 된 한번에 두개의 Texel 을 랜더링 한다는 뜻이었다. 텍셀은 텍스처 상의 한점으로 이를 빨리 연산할 수 있다면 그만큼 이미지 퀄러티를 향상시킬 수 있다.
엔비디아는 1998년 6월 15일 리바 TNT 를 발표했다. 이는 물론 3dfx의 신작 부두 2 (Voodoo 2) 를 견제하기 위함이었다. 당시 3D 가속기 시장의 맹주였던 3dfx 는 리바 128 등 새로운 경쟁자들을 제압하고 시장을 장악하기 위해 부두 2를 내놓았고, 엔비디아는 리바 TNT 를 출시해서 이에 맞섰다.
당시 TNT 는 2번째 Pixel pipe line 을 가지고 있었고, 32비트 칼러 랜더링을 지원했다. (24 bit Z buffer in 3D rendering, 8-bit stencil-buffer and support for 1024×1024 pixels textures) 또 Trilinear filtering 을 처음으로 지원해서 이미지 퀄러티를 크게 향상시켰다.
다만 TNT 는 당시 펜티엄 CPU 만큼이나 복잡해졌을 뿐 아니라 발열량도 많아서 본래 엔비디아가 의도한 클럭이었던 110 MHz 에 이르지 못하고 90 MHz 급으로 출시될 수 밖에 없었다. 사실 의도한 클럭대로라면 Direct 3D 연산에서 부두 2를 이길 수 있었지만 결국 클럭이 예상보다 낮았기 때문에 그럴 수가 없었다. 참고로 메모리는 16 MB SDR SDRAM 을 지원했고 Direct 3D 6.0 까지 지원했다. RIVA TNT 는 TSMC 의 350 nm 공정으로 제조되었고, 트랜지스터 집적도는 700만개 이상이었다. 엔비디아의 주장에 의하면 최대 초당 800만개의 폴리곤 연산이 가능했다.
당시 엔비디아의 입장을 주유 버전으로 말한다면 '왜 하늘은 TNT 를 내시고 또 부두 2를 내셨는가' 였다. 부두 2는 물론 여러가지 단점이 있는 카드였다. TNT 처럼 2D 가속 및 비디오 카드 역활을 할 수 없기 때문에 단지 3D 가속용으로만 써야 했다. 여기에 16비트 랜더링만 가능했다.
그러나 부두 2는 글라이드 (Glide) 라는 독자 API 를 가지고 있었고, 이것이 적용된 게임에서는 속도와 이미지 퀄러티 면에서 경쟁자들을 압도했다. 부두의 특징인 글라이드는 당시 3D의 표준인 open GL 을 다 지원하는 대신 게임 구동에 필요한 부분만 빼낸 일종의 미니 GL 이다. 이 글라이들를 통해 부두는 경쟁자들을 재차 물리칠 수 있었다.
당시 많은 게임들이 글라이드 API 를 지원했고, 오로지 글라이드에서만 돌아가는 게임도 있었다. 따라서 당시에 '게임 하면 역시 부두' 라는 생각을 가진 사람들이 많았다. 하지만 궁극적으로 말한다면 자신만의 표준을 가지고 밀고 나가는 방식은 이 방식이 시장의 표준이 되지 않고 결국 시장에서 다른 표준을 만들 경우 밀려나기 쉽다는 문제가 있다. 결국 시장의 대세는 Direct x 와 full opne GL 이 될 것이었다.
아무튼 그것은 나중이야기고 1998년 당시에는 부두 2의 승리였다. 다만 가격은 변동이 매우 심했는데 초기 가격은 상당히 비쌌지만 나중에는 가격이 폭락하여 처음에 구매했던 사람들은 상대적을 손해를 본 셈이었다.
엔비디아는 ATI, 매트록스, S3 같은 다른 회사들과 함께 다음을 기약하며 다시 3D 카드 시장의 장악을 노렸다.
5. 엔비디아의 부흥 - TNT 2
당시 3D 가속 카드의 시장 주기는 매우 짧았다. 따라사 엔비디아는 바로 새로운 칩을 준비했다. 코드 네임 NV 5 로 알려진 이 칩은 RIVA TNT 2 라는 명칭으로 세상에 등장했다. TNT 2는 메모리는 32 MB 까지 지원했으며 API는 Direct 3D 6.0 까지 지원했다. 이 칩은 당시 무려 1500만개의 트랜지스터를 집적했지만 TSMC 의 250 nm 공정에서 제조된 덕분에 TNT 2 는 150 MHz 의 높은 클럭으로 작동할 수 있었다.
여기에 엔비디아는 최초로 클럭과 기능에 따라 제품을 다양화해 소비자들에게 선택의 폭을 넓혔다. 기본 150 MHz 였던 TNT 2 외에 166 MHz 로 작동하는 pro, 그리고 183 MHz 로 작동하는 ultra 제품이 이었다. 여기에 클럭은 150 MHz 로 작동하지만 128 bit 대신 64 bit 메모리를 사용하는 M64 를 저렴한 가격에 출시하여 큰 인기를 끌었다. 더 저가품인 vanta 나 알라딘 도 있었다.
당시 필자도 리바 TNT2 M64 를 사서 하프라이프를 돌리는데 사용했다. 지금도 저렴한 가격에 괜찮은 성능을 냈던 M64 가 기억에 남는다.
엔비디아의 발표에 의하면 TNT 2 는 초당 천만개의 폴리곤을 처리할 수 있었으며 250 million pixel/sec 의 픽셀 처리 능력을 지녔다.
그 시기 시장에서는 아직도 글라이드의 지배력이 상당했지만 점차 Direct 3D 및 Open GL 의 영향력이 커지고 있었다. 또 당시 3D 가속기 시장이 부두에 의해 완전히 지배당하는 것이 아니었기 때문에 게임 제작자들 입장에서도 부두에서만 돌아가는 게임을 만들기는 부담스러웠다. 당연히 글라이드의 시장 지배력은 점차 감소하기 시작했다.
이 시기 TNT2 는 경쟁자가 32비트 칼러 랜더링을 지원하지 않는다는 점을 이용해서 재미를 봤다. 또 제품 라인을 다양화 해서 소비자에게 성능과 가격에 적당한 제품을 구매할 수 있는 선택의 기회를 준 점도 좋은 평가를 얻었다.
물론 당시 등장한 부두 3 가 여전히 가장 잘 팔리는 3D 가속 카드였지만 이제 리바 TNT2 시리즈는 무시할 수 없는 강자로 떠오르고 있었다.
당시 그래픽 카드 제조사들은 TNT 2 를 이용해 자신만의 특별한 비 레퍼런스 카드들을 만들곤 했다. 헤큘리스, 크리에이티브, 엘자 등에서 여러가지 형태의 카드를 제조했으며 이중에는 캐논퍼스 스팩트라 처럼 아주 고가의 카드들도 존재했다.
6. 지포스의 등장
엔비디아는 6개월 주기로 새로운 칩을 내놓는다는 정책에 따라 1999년 가을 새로운 칩을 출시했는데 코드 네임은 NV 10 이었고, 그 명칭은 Geforce 256 이었다. 바로 지포스의 전설이 시작된 것이다.
지포스라는 명칭은 공개적인 응모 행사를 통해 붙인 이름이라고 한다. 당시 TNT 2 의 뒤를 이을 카드의 이름을 공모했는데 경품은 TNT 2 ultra 였다고 하며 아마도 7명의 당첨자 중 하나가 지포스란 이름을 써낸 것 같다.
지포스 256 는 그 이름에서처럼 256 비트 랜더링이 가능한 칩이었다. 그러나 이 특징은 사실 그다지 유용한 능력은 아니었다. 솔직히 이 칩에 특징인 하드웨어 T&L 역시 처음에는 별 유용한 특징이 아니었다. 하드웨어 T&L은 당시 CPU 에서 담당하던 변형 (Transform), 클리핑 (Clipping) 및 광원 (Lighting) 을 그래픽 칩에서 담당하게 하여 CPU 의 부담을 줄여주는 기능이었다.
3D 연산에서 가상 세계에서 3차원으로 물체를 만들면 이를 모니터에 나타내기 위해서는 2D로 다시 변형하는 작업이 필요했다. 그리고 그 다음엔 클리핑이라 하여 보이지 않는 부분을 제거하는 작업을 하고 마지막으로 광원 효과를 첨가하여 보다 사실적인 화면을 만드는 것이다. 이를 묶어서 T&L 이라고 한다.
과거 이 과정은 모두 CPU 에서 담당했다. 그러나 최신 게임들에서 필요한 T&L 효과가 정도가 급격히 증가하자 CPU 의 부담이 너무 커졌다. 따라서 엔비디아는 T&L 을 그래픽 칩이 담당하는 지포스 256 을 출시했던 것이다. 그러므로써 속도를 더 빨리 할 수 있었다.
그러나 초창기에는 이를 지원하는 게임이 퀘이크 3 정도 밖에 없다는 문제가 있었다. 이 하드웨어 T&L 은 처음 나왔을 때는 그 유용성에 의문이 제기되기도 했으나 시간이 지나면서 많은 게임들이 이를 지원하게 되고 따라서 지포스에 매우 유용한 잇점을 제공하게 된다.
당시 지포스 256 에는 이외에도 Direct 3D 7.0 지원, full Open GL 지원, AGP 4배속 등의 특징을 가지고 있었다. 이에 트랜지스터 집적도도 2300만개에 이르게 되었고 (공정은 220nm) 그 복잡도에서 CPU 에 비슷하거나 혹은 능가하게 되었다. 따라서 엔비디아는 자사의 이 새로운 칩에 GPU (Graphic Processing Unit) 이라는 명칭을 붙였다. GPU 라는 이 명칭은 앞으로 그래픽 칩들에 표준적으로 사용되는 일반 명사화 하게 되는데 바로 이 지포스 256 이 최초의 GPU 인 셈이다.
한편 지포스 256 은 발열 문제 때문에 클럭이 120 MHz 정도에 불과했다. 그러나 대개의 게임 타이틀에서 지포스 울트라나 부두 3 3500 보다 50% 나 빠른 속도를 보여주었다. 지포스 256의 발목을 잡은 것은 클럭 이외에도 메모리가 있었다. 당시 SDR 메모리와 DDR 메모리를 동시에 지원했는데 DDR 메모리를 지원한 경우에 훨씬 더 빨랐다.
참고로 지포스 256의 폴리곤 처리 능력은 초당 1500만개 정도 였고, 픽셀 처리 능력은 480 million/sec, 메모리 인터페이스는 128 비트 였다.
지포스 256 의 또 다른 중요한 특징은 당시 3D 연산의 표준인 open GL 을 완전히 지원할 수 있다는 것이다. 그래서 엔비디아는 CAD 등의 처리를 위해 사용되는 전문가용 그래픽 카드 시장을 노리고 쿼드로 (Quadro) 를 출시했다. 이후 쿼드로의 전설역시 지포스와 같이 시작했다고 할 수 있겠다.
엔비디아는 지포스 256는 당시 하이엔드 그래픽 카드 시장을 장악하면서 시장의 리더였던 3dfx 의 아성을 크게 잠식했다. 당시 제일 빠른 그래픽 카드일 뿐 아니라 앞서 설명한 선구적인 기술들을 대거 새롭게 선보인 덕분이었다. 이는 물론 엔비디아의 수석 과학자 데이비드 커크 박사의 공로였다.
그러나 엔비디아는 여기서 그치지 않고 회심의 대작 지포스 2를 준비하고 있었다.
-> 엔비디아 이야기-2 에 계속
