PC를 조립할 때 중요 부품으로 CPU(중앙처리장치)와 메인보드, 램, HDD나 SSD 같은 저장 장치 등이 거론된다. 사실 요즘에는 CPU나 메인보드에 그래픽 연산을 담당하는 GPU(그래픽처리장치)가 내장됐기 때문에 그래픽카드는 선택 사항이 됐다. 이렇다 보니 주머니 사정이 어렵거나 단순히 웹서핑이나 사무용으로 사용하는 PC에는 고가의 그래픽카드가 제외 제1순위 대상이다. 하지만 고성능 게임을 원활하게 구동하기 원하는 게이머에게 최신 그래픽카드는 여전히 필수다. 이번 20주년 기획으로는 20년 동안 변해온 그래픽카드의 역사와 위상에 대해 집어보자.임병선 기자 그래픽카드는 CPU로 이루어지는 작업 현황을 모니터에 출력하고 3D 게임 구동 시 3D 연산과 결과물을 화면에 나타내는 장치다. CPU는 모니터 화면에 표시할 수 있는 능력이 없으므로 그래픽카드가 없다면 모니터에 그 어떤 화면도 표시되지 않는다. 그래픽카드는 비디오카드, VGA(Video Graphics Array), 그래픽 어댑터 등 다양한 명칭으로도 불린다.최초의 그래픽카드는 1981년에 나온 ‘MDA(Monochrome Display Adapter)’이다. 하지만 MDA는 흑백 문자만 표현할 수 있었으며, 그림 및 원색의 표현이 가능한 최초의 그래픽카드는 같은 해에 출시된 ‘CGA(Color Graphics Adapter)’다. CGA는 320x200 해상도에 최대 4가지 색상을 표현할 수 있었다. 이어 1982년에는 최대 720x348 해상도의 흑백 그림을 표현할 수 있는 ‘허큘리스(Hercules)’, 1984년에는 640x350 해상도에서 16색 그림을 표현할 수 있는 ‘EGA(Enhanced Graphics Adapter)’가 출시됐다. 현재 그래픽카드의 기원으로 볼 수 있는 VGA는 1987년 등장했다. 초기 VGA 모델은 640x480 해상도에서는 16색, 320x200 해상도에서는 256색을 표현할 수 있었다.
3D 그래픽카드 혁명, 부두
VGA카드 이후 그래픽카드에서 가장 큰 변화는 PC사랑의 창간 시기인 1995년 등장한 3D 그래픽카드다. 초창기 3D 그래픽카드 개발에는 ATI, S3, Matrox, 크리에이티브 등의 회사가 뛰어들었다. 수많은 회사들의 경쟁 속에 1990년대 3D 그래픽카드 시장을 이끈 것은 3dfx의 ‘부두(Voodoo)’ 그래픽카드다.부두 그래픽카드는 2D와 3D 그래픽을 모두 해결할 수 있는 형태가 아니라 오직 3D 그래픽을 연산하기 위해 추가로 장착하는 애드 온(Add-on) 방식이었다. 또한, 3D 게임에서 주로 사용되고 있던 API인 DirectX, OpenGL은 물론 부두 그래픽카드 전용 API인 글라이드(Glide)를 추가로 지원했다. 이후 2D 그래픽 가속도 지원하는 부두 러시, 1998년에는 부두 2를 출시하고 그래픽카드 2개를 연결하는 SLI까지 선보이며 최강자의 입지를 다져갔다.
특히 부두2는 부두 역사에서 가장 큰 발전을 이뤘으며, PC용 3D 가속기 중 최초로 멀티텍스쳐링을 도입했다. 또 최대 3D 가속 해상도를 800x600으로 높여 800x600의 3D 가속 실용화를 최초로 이루어 냈고, SLI로 사용하면 1024x768 해상도까지 3D 가속을 할 수 있었다. 이렇듯 1990년대 후반에는 그래픽카드 하면 부두가 단연 최고였으며, 표준으로 자리를 잡아가다가 2000년대 들어서 급격히 무너졌다.부두가 망하게 된 가장 큰 이유는 두 가지가 꼽힌다. 먼저 1999년 4월 출시한 부두3 이후부터 3dfx가 그래픽카드를 다른 제조사에 의한 OEM 생산을 전면 중단했기 때문이다. 부두 칩셋을 탑재한 그래픽카드는 오로지 3dfx에서만 출시됐으며, 그 결과 가격이 폭등하고 다양한 제품이 나오질 못하게 됐다. 또 다른 이유는 경쟁사인 엔비디아(nVIDIA)가 1999년 8월 출시한 지포스256이 나오면서다. 그동안 리바(Riva) 시리즈로 부두와 싸워왔던 엔비디아는 지포스(GeForce)라는 명칭을 사용하게 됐다. 처음 선보인 지포스256가 지원한 DirectX 7.0은 부두3의 글라이드보다 우수했으며 그 결과 폴리곤 처리 성능은 부두3의 몇 배에 달했다. 특히 지포스256이 부두3 출시 후 불과 반년 만에 나왔지만, 압도적인 성능을 자랑해 3dfx는 쫓기는 자에서 쫓아가는 자가 됐다. 이후 3dfx는 부두4와 부두5를 출시했지만, 시장의 주도권을 다시 가져오지 못한 채 결국 엔비디아에 인수됐고 2002년 10월 15일 파산하게 된다.
부두 돌풍 잠재운 지포스
원래 엔비디아는 CPU 칩 제조를 하려 했지만 상황이 여의치 않자 GPU 칩 제조로 방향을 선회했다. 엔비디아의 이름을 알리기 시작한 것은 1997년 출시한 ‘리바(Riva) 128’부터다. 특히 엔비디아가 제조한 GPU 중 리바 128부터 DirectX를 지원했기 때문에 많은 사람들이 사용하게 됐다. 엔비디아는 1998년 출시한 리바 TNT부터 그래픽카드 시장을 점령해나가기 시작했다. 1999년 출시한 리바 TNT2는 경쟁사인 3dfx의 부두의 성능을 따라잡았으며, 이어 출시한 리바 TNT2 M64으로 저가형 시장까지 확장했다. 여기에 1999년 10월 앞서 소개한 지포스 라인업을 선보이면서 3D 그래픽카드 시장을 선도하기 시작했다. 2000년에는 지포스2를 출시해 부족했던 2D 능력까지 보완했으며, 비싸진 가격을 대신할 보급형 라인업인 MX시리즈까지 선보였다.
엔비디아가 잠시 주춤했던 것은 지포스3 때다. 지포스3는 초반 하이엔드 모델만 선보여 다양한 라인업이 없다는 단점이 있었다. 이는 당시 마이크로소프트가 새롭게 선보인 XBOX에 탑재할 GPU를 엔비디아가 개발하고 있었기 때문이다. 이런 문제는 엔비디아뿐만 아니라 다른 개발사도 콘솔에 들어가는 GPU를 개발할 때마다 들쑥날쑥한 상황을 보여준다. 지포스4 이후인 5세대 라인업 지포스FX 때는 외부적인 요인이 아닌 것으로 위기가 찾아온다. 지포스FX 라인업 중 가장 먼저 선보인 FX5800에 도입된 블로워 쿨러는 낮은 효율에 엄청난 소음과 발열로 비난받았기 때문이다. 이 와중에 경쟁사인 ATi는 라데온(Radeon) 9700 시리즈를 앞세워 점유율을 확장했다.
위기를 감지한 엔비디아는 지포스6 시리즈부터 정신을 차리고 다시 제대로 만들기 시작한다. 특히 지포스6부터 3dfx의 부두 시리즈가 사용했던 SLI를 채택해 그래픽카드 성능이 크게 뛰어올랐다. 여기에 PCI-Express 타입 모델을 본격적으로 출시했으며, Ultra, GT, GTO, GS, XT, TC, LE, SE 등 다양한 이름의 라인업을 내놨다. 지포스8 시리즈에 와서는 다양한 게임에서 경쟁사 제품보다 더 뛰어난 성능을 보여줘 게이머들 사이에서 ‘역시 게임은 지포스’라는 인식을 심어주게 된다. 엔비디아는 지포스9 시리즈 이후 코드명을 지포스1XX, 지포스2XX, 지포스3XX 등 세 자리 수로 변경한다.
현존 최강자 N당
현재 그래픽카드 시장을 양분하고 있는 것은 흔히 말하는 엔비디아 ‘N당’과 AMD의 ‘A당’이다. 최근에는 엔비디아 쪽이 AMD 쪽보다 우위를 자랑하고 있지만, 엔비디아라고 언제나 최고의 자리에만 있던 것은 아니다.지포스6 시리즈 이후 승승장구하던 엔비디아가 AMD에 발목을 잡힌 것은 2010년 출시한 지포스 4XX 시리즈 때였다. 경쟁사인 ATI가 라데온 HD4870을 내세워 성능을 거의 따라잡았고 마침내 라데온 HD5870으로 엔비디아보다 높은 성능과 차세대 DirectX 11을 지원하는 제품을 만든다. 반면, 엔비디아는 55nm 공정에서 40nm 공정으로 가는 길목에서 칩을 생산하는 TSMC가 공정 연기를 계속해 발목이 잡혔다. 계속된 발매지연 속에 가까스로 발매한 지포스 GTX 480은 성능으로 라데온 HD5870을 눌렀지만, 발열과 전력소모는 심각했다. 이 때문에 시장에서 지포스는 고전을 면치 못한 반면, 라데온의 점유율은 크게 올랐다. 이어 지포스 GTX 480의 문제를 개선한 지포스 GTX 580와 지포스 GTX 590을 내놨지만, 라데온 HD6970과 라데온 HD6990의 성능을 넘지는 못했다.
다시 엔비디아가 주도권을 잡기 시작한 것은 2012년 출시한 지포스 6XX 시리즈부터다. AMD의 라데온 HD7970이 그래픽카드 시장에서 최강자로 군림하고 있던 당시 등장한 지포스 GTX 680은 시장의 판도를 바꾸는 데 충분했다. 가격은 라데온 HD7970보다 저렴하면서 성능은 더 높았다. 특히 GPU 구조를 변경해 전력 소모량이 크게 줄이는 데 성공한다. 이어 지포스 7XX, 9XX, 타이탄 시리즈와 노트북 전용 8XX 시리즈를 출시하면서 현재 입지를 확고히 다졌다.
엎치락뒤치락 A당
A당은 AMD를 의미하지만, AMD에 인수되기 전인 ATI(Array Technology Industry) 당시도 해당된다. 1985년 설립된 ATi는 그래픽카드 칩셋을 만들던 회사로, 90년대 초기에는 2D 그래픽카드인 마하(mach) 시리즈를 출시했다. 1995년 레이지(Rage) 시리즈를 내놓으면서 3D 그래픽카드 시장에 뛰어들었지만, 3dfx나 엔비디아의 등쌀에 밀리는 신세였다.
2000년부터 R100 코어를 사용한 라데온 7000 시리즈를 발매하면서 3D 그래픽카드 시장에서 이름을 알리기 시작했다. 라데온 7000 시리즈는 당시 시장을 장악하던 지포스 256에 밀려 빛을 보지 못했지만, R200 코어를 사용한 라데온 8500는 지포스3의 성능을 따라잡는 데 성공한다. 이어 R300 코어를 탑재한 라데온 9700 시리즈가 GPU 최초로 DirectX 9.0를 지원하면서 앞서나가기 시작했다.
2004년 크로스파이어를 지원하는 R400 코어를 출시했지만, 뛰어난 성능과 저렴한 가격을 내세운 엔비디아의 지포스6에 시장에서 다시 밀리기 시작한다. 여기에 2005년에는 R500 코어를 출시했음에도 마이크로소프트의 최신 게임기 XBOX360에 탑재되는 GPU 개발에 집중하면서 PC 그래픽카드 시장이 더 축소됐다. 그래도 하이엔드 분야에서 엔비디아를 압도하고 있던 탓에 2006년 AMD가 ATI를 인수한다. 당시 AMD는 CPU 분야에서 인텔을 꺾기 위해 GPU를 넣는 기술을 구상 중이었으며, 협상 끝에 엔비디아가 아닌 ATI를 선택했다. AMD가 된 후에도 엔비디아와의 경쟁은 계속됐다. 인수 직후 출시한 X1950Pro가 성공하며, 엔비디아를 눌렀지만, 그 외 제품군이나 이후 R600 코어의 실패 등이 겹치면서 점유율이 크게 하락한다.
R700 코어를 탑재해 2008년 출시한 라데온 HD4870과 라데온 HD4850는 뛰어난 성능과 가격으로 소비자를 다시 끌어들였으며, AMD가 다시 엔비디아를 압도하는 계기를 만들었다. 이후 엔비디아는 지포스 9800GTX+로 맞불작전을 폈지만, 성능에선 앞질렀어도 생산단가와 가격 면에서는 따라잡질 못했다. 2009년부터는 코드명을 숫자에서 에버그린, 노던 아일랜즈, 서전 아일랜즈 등 특정 단어로 바꿨다. 이후 2012년에는 엔비디아의 타이탄에 밀리기도 했지만, 2013년 하와이 시리즈의 막강한 성능과 뛰어난 가성비로 엔비디아에 맞섰다. 최근에는 R9 290과 R9 285로 하이엔드 시장에서는 다소 밀려도 가성비로는 우위를 점하고 있다.
내장의 강자 인텔
인텔도 CPU뿐만 아니라 GPU를 제조하며, 그래픽카드 시장에서 근 20년간 1위 시장점유율은 40~50%를 장악하고 있다. 하지만 어디까지나 내장형 그래픽카드일 뿐, 성능 면에서나 드라이버에서나 엔비디아와 AMD의 상대는 되지 못한다. 인텔은 고성능 그래픽카드가 필요하지 않은 업무용 PC 시장을 중심으로 점유율을 높였다. 과거 외장형 그래픽카드 시장에도 진출하겠다고 선언했었지만, 심각한 전력 소모와 성능 저하 등 여러 가지 문제로 외장형 그래픽카드 출시는 무기한 연기됐다. 지난 2012년 60여개를 코어를 박은 코드네임 나이츠 코너가 제온 파이라는 새로운 브랜드를 달고 출시된 것이 전부다.
인텔의 내장 그래픽카드의 실제 문제는 발표된 스펙은 상당하지만, 메인보드 제조업체들을 거치면 그 스펙대로 제조되는 경우가 거의 없다. 아이비 브릿지의 HD4000의 경우 상당히 쓸 만한 성능을 보여줬다. 게임을 돌릴 때 그래픽 옵션 타협이 거의 필수적이긴 하지만 내장 그래픽으로도 웬만한 게임을 원활히 돌릴 수 있다. 문제는 최적화되지 못한 그래픽 드라이버 때문에 몇몇 게임은 제대로 구동조차 안 되며, 또 많은 경우 VRAM 인식을 못 해 게이밍 유저라면 외장 그래픽카드가 있는 것이 더 낫다. 다만 저가형 라인업인 i3 모델의 경우 성능이 떨어지지만 i5 이상 모델이라면 내장 그래픽카드만으로도 게이밍 렙탑으로 사용하는 데 지장이 없다. 이후 하스웰과 브로드웰 등에서도 내장 GPU의 강화는 계속되고 있다. 최근 렙탑 중 얇고 가벼운 울트라북의 수요가 크기 때문에 전력을 낮추면서 그래픽성능을 올린 내장형 그래픽카드의 수요는 꾸준히 증가하고 있다.
내장형? 외장형?
그래픽카드는 PC 부품 중 유일하게 기술이 발전할수록 크기와 전력 소모도 커지고 있다. 심지어 그 거대하던 CRT 모니터도 LCD, LED 모니터로 얇아지고, 저장장치도 HDD에서 SSD로 바뀌면서 작고 조용해지고 있다. 하지만 유독 그래픽카드만 점점 커져 메인보드 슬롯 공간을 2~3개 차지하거나 전용 전원 케이블까지 사용하고 있다.그래픽카드가 계속 커지는 것은 GPU와 GDDR(Graphics Double Data Rate) 램 때문이다. 그나마 GPU는 미세공정이 진행돼 저발열, 저전력 쪽은 조금씩 나아지고 있지만, 요구되는 처리 능력이 미세공정으로 얻을 수 있는 절약되는 양보다 커 GPU의 코어 자체는 계속 커지는 추세다. 게다가 GPU는 기본적으로 병렬 프로세싱, 멀티코어 연산을 할 수 있으므로 코어를 마음껏 늘려 성능을 올릴 수 있다. 이 때문에 고성능의 그래픽카드일수록 코어 개수가 늘어나고 이에 따른 발열과 소비전력이 높아져 크기가 커질 수밖에 없는 구조인 셈이다. 여기에 일반 DDR램보다 훨씬 빠른 처리속도를 가진 GDDR램의 발열과 전력 소모도 심하다. GDDR4부터는 높은 발열 때문에 방열판이 필수가 됐으며, 6~8핀 보조 전원 케이블도 2개씩 필요하게 됐다.하지만 덩치가 커지는 외장 그래픽카드만 있는 것이 아니라 최근에는 메인보드에 기본 장착되거나 AMD A 시리즈와 인텔 코어 i 시리즈는 CPU 안에 내장돼 있다. 온보드 그래픽카드는 GPU만 메인보드에 장착하고, 램은 메인 메모리와 공유하는 방식이다. 성능도 과거에는 구색 맞추기에 불과했다면 최근에는 내장 그래픽카드만으로도 웬만한 게임 구동은 충분하다. 물론 옵션 타협은 필수다. 2015년 출시된 인텔의 코어 i5 브로드웰의 경우 GPU로 ‘인텔 Iris Pro 6200’ 칩을 탑재했다. 이는 기존 ‘인텔 HD Graphics 4600’보다 2배 높은 성능을 낸다.
이처럼 내장 그래픽카드 성능도 계속 높아지고 있어 고성능 3D 게임 구동 목적이 아니라면 굳이 거대한 외장 그래픽카드가 필요치 않다. 특히 울트라북 같은 최소형 노트북은 크기나 발열을 잡기 위해 별도의 그래픽카드를 달지 않고 내장 그래픽카드를 채택하고 있다. 하지만 고성능을 고집하는 사람이라면 내장 그래픽카드의 성능에 만족하지 못할 것이다. 이 때문에 그래픽카드 시장은 앞으로도 철저하게 외장형과 내장형으로 분리돼 발전해 나갈 것이다.