NVIDIA 의 GeForce RTX 20 시리즈 그래픽 카드는 AI 기술을 사용하도록 만들어졌습니다. 많이 알고 계신 DLSS (Deep Learning Super Sampling) 입니다. 이 DLSS 기술이 지난 3월 GTC 2020 에 맞춰 2.0 으로 새롭게 발표 되었었습니다.

DLSS 2.0 은 기존의 DLSS (편의상 DLSS 1.0) 과는 완전히 다르게 만들어진 기술입니다. 튜링 GPU 에 포함된 Tensor 코어를 활용하여 그래픽 렌더링에 AI 기술을 접목시켰다는 점에선 DLSS 1.0 과 같지만 근본적으로 다른 접근법을 통하여 완전히 다른 알고리즘을 사용하고 있습니다.

발표 이후 4개월이 지난 7월 중순, 콘솔 게임으로 발매되어 화제를 불러일으켰던 데쓰 스트랜딩(Death Stranding) 이 STEAM 을 통해 PC 버전으로 정식으로 출시되었습니다. 매우 흥미로운 점은 콘솔 게임이었던 이 타이틀이 PC 버전으로 포팅되면서 DLSS 2.0 을 지원하게 되었다는 것입니다. 

기존의 DLSS 1.0 은 Deep Learning 을 활용하는데에만 집중하여, 또는 AI 기술에만 너무 의존하였기에 Neural Network 의 트레이닝을 통해서 (시간이 지나면) 보다 좋은 결과물을 얻을 수 있다는 믿음을 강하게 풍겼습니다. 

이에 반해 DLSS 2.0 은 과거의 멀티샘플링 기법들을 탐구하여 AI 기술을 통해 효율성을 높힐 수 있는 부분을 찾아서 적용하도록 한 것이 주요 포인트라고 하겠습니다. 업샘플링 과정에서 Neural Network 을 통한 트레이닝 결과를 사용하였고 렌더링 파이프라인에서 기존의 포스트프로세싱 과정에 관여하지 않으면서도 게임 엔진에 쉽게 접목시킬 수 있도록 하였습니다. 기존의 샘플링 기법들이 가진 장점을 취하되 단점이나 장애 요소로 남아있던 부분들을 AI 기술로 보완하도록 한 것입니다.





DLSS 의 기본적인 아이디어는 기존의 TAA 와 비슷합니다. 멀티샘플링을 통해서 NGX 에 필요한 데이터를 취합하고 NVIDIA DGX 슈퍼컴퓨터에서 AI 트레이닝으로 만들어낸 모델을 최종적으로 GeForce RTX 카드에서 사용하게 됩니다. AI 트레이닝은 NGX 를 통해 만들어진 결과 프레임을 16K 네이티브 해상도의 프레임과 비교하여 다시금 피드백을 거쳐 다음 결과물에 반영될 수 있도록 하는  과정이 반복됩니다.

결과적으로 DLSS 2.0 은 성능과 효율, 그리고 사용자 편의성면에서 1.0 과는 비교할 수 없는 향상을 이루어내게 됩니다.

기억하실지 모르겠지만 기존의 DLSS 1.0 의 경우 GeForce RTX 20 시리즈 제품과 게임 타이틀에 따라 적용 여부와 해상도가 모두 달랐습니다. 예를 들자면 특정 게임 타이틀의 1080p 해상도에서는 GeForce RTX 2060 만 DLSS 가 적용가능하다는 식의 제약이 항상 따라 붙었습니다.

DLSS 2.0 은 GeForce RTX 20 시리즈의 모든 GPU 에서 사용 가능하며 해상도의 제약도 없습니다. 또한 여기에 사용자가 옵션을 통해서 DLSS 2.0 의 3가지 모드 중 하나를 선택할 수 있습니다. (*단, 게임 타이틀에 따라 3가지 모드가 전부 제공되지 않을 수도 있음.)

3가지 모드는 품질(Quality), 균형 (Balanced), 성능(Performance) 로 이것은 각각 2X, 3X, 4X 업스케일링 비율에 대응합니다. 그래서 '성능' 모드일 경우 최대 4X 배의 업스케일링이 가능하게 되는 것입니다.

국토 종단을 꿈꾸는 물류업계 종사자로 레전더리 칭호를 받은 ' 샘 브리지스'  의 액션 어드벤처를 그린 '데쓰 스트랜딩' 은 고지마 프러덕션이 플레이스테이션 4 로 작년에 출시한 게임 타이틀입니다.

콘솔 게임답게 뛰어난 최적화와 화려하고 사실적인 시각효과들이 매우 눈에 띄며 실제 배우들이 만들어낸 컷씬도 볼만 합니다. STEAM 을 통해 출시된 PC 버전은 DirectX 12 API 를 사용하고 있습니다.

데쓰 스트랜딩에서는 '성능' 과 '품질' 의 2가지 DLSS 모드만을 제공합니다. 재미있게도 AMD 의 FidelityFX CAS 도 선택할 수 있으나 두 개의 옵션을 동시에 적용할 수는 없습니다. 또한 데쓰 스트랜딩의 경우 PC 버전에서 사용자의 데스크탑 해상도를 기준으로 게임 내 해상도를 결정하기 때문에 FidelityFX CAS 의 업스케일링 기능은 사용할 수 없게 되어 있습니다.

 데쓰 스트랜딩에는 별도의 인게임 벤치마크 툴이 없기 때문에 게임 내에서 특별한 배달 사고(?) 없이 달릴 수 있는 구간을 선정해서 테스트 구간으로 삼았습니다. 게임 내에서 BT 에게 발각되지만 않는다면 프레임 레이트도 크게 변동되지 않기 때문에 테스트 구간과 시간이 짧아도 문제는 없을 거라 봅니다.

1080p (1920x1080) 부터의 각 해상도와 DLSS 모드에 따른 성능을 측정해보면 다음과 같습니다.  (* 단일 그래픽 카드: ZOTAC GAMING 지포스 RTX 2060 SUPER OC 6GB 를 사용하였습니다.)

이미 알고 계시는 분들도 있으시겠지만 DLSS 2.0 으로 인한 프레임 향상 폭은 매우 인상적입니다. '성능(Performance)' 모드를 사용하면 4K 2160p 해상도에서도 거의 2배에 이르는 프레임 레이트 상승을 보여주고 있습니다.

데쓰 스트랜딩 게임 자체가 '샘 브리지스' 의 움직임을 제외하면 화면 상에 등장하는 캐릭터들이 거의 없긴 하지만 주변 경관 묘사를 위한 텍스처 사용과 기상 효과들을 감안하면 꽤나 높은 수치입니다.

렌더링된 이미지의 품질도 이전 DLSS 1.0 에서 지적되어온 사항입니다. 렌더링 프레임 전체는 차치하고 세부 묘사에 있어서도 네이티브 해상도의 렌더링 프레임과 비교시 품질면에서 떨이지는 것들이 확연하였습니다.

그럼 DLSS 2.0 에서는 어떨까요? 우선 1080p 해상도(게임 해상도) 에서 네이티브 1080p 해상도에 안티앨리어싱 TAA 를 적용한 것과 DLSS 2.0 '품질(Qualtiy)' 모드를 비교해보도록 하겠습니다.

1080p 해상도에서 확대된 이미지를 비교해보면 네이티브 해상도에서의 뭉개지는 현상이 DLSS 2.0 품질 모드에서 조금 덜하며 암석과 풀숲의 묘사에서 조금 더 디테일하게 추가되고 있는 것을 알 수 있습니다.  

이번엔 4K 2160p 해상도에서 비교해보도록 하겠습니다. 다음 이미지가 비교 대상이 되는 캡쳐 이미지 전체샷입니다.

위의 이미지들에서 확인한 바와 같이 안티앨리어싱 TAA 만을 적용한 것과 비교하면 DLSS 2.0 의 '품질(Quality)' 모드에서 보이는 디테일은 단순히 이미지 샤프닝(image sharpening) 을 적용한 것과는 새삼 다르다는 것을 알 수 있습니다. 기존의 멀티샘플링 기법들과 비교해 보아도 뭉개지는 주변 이미지나 세부 묘사들이 삭제되는 현상을 발견하기 어렵습니다.

그런데 한 가지 궁금한 점이 생겼습니다. 처음 든 의문은, 낮은 해상도로 렌더링을 하게 되므로 일정 부분 GPU 의 로드는 줄어들테고 그렇다면 GPU 의 부담이 줄어드니 전력 소모도 줄어들지 않을까? 하는 것이었습니다.

여기에 몇 가지 테스트를 더하게 되면서 해상도가 낮아지게 되므로 CPU 가 더 바빠지게 될 것이 아니냐는 곁가지를 치게됩니다. 우리는 흔히 CPU 성능 테스트를 위해서 게임 해상도를 1080p 이하로 낮춰서 하기도 하곤 합니다.

그래서 위의 데쓰 스트랜딩의 게임 프레임 레이트 측정 구간에서 GPU 전력 소모량과 CPU 사용량 (총 CPU 사용량) 을 함께 끄집어 내어 보았습니다.

그렇습니다. 1080p 에서는 예상대로 GPU 의 전력 소모량은 줄고 CPU 사용량은 늘었습니다. GPU 전력소모량은 1080p + TAA 시에 최고 180W 가까이 올라가던 것과 다르게 DLSS 2.0 사용시에 최고 수치 160W 수준 까지 떨어진 모습입니다.

무엇보다 CPU 사용량의 증가는 최고 70% 에서 최고 90% 에 가깝게 올라가는 모습을 보여줍니다. 게임 엔진이 CPU 를 통해서 더 빠르게 프레임을 뽑아내고 있기 때문에 CPU 가 하는 일도 더 늘어나게 되는 셈입니다. 물론 API 가 DX12 인 점도 작용합니다.

위의 1440p 와 2160p 해상도의 경우를 보면 GPU 전력 소모량은 DLSS 적용 유무의 차이가 크게 나지 않습니다. 대신 2160p 에서의 GPU 전력 소모량은 1440p 에서 보다 소폭 줄어들었습니다.

그에 반해 두 해상도 모두 CPU 사용량의 차이는 DLSS 적용시 높은 차이를 보여주고 있습니다. 최고 CPU 사용량은 (1440p 해상도에서 보다) 2160p 에서 줄어들었지만 GPU 전력 사용량이 줄어들었다는 의미를 함께 고려해보아야 하겠습니다.

데쓰 스트랜딩의 경우 DirectX 12 API 를 사용하고 있기 때문에 CPU 사용량에 보다 크게 나타난다고 볼 수도 있습니다.  

지금까지 게임 '데쓰 스트랜딩' 에 적용된 NVIDIA DLSS 2.0 에 대해 간단하게 살펴보았습니다. DLSS 2.0 은 이전 DLSS 1.0 가 보여주었던 아쉬운 점들을 깨끗하게 씻어버리는 모습을 보여주고 있습니다. AI 를 소비자용 그래픽 카드에 접목시키고자 한 시도는 DLSS 1.0 에서는 실패했다고 할 수 있겠지만 이번 DLSS 2.0 에서는 앞으로의 모습이 더 기대되는 기술로 확연히 달라졌습니다.

지금까지 데쓰 스트랜딩과 같은 콘솔 게임 (콘솔에서 최적화된 게임) 이 PC 로 발매되었을 경우 수많은 버그와 성능 상의 이슈들이 많았던 것이 사실입니다. 그런 가운데 DLSS 2.0 이 의외로 아무런 문제없이 적용되어 훌륭한 성능 향상과 이미지 품질 개선을 이루었다는 것은 앞으로 발매될 게임 타이틀 들에서 DLSS 2.0 채택을 더 많이 기대할 수 있다는 의미로 받아들일 수 있을 것입니다.

새로운 GPU 의 공개가 다가오는 시점에서 NVIDIA 가 지난 3월에 공개한 DLSS 2.0 은 다시금 살펴볼 가치가 충분하다고 하겠습니다.

FIN.