멀티 GPU를 구성한다는 것은 로망 속의 일이었습니다. 크라이시스 1 나왔을 때 시대를 초월한 그래픽에 감탄하면서도, 시연 사진 속에서 본 멀티 GPU(아마 크로스파이어였던 듯 합니다.) 구성이 참 멋있다는 생각을 했었습니다. 이제 멀티 GPU 기술이 나온지도 10년이 넘었지만 직접 구성해 보니 그 로망에 비해서 현실에서 멀티 GPU를 구성하는 것은 생각보다 좋지 못하다는 걸 깨달았습니다. 작지만 그 후기를 남겨봅니다.

1. 성능

 여러 대가를 치르지만, SLI를 하는 이유는 당연히 성능 증가 때문이지요. 사실 SLI 라는 건 약자인데, Scalable Link Interface로 해석하자면 '성능 증가가 가능한 연결 인터페이스' 정도 됩니다. Crossfire, 교차사격이라는 매우 직관적이면서도 멋지고, AMD의 화끈한 이미지에 잘 어울리는 이름에 비해 뭔가 굉장히 임팩트 없는 이름이죠. 사실 그 임팩트 만큼이나 SLI가 크로스파이어보다도 성능이 좋지 않다고 합니다.

 DG님의 글에 따르면(링크) SLI의 오버헤드가 크로스파이어보다 더 크기 때문에, 크로스파이어 효율이 40%정도 낫다고 할 수 있다고 합니다. 대략 듀얼 GPU 구성에서 SLI는 싱글의 179% 정도 성능이고, 크로스파이어는 싱글의 187% 정도 성능이라고 합니다. 어떤 벤치마크로 이 결과를 얻으셨는지는 모르겠지만, 제가 직접 게이밍 벤치마크를 해 보면 이보다도 더 좋지 않은 결과를 얻었습니다.

1) 결과

 GOTY 순위를 반영해서 인기 게임 위주로 벤치마크를 돌렸는데, 폴아웃 4는 아쉽게도 게임 속도가 프레임에 종속되어 있어 60프레임 넘는 벤치마크를 제대로 하기가 불가능하기 때문에 벤치를 하지 않았습니다. 벤치툴이 없는 위쳐 3를 제외(위쳐 3는 동일 세이브파일로 노비그라드 뺑뺑이 돌면서 1분간 측정했습니다.)하고는 모두 내장툴로 벤치마크를 돌렸으며, 개중에 벤치 구간이 길고 다양해 신뢰도가 높은 GTA 5는 DSR 해상도 변경으로 4K(3840*2160) 까지 벤치마크했습니다. 간단히 말하면 143.92%~191.95%까지 멀티GPU(SLI + Multi Adpter) 효율이 나왔고, FHD에서의 성능 향상치의 조화평균값은 156.94% 입니다.

2) DX11 SLI vs DX12 Multi-Adapter

 멀티 GPU 사용방식은 SLI, 크로스파이어의 AFR(Alternat Frame Rendering, 교대 프레임 렌더링) DX12 Expicit Multi-Adapter의 SFR(Split Frame Rendering, 화면 분할 프레임 렌더링) 두가지 방식이 있습니다. AFR 방식은 두 GPU가 홀짝프레임을 번갈아 렌더링하는 방식이고, SFR 방식은 같은 화면을 두 GPU가 나누어 렌더링하는 방식입니다. SFR 방식을 구현할 수만 있다면 여러가지 면에서 훨씬 더 좋습니다.

VRAM 총 용량에서도 이득이 있고, 교대 렌더링 사이의 대기 시간을 없애 프레임 이득도 있습니다.

 지구상에서 딱 두 개 존재하는 DX12 Explicit Multi-Adapter를 지원하는 게임, Ashes of the Singularity와 Rise of the Tombraider는 평균적인 SLI 효율을 넘어서는 159%  189% 정도의 효율을 보였습니다. 특히 라이즈 오브 더 툼레이더에서는 동일 조건에서 DX12 멀티 어댑터를 쓰는 것이 SLI 보다도 훨씬 좋은 성능을 보여주어 DX12 Multi-Adapter의 효율성을 보여주었습니다. 다만 DX11 기반의 GTA 5 QHD SLI도 경이로울 정도로 높은 효율성을 보였기 때문에 연결방식의 전체 효율성은 방식이 어떻든 역시 케이스 바이 케이스로 판단해야 할 듯 합니다.  멀티 GPU 효율을 극한까지 끌어올린 락스타의 갓적화를 찬양해야겠습니다. 

 덧붙여 Ashes of the Singularity는 무슨 이유에선지 측정불가능한 멀티 GPU 말고, 싱글 GPU의 DX12 성능이 DX11보다 더 안나오더군요. 황회장이 맥스웰 세대와 달리 파스칼에서는 Async Compute를 제대로 지원한다고 공언했지만, 이것의 활용도가 미진한 건지 어떤 또 다른 이유가 있는지는 모르겠습니다. 아마 3DMark의 Time Spy가 출시되면 제대로 된 DX12 성능 측정 지표가 될 테니 이 부분에 대한 판단은 그 때 내리겠습니다

3) 효용

 프레임 조화평균을 보면 아시겠지만 FHD에서 게임을 하면 60FPS를 타겟으로 하면 오버킬이라는 느낌을 받습니다. 스크린샷을 보면 수직동기화를 걸면 60FPS로는 GPU를 100% 활용하지 않고 있습니다.  다만 이렇게 여유로운 자원 활용의 진정한 가치는 프레임드랍을 보지 않는다는 점입니다.  

GTA 5 풀옵션 FHD 벤치마크 결과중 일부입니다. 여기에서 가장 부하가 빡센 구간인 2번째 구간에서 99 퍼센타일 프레임, 즉 최하 1%인 프레임 타임은 18ms로, 대략 환산하자면 55FPS입니다. 즉, 순간 최저프레임이 55FPS입니다.

측정된 모든 프레임중에 60FPS 이상인 경우가 최저 91.73%로, 대부분의 상황에서 60프레임 유지는 여유롭게 가능합니다. 결국 오버킬인 성능이지만 게이밍에서 짜증나는 순간적인 프레임 드랍을 막고, 안정적인 60프레임 유지를 위해서는 SLI 구성을 하는 것도 상당히 주효한 방법입니다.

당연하지만 QHD이상의 모니터를 쓰면서 정말로 모든 옵션에 타협하지 않고 최고치를 두고 즐기고 싶다면 고성능 그래픽카드의 SLI 밖에 답이 없죠. AA포함 4K 풀옵션의 길은 멀고도 험합니다. 참고로 인간 눈의 분해능은 1.0 (20/20)시력 기준 모니터 거리 정도인 40~50센티미터에서 175~218픽셀/인치(출처)입니다. 28" 4K 모니터는 157.35 픽셀/인치(출처) 이므로, 계단 현상을 느끼지 않게 하기 위해선 28" 4K 에서도 안티에일리어싱을 약간 걸어주어야 합니다. 

2. 한계

성능은 1.5배인데 골칫거리가 3배!

1) 전력 문제

 세대가 바뀌면서 게이밍 성능과 관계 없는 DP 유닛을 쳐내고(맥스웰), 숙원 사업이던 16/14nm FF 공정으로 이행해(파스칼, 폴라리스) 전력 대 성능은  크게 상승했으나 전력 자체를 무조건 덜 먹는 건 아닙니다. 강력해진 전성비를 바탕으로 성능에 몰빵을 해야 만족스러운 업그레이드가 될 테니, 같은 체급에서 쓰는 전력량은 늘 비슷하다고 할 수 있습니다. 그런데 그래픽카드는 메인스트림 이상이라면 대부분 CPU보다 전력을 많이 먹습니다. 제 경우에 수직동기화를 걸었을 때 FHD 게이밍을 하면 단일 1070은 300~350W 정도 전력을 소비하고, 듀얼 1070은 전력을 400~450W 정도 소비합니다. 부하량이 느는 QHD나 4K 에서는 전력을 더 소모하겠죠. 하루 10시간을 해야 한달 30KWh 차이니 컴퓨터만 놓고 보면 애교긴 하지만 뭐, 전력 소비가 적은게 좋죠. 허나 시스템의 안정적인 구성을 위해선 파워를 선택할 때 기본적으로 정격 용량이 크고, 레일분이 잘된 파워를 선택해야 하며 이것은 곧 가격이니 약간 부담이 는다고 볼수 있습니다.

2) 발열 문제

 그래픽카드의 전력 소모량으로 보는 TDP는 사실 전력 소모량이 기준이 아닙니다. Thermal Design Power, 열 설계 전력으로 발생하는 열량을 해소하는데 필요한 방열능력을 기준으로 잡은 것입니다. 대략 비슷하게 가지만 전력을 더 소모할수도, 더 적게 소모할수도 있습니다. 그리고 제조사별로 정한 기준이 다르고, 클럭이 달라도 뭉뚱그려 표현하기 때문에 대략의 전력과 발열의 체급정도로 참고하시면 될 듯 합니다. 다만 발열은 공식(전력=상수*커패시턴스*진동수*전압^2)을 통해 계산한 트랜지스터 전력 소모+쇼트 전력 소모+반도체 누설전력 소모. 즉 총 전력 소모에 비례하기 때문에 전력과 발열은 떼놓을 수 없는 관계입니다. 

 어찌되었든 경험적으로 말씀드리면 열을 생산하는 물체가 하나 더 는다는 것은 단순히 발열량을 합한 것 보다도 더 안 좋습니다. 커스텀 수냉을 통해 방열 장소와 발열 장소를 분리하지 않는 이상은 공랭이든 수냉이든 방열판의 열 교환을 위해서는 찬 공기를 빨아들이고, 더운 공기를 내보내는 케이스 내부의 공기의 흐름이 필수적입니다. 물리적으로 카드가 하나 더 늘면 이 공기의 흐름을 방해하여 차가운 공기의 유입을 막고, 뜨거운 공기를 케이스 안에 적체시킵니다. 따라서 쿨링 효율을 떨어트리지요. 특히나 열을 바깥으로 전혀 배출하지 않고 그냥 케이스안에다가 내어놓는 방식의 비레퍼런스 플라워형 쿨링 방식은 더더욱 쿨링 효율이 좋지 않습니다. 

 제 경우에는 케이스와 보드가 작아 아랫 카드의 열을 윗 카드가 고대로 먹어버리기에 최대 20도차이까지 온도 차이가 납니다. 전원부를 타협하더라도 블로워 스타일 쿨러를 택할 걸 그랬습니다. 이 부분이 현재 가장 큰 골칫거리인데, 아쉽게도 현재 제가 쓰고 있는 msi 1070은 발열의 가장 큰 요소인 전압을 낮추는 걸 지원하지 않아 성능을 타협하지 않고는 발열량 자체를 줄이기가 어렵습니다. 전압은 건드리기 위험하기에 일단 그냥 써야합니다. 여름에는 빨아들이는 공기의 온도가 높아 쿨링 효율이 기본적으로 떨어지기에, 클럭을 좀 낮춰쓸까(=성능을 타협할까) 생각중입니다. 

3) 멀티 GPU 미지원 문제

 위의 것은 지출, 소소한 성능 조정 및 타협의 문제지만 이건 게이머에게 근본적인 골칫거리입니다. 사용자 입장에서 해결이 불가능합니다.

13년부터 올해까지 SLI를 미지원 하거나 제한이 생기는 게임들입니다. 2013-15 GOTY 수상 게임의 지원 여부 등은 여기 (링크) 를 보시면 참조하실 수 있습니다. 2015년 이후로는 AFR 방식의 한계로 프레임 제한이 생기고, 일부 옵션을 사용할 수 없는 경우도 생겼습니다. 단일 GPU를 사용한다면 이런 문제들로부터 자유롭습니다.

3. 멀티 GPU의 가치

멀티 GPU를 쓴다는 것은 성능 증가분에 비해 한계점도 큽니다. 하지만 몇몇 경우에는 멀티 GPU가 가치가 있습니다. 첫째, 더 이상 성능을 올릴 방법이 없는 경우입니다. 멀티 GPU는 플래그십 그래픽카드을 쓸 경우 성능을 높일 수 있는 유일한 방법입니다. 둘째, 상위 그래픽 카드가 매우 비싸거나 가성비가 좋지 않은 경우입니다. 1070 SLI 효율이 150% 정도 나와도 1080보다는 가성비가 더 좋습니다. 셋째, VR의 렌더링 방식은 DX12 멀티어댑터의 SFR과 같으므로 VR에서는 멀티 GPU 효율이 좋습니다. 그래서 VR을 위해서라면 멀티 GPU도 나쁘지 않은 선택입니다.

DX12의 멀티 어댑터 게임이 놀랍기는 합니다. 허나 지구상에 2가지 게임만 이걸 지원합니다. 나머지는 전통적인 SLI 가지고 아등바등 지원을 하네 마네 하고 있죠. 그러므로 개인적으로 말씀드리는데, 하드웨어 자체에 관심이 크게 없으시다면 지금 당장에 멀티 GPU 구성을 추천하고 싶진 않습니다.