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그래픽카드 VGA

CF/SLI에서 네이티브 PCI-E x16과 브릿지칩 PCI-E x16의 성능차이.

by gamma0burst 2011. 1. 11.

인텔(AMD도 크게 다르지는 않지만)의 메인스트림 메인보드 칩셋은 그래픽카드를 위한 PCI-E 레인을 16개만 지원을 합니다.



PCI-E 컨트롤러가 cpu에 내장되기 시작한 네할렘 이후에도 칩셋에서 지원하던 것이 cpu에 통합되었을뿐,
지원개수는 16개로 변함이 없고요.



메인스트림급에서는 CF/SLI 같은 다중 그래픽카드 시스템의 비중이 낮기때문이겠지요.
하이엔드 칩셋에서는 지원 개수가 더 많습니다. 
X48은 32개, X58은 36개를 지원하고, X68은 40개를 지원하는 것으로 알려져있습니다.

결국 대다수가 사용하는 메인스트림급 시스템에서는 2-way CF/SLI를 하면 x8,x8이 되는데,
PCI-E 2.0의 경우, GTX480은 x8에서는 대역폭 부족에따른 성능저하가 없습니다.
GTX480 이하의 성능을 갖는 그래픽카드는 더 말할 필요도 없지요.
※ 참고 (
pci-ex 슬롯, cpu에 따른 그래픽카드 성능.)

그래도 사람 마음이 최대성능을 제공받지 못하면 뭔가 찜찜한 법.
브릿지칩을 사용해 조금이라도 더 대역폭을 확보하려는 제품들이 다수 나온데는 그런 이유가 크게 작용했을겁니다.

가장 많이 쓰이는 브릿지칩이 엔비디아의 nforce200 (NF200) 입니다.


총 48개의 PCI-E 2.0 레인을 지원하면,
1개의 PCI-E 2.0 x16 채널을 2개의 PCI-E 2.0 x16 채널로 전환합니다.



사실 엄밀히 말하면 브릿지칩을 통해 총 대역폭이 2배로 늘어나는 것은 아닙니다.
기본적으로 칩셋에서 제공되는 레인이 16개라는건 극복할 수 없는 물리적인 한계이니까요.

그렇다면 굳이 브릿지칩을 사용하는 이유는 무엇일까요.
CF/SLI에서 두개의 그래픽카드가 동작상황에 따라 대역폭을 모두 사용하는게 아닙니다.
즉, 상황에 따라서는 한쪽은 x8의 대역폭이 부족해서 성능병목이 생기는데, 다른 한쪽은 대역폭이 남아도는 상황이 생기는 경우도 있다는거지요.
브릿지칩은 이런 경우에 칩셋에서 제공하는 x16의 대역폭을 유연하게 두 그래픽카드에 분배하는 역활을 한다고 보면됩니다.
브릿지칩이 없을때는 두 그래픽카드가 각각 최대 x8이라는 고정된 대역폭을 쓸 수 밖에 없지만, 브릿지칩이 중간에서 컨트롤을 하는 덕에 각각의 최대 대역폭은 x16까지 늘어나게 되는 것이지요.

이러한 특징은 NF200에 국한된 얘기가 아니라 모든 브릿지칩에 해당되는 얘기입니다.

예를 들어볼까요.
카드1, 카드2가 x16에 물려있다고 하죠.
1) 브릿지칩이 없는 경우.
카드의 동작상황에 관계없이 양쪽 카드는 각각 x8로 대역폭이 고정됩니다.
앞서 말했듯이 한쪽은 대역폭이 부족하고, 다른 한쪽은 남아도는 상황이 발생할 수도 있습니다.
칩셋입장에서는 x16이란 대역폭의 전체 활용률이 떨어집니다.
한쪽이 대역폭을 다쓰고, 다른 한쪽이 대역폭의 절반만 쓴다면, 결과적으로 x16의 총 대역폭중 x12만큼 밖에 안 쓰는 것이니까요.

2) 브릿지칩이 있는 경우.
일단 각 카드는 최대 대역폭은 x16이 됩니다. 카드에 연결된 레인이 x16이니까요.
다만, 실제 저 대역폭을 쓸수 있느냐없느냐는 전적으로 상황따라입니다.
극단적인 예로 카드1이 대역폭을 하나도 활용하지 않는다면, 카드2가 x16의 대역폭을 모두 사용할 수있습니다.
실제로 그런 상황은 극히 드물겠지만요.
둘 다 최대 대역폭을 필요로한다면 각각 x8의 대역폭을 사용하겠고요.
각 카드의 대역폭 사용량에 따라 x16의 대역폭이 유동적으로 분배되는겁니다.


그렇다면 칩셋자체에서 지원하는 레인이 많아서 실제로 x16의 최대 대역폭을 지원하는 네이티브 x16,x16과,
칩셋에서 지원하는 16개의 레인을 NF200을 통해 분배받는 x16,x16 간에 성능차이는 어느정도일까요.

http://www.tomshardware.com/reviews/p55-crossfire-nf200,2537.html
탐스하드웨어서한 그에 관한 벤치마크입니다.
중간에 각 게임과 벤치마크툴의 결과가 있지만, 결론값만 보겠습니다.

-
X58은 표시된대로 2-way에서 x16,x16, 3-way에서 x16,x8,x8 입니다.

P55+NF200은 2-way에서 x16,x16, 3-way에서 x16,x8,x8 입니다.

P55 native는 2-way에서 x8,x8 입니다.
P55 native 3-way는 x8,x8,x2 인것으로 보입니다.
마지막 슬롯은 cpu가 아닌 p55칩셋에서 추가장치를 위해서 제공하는 레인을 돌려서 쓴듯한데, 칩셋에서 제공하는 레인이 PCI-E 1.0 레인 8개입니다.
8개의 레인을 전부 돌릴 수는 없었을 것이니 4개정도를 사용한 것으로 보이는데, PCI-E 1.0은 2.0의 대역폭의 절반입니다. 표기를 맞추면 PCI-E 2.0 x2가 되는 것이지요.

cpu는 모두 4GHz로 오버클럭된 상태입니다.
블룸필드와 i7 린필드 간에 동클럭에서 게임성능 차이는 없다고 볼수 있으니 슬롯 구성말고는 동일한 조건이라고 볼 수 있습니다.



No 안티얼라이징 상태에서 해상도별 종합입니다.
2-way까지는 전부 비슷하지만, 3-way에서 차이가 보입니다.
P55칩셋에 NF200칩이 없는 3-way는 하나마나인 수준이고요.



4x 안티얼라이징 비교입니다.
이전 결과와 대동소이합니다.



P55 + NF200은 3-way에서 x16,x8,x8로 표시하지만,
모든 카드가 대역폭을 다 쓴다고하면, 실제 대역폭은 x8,x4,x4에 불과합니다.
그런데도 네이티브 x16,x8,x8 지원인 x58칩셋과의 차이가 2~3%에 불과합니다.

HD5870으로는 대역폭의 차이를 다 쓰지 못하는 수준이기때문으로 생각됩니다.
앞으로 그래픽카드의 성능이 점차적으로 향상되면, 네이티브 지원과 NF200을 통한 지원 사이의 성능차이는 점차적으로 심해지겠지요.
물론 그전에 PCI-E 3.0의 도입 등으로 대역폭문제가 먼저 해결될 것으로 보입니다.
(
pci-ex 3.0 revision 0.71 정보.)

어찌되었건, P55칩셋에서 3-way이상의 CF/SLI 시스템에서 브릿지칩의 유용성은 입증되었습니다.


그렇다면, X58칩셋에서도 유용할까요.




X58칩에서는 네이티브 지원과 NF200을 통한 지원 사이에 거의 차이가 없으면,
고해상도로 갈수록 오히려 네이티브 지원의 프레임이 더 높게 나옵니다.



NF200등의 브릿지칩을 거칠 경우 2~5%의 성능저하가 발생하고,
네이티브 x8,x8과 NF200을 통한 x16,x16이나 성능은 동일하다는 말도 있습니다.

전자의 경우 앞의 X58칩셋에서의 벤치마크에서 어느정도 입증이 된 내용이고,
후자의 경우 초반부에 설명한 내용으로 당연한 얘기입니다. 물리적인 한계는 극복할 수 없는 부분인겁니다.

이 때문에 아수스의 일부보드에서는 보드에 NF200 칩이 있음에도 불구하고, 2-way CF/SLI 시에 NF200을 통하지 않고 네이티브 방식의 x8,x8 로 동작하도록 되어있습니다.


- 결론

X58칩셋 등 기본적으로 제공하는 레인이 많은 경우
 - 브릿지칩 탑재 보드가 오히려 안 좋을 수 있음.

P55칩셋 등 레인을 16개만 지원하는 경우
 - 2-way CF/SLI 까지는 NF200이 필요없으나, 3-way에서는 브릿지칩이 필수.




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