영국에 본사를 둔 반도체 설계자산(IP) 기업 Arm이 AI를 활용한 차세대 그래픽 기술 '뉴럴 렌더링(Neural Rendering)'을 공개했다. 모바일 게임 그래픽 품질 향상과 함께 Arm이 자체 개발한 GPU IP의 경쟁력 강화를 노렸다.

모바일 게임 업계는 그래픽 품질을 높일수록 전력 소모와 발열이 증가하는 근본적 문제 해결을 위해 노력해 왔다. Arm이 15일 공개한 모바일 게임 '뉴럴 던(Neural Dawn)'은 이런 한계를 극복하기 위해 뉴럴 렌더링을 전면에 내세웠다.

최신 모바일용 Arm GPU와 NPU, AI 기술을 결합해 CPU·GPU의 부하는 줄이고 배터리 소모와 발열을 줄일 수 있다는 것이 Arm 설명이다.

스마트폰 GPU 시장, 자체 GPU 경쟁 치열

시장조사업체 카운터포인트리서치에 따르면 올해 1분기 세계 스마트폰 SoC 시장 점유율은 미디어텍 32%, 퀄컴 23%, 애플 19%, 삼성전자 7% 순이다.

이 가운데 퀄컴은 수년 전부터 자체 설계 GPU인 아드레노를 발전시켜 왔고, 삼성전자는 AMD RDNA 아키텍처 기반 엑스클립스 GPU를 플래그십 제품에 적용하고 있다. 애플 역시 자체 GPU를 설계해 아이폰에 탑재한다.

반면 미디어텍은 대부분 제품군에서 Arm GPU IP를 활용한다. Arm 입장에서는 말리 GPU를 채택하는 제조사들의 경쟁력을 높이는 것이 중요하다.

최근 모바일 게임이 콘솔 수준의 그래픽을 요구하면서 GPU 성능 중요성이 더욱 커지고 있지만, 중저가 스마트폰은 전력과 발열, 제조 원가 문제로 플래그십 수준 GPU를 탑재하기 어렵다.

Arm의 해법, AI 접목 '뉴럴 렌더링'

Arm이 게임 스튜디오 스모 디지털과 함께 제작한 게임 '뉴럴 던'은 이러한 문제에 대한 해법을 제시한다.

뉴럴 던은 Arm의 최신 GPU 아키텍처인 이모탈리스(Immortalis)를 기반으로 제작됐다. 여기에 하드웨어 레이트레이싱과 향후 GPU에 탑재될 신경망 가속기를 결합한 뉴럴 렌더링 기술이 적용됐다.

원리는 PC 게임 분야에서 널리 쓰이는 AI 업스케일링 기술과 유사하다.

GPU가 먼저 상대적으로 낮은 해상도로 화면을 생성한 뒤 AI 신경망 모델이 이를 분석해 고품질 이미지로 복원한다. 이를 통해 GPU 연산량을 줄이면서도 높은 해상도와 프레임을 유지할 수 있다.

Arm은 여기에 스마트폰의 NPU를 일부 활용해 AI 관련 연산을 분산 처리하는 방안도 제시했다.

중저가 스마트폰 시장의 게임 경쟁력 강화에 방점

Arm의 말리 GPU 기반 뉴럴 렌더링 기술은 GPU 성능 여유가 상대적으로 적은 보급형·중급형 스마트폰에서 효과가 클 것으로 기대된다.

고가 스마트폰은 이미 강력한 GPU를 탑재해 고사양 게임 구동이 가능하다. 반면 중저가 스마트폰은 GPU 성능 제약으로 인해 그래픽 품질과 프레임 유지에 어려움을 겪는다.

뉴럴 렌더링은 GPU가 수행해야 할 작업을 줄이는 대신 AI를 활용해 화질을 보완한다. 같은 하드웨어에서도 더 높은 프레임과 그래픽 품질을 구현할 수 있는 것이다.

결국 Arm의 목표는 말리 GPU가 적용된 대중형 스마트폰의 게임 성능을 끌어올리는 데 있다. 모바일 GPU 성능 경쟁 역시 AI를 활용해 더 높은 프레임과 그래픽 품질을 구현하는 방향으로 이동할 수 있다.

언리얼엔진과 협력... 생태계 확대 추진

Arm은 이번 뉴럴 던 데모에서 언리얼엔진5의 차세대 조명 기술인 '메가라이트(MegaLights)'도 모바일 환경에서 구현했다.

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메가라이트는 수백 개 광원을 효율적으로 처리해 보다 사실적인 빛과 그림자 효과를 구현하는 기술이다. 기존에는 PC나 콘솔 수준의 하드웨어가 필요한 기능으로 여겨졌다.

Arm은 개발자들이 뉴럴 렌더링을 쉽게 활용할 수 있도록 언리얼엔진 개발사인 에픽게임스와 협력해 전용 플러그인을 제공할 예정이다. 또 오는 7월에는 Arm 신경망 그래픽 개발 키트도 업데이트할 계획이다.