내장 그래픽 카드(Onboard Graphic)의 모든것

 내장 그래픽 카드(Onboard Graphic)

온보드 그래픽은 개인용 컴퓨터의 마더 보드에 탑재된 그래픽 컨트롤러( GPU )이다. 내장 그래픽, 온보드 비디오, 내장 비디오등으로도 불린다. 마더 보드에 직접 장착된 그래픽 컨트롤러( GPU )가 아닌 PCI Express 및 AGP 와 같은 커넥터에 연결된 비디오 카드( 그래픽 보드라고 불리는 경우도 많다 )에 탑재하는 그래픽 컨트롤러( GPU )은 비디오 카드라 불린다.

개인용 컴퓨터에서 영상을 출력 하기 위해서는, 우선 메인 보드의 확장 슬롯 ( PCI 버스 등 )에 비디오 카드를 연결하고 비디오 카드의 영상 출력 단자와 모니터를 연결 하는 형태가 있다. 이와는 달리 메인보드 '자체'에 그래픽 컨트롤러와 영상 출력 단자가 있어 메인 보드와 디스플레이를 직접 연결하는 형태도 있어, 머더 보드에 내장되어 있는 그래픽 컨트롤러를 온보드 그래픽라고 부르고 있다.

독립형 그래픽칩을 시스템 보드에 장착시켜 그래픽 기능을 실현하는 것과 그래픽 이외의 기능과 통합된 칩( 통합 칩셋 )을 탑재하고 있는 것에 대별된다.

'온보드 그래픽'은 비디오 카드에 비해 공간 절약 저비용으로 생산할 수 있다는 특징을 가지고 있지만 그래픽 성능에 대해서는 비디오 카드가 더 나은 경우가 대부분으로, 특히 3D 컴퓨터 그래픽 능력은 하이 엔드 클래스의 그래픽 보드에 필적하는 온보드 그래픽은 존재하지 않는다.

그러나 문서 작성및 도표 작성등의 비즈니스 문서 만들기나 전자 메일을 읽고 쓰는등의 일반 가정 용도에서는 강력한 렌더링 성능을 반드시 필요로하지 않아 온보드 그래픽의 불편함을 느끼지 않는것이 대부분이고 에너지 효율성이 중시되는 노트북등 소형화가 요구되는 공간 절약형 컴퓨터 또는 비용 최우선 보급 가격대 데스크톱 PC를 중심으로 통합 칩셋의 내장 그래픽이 널리 사용되고 있다.

그래픽 통합 칩셋의 온보드 그래픽
그래픽 통합 칩셋( 예 : AMD 690G )
시스템에 필수적인 그래픽 기능을 다른 칩에 통합 하려는 시도는 오래 전부터 존재해, CPU에 통합한 Cyrix MediaGX, 노스 브릿지에 통합한 SiS 520등도 존재 했다. 그러나 이 제품은 그래픽 기능의 빈약함과 함께 저가 시장을 목표 로하고 있었기 때문에 많이 채택되지는 못했다.

상황을 크게 바꾼것이 인텔이 1999년에 발표한 Intel 810 칩셋 이다. i810은 허브 아키텍처라는 디자인을 채용한 당시로서는 최신 칩셋이며, Graphics and Memory Controller Hub( GMCH )라고 불리는 노스 브릿지, 3D 그래픽칩 i752을 기반으로한 Intel Graphics Technology 코어(이하 IGT 코어 )를 통합 했다. 베이스가된 i752 3D에 관해서는 그리기 기능, 성능 모두 그래픽칩으로는 당시 빈약한 존재 였지만, 2D 드로잉 성능은 충분한 성능을 가지고 있었기 때문에, IGT 코어는 대다수의 사용자가 주로하는 사무실 작업이나 웹 브라우징등 충분한 성능을 가지고 있었다.

또한 i810은 당시로서는 빠른 100MHz 시스템 버스를 지원 하고 있었기 때문에, 같은 디자인으로 하이 엔드에서 로우 엔드 까지의 CPU를 채용한 제품 라인업을 만들기 쉽고, 또한 그래픽 카드를 탑재 하지 않아도 때문에 공간 절약 디자인등도 가능 하였다. 따라서 제조업체 PC를 중심으로 넓게 채용되어 폭발적인 성공 을 거뒀다.

그러나 i810 도 외부 AGP를 지원하지 않았다. 즉, 나중에 필요가 되어도 고성능 그래픽 보드를 추가 할 수 없기 때문에 특히 조립 PC 사용자에게 외면 받는 경향이 있었다. 이 때문에 시스템 버스가 133MHz로 향상 하는 동시에 인텔이 투입한 차세대 i815은 외부 AGP가 지원 되었다. 이 i815을 탑재한 AGP 슬롯과 온보드 그래픽을 모두 가진 메인 보드가 출시 되며 조립 PC용 메인 보드에서도 히트 상품이 속속 등장했다.

이 i810, i815의 큰 성공 이후, 각 칩셋 업체들도 경쟁적으로 그래픽 통합 칩셋을 투입해 보급 가격 PC에서는 표시 기능 칩셋 통합 그래픽 기능을 가진 제품이 일반적으로 되었다. 온보드 그래픽의 호칭인 ' 내장 비디오 ', ' 내장 그래픽 '등이 여기서 유래한다.

기능면에서는 프로그래머블 쉐이더의 3D 그래픽과 비디오 가속에 대한 대응, HDCP에 대응한 HD 콘텐츠 출력, 멀티 디스플레이등을 실현하고 거의 단체 GPU와 손색없는 수준에 이르고 있다.

반면 성능면에서는 i810 이후 사무실 용도를 주목적으로한 통합 그래픽 제품에 주로 게임 사용자등의 불만도 많다. 2001년 NVIDIA가 발표한 nForce 칩셋은 통합 그래픽 성능을 어필 하고 성능을 중시한 통합 그래픽 제품도 많이 등장했다.

그래픽 기능을 통합한 칩셋은 AGP 또는 PCI Express 등의 버스를 이용하여 내부적으로 칩셋과 그래픽 코어 를 연결하고 있다. 따라서 AGP 같이 1개 밖에 없는 버스를 이용한 칩셋의 경우 버스를 이용한 외부 슬롯을 사용하면 칩셋 통합 그래픽 코어가 비활성화 되는 경우도 있다. 또한 PC / AT 호환 시스템에 필요한 비디오 BIOS도 마더 보드의 BIOS에 통합되어 있다.

통합 칩셋에서 이용되는 기술 / 확장
Unified Memory Archtechture
칩셋 통합 그래픽 코어의 경우 프레임 버퍼에 사용하는 비디오 메모리 ( VRAM )는 메인 메모리와 공유 하는 것이 일반적 이다. 이것을 Unified Memory Architecture (이하 UMA ) 또는 Shared Memory Architecture (동 SMA )라고 호칭한다. UMA는 전용 비디오 메모리를 필요로하지 않기 때문에 비용을 절감 할 수 있고 풋프린트의 절약에도 연결된다. 이러한 장점은 칩셋 통합 그래픽 기능을 사용하는 제품은 거의 모두가 UMA를 채용 하고있다.

반면 UMA에 따라 비디오 메모리용으로 확보된 공간을 운영 체제( OS )에서 사용할 수 없던 실효 메모리 용량이 감소한다. 또한 비디오 메모리로는 느린 메인 메모리를 사용하는 그래픽 성능이 저하되어 메모리 대역과 프로세서의 성능도 저하되기 때문에 전체 시스템의 성능 저하로 이어질 수있다.

UMA에 따라 비디오 메모리 영역으로 확보 되는 용량은 시스템 BIOS 에서 사용자가 설정 하는 것과 디바이스 드라이버가 자동으로 설정 되는 것이있다. 후자는 시작 응용 프로그램에 의해 확보되는 VRAM 용량이 동적으로 변화한다.

Display Cache
UMA에 의한 성능 저하 문제는 일찍부터 인식 되어, i810에는 4MB의 Display Cache를 지원하는 i810DC 라는 상위 모델이 존재 했다. 이 Display Cache는 칩셋의 그래픽 코어에 직접 연결 되는 Z 버퍼 전용 캐시 메모리이며 그래픽 코어와 메인 메모리 사이의 트래픽을 줄이고 그래픽 성능의 향상을 도모하는 것이다. i810의 변형인 i815에서도 AGP 통해 연결 되는 Graphics Performance Accelerator를 이용한 Display Cache를 지원 하고있다.

또한 어떤 경우 에도 Display Cache는 어디 까지나 Z 버퍼 전용이기 때문에 2D 성능 향상에는 전혀 기여 하지 않는다.

Local Frame Buffer ( Side Port Memory )
Local Frame Buffer (이하 LFB )는 상기 Display Cache 뿐만 아니라 칩셋의 그래픽 코어에 직접 연결 되는 비디오 메모리이다. AMD 는 이를 Side Port Memory 라고 호칭 한다.

Z 버퍼 전용 Display Cache와 달리 일반적인 비디오 메모리로 사용할 수 있으며, 3D 성능 뿐만 아니라, 2D 성능의 향상에도 연결된다. 메인 보드 벤더가 온보드 그래픽 성능을 높이고 싶은 경우에 채용 하고있다. 성능 설정에 따라 UMA를 사용하지 않고 LFB만으로의 운용도 가능하다. AMD (구 ATi 포함)와 SiS 의 일부 제품에서 LFB을 지원 하고있다.

ADD 카드
ADD 카드는 인텔과 SiS의 제품에 채용된 그래픽 확장 기능이다. 이것은 AGP 슬롯에 연결 하는 비디오 카드상의 확장 카드이고 보드는 SiS 301등의 TMDS 트랜스미터 / TV 엔코더칩과 출력 단자로 DVI 단자와 VGA 단자를 탑재 한다. 이렇게하면 최소 비용으로 시스템에 옵션 출력 기능과 멀티 디스플레이 기능을 추가 하는 것이 가능 하다.

Intel 845G 에서 865G 에서 채택된 다른 915 Express 제품군 이상에서는 PCI Express 세대 ADD2 카드가 채용 되었다.

칩셋 통합 그래픽의 주요 브랜드
통합 칩셋의 내장 그래픽 기능은 그 자체가 단독으로 판매되는 것이 아니라 처음에는 이름이없는 것이 일반적이었다. 그러나 그래픽 기능에 대한 수요 증가와 함께 통합 그래픽 기능에 고유 이름의 브랜드 이름을 씌우는것이 일반적 이다. 베이스가된 그래픽 코어가 충분한 신뢰도를 가지는 경우는 그래픽 코어의 명칭이 그대로 칩셋 이름이되는 경우도 많다.

AMD ( ATI ) - RADEON Xpress / RADEON HD
인텔 - Intel Graphics Technology / Intel Extreme Graphics / Intel Graphics Media Accelerator
NVIDIA - nForce / GeForce
SiS - Mirage Graphics
VIA Technologies - ProSavage / UniChrome / Chrome9 HC

노트북 서버 시스템등
노트북은 확장 카드를 설치할수 없는 관계로 처음부터 온보드 그래픽칩을 탑재하는 것이 일반적이었다. 초기에는 NeoMagic의 MagicGraph 128및 MagicMedia 256 Trident의 CyberBlade등의 제품이 큰 점유율을 차지하고 있었다. 이 제품은 비디오 메모리를 그래픽칩에 내장하는 임베디드 구조를 채용하여 노트북 부품 으로 중시되는 공간 절약을 실현하고 있었지만, 그리기 성능은 매우 빈약한 수준 이었다. 따라서 데스크톱 PC 뿐만 아니라 i810 칩셋의 보급 이후에는 그래픽 기능을 중시하지 않는 보급 가격대 다음의 제품에 통합 그래픽 기능이 주류가 되었다. 그러나 그래픽 기능을 어필하는 일부 하이 엔드 제품에서는 온보드 구현 GPU를 탑재 하는 것이 판매되는 경우도 많다.

또한 표시 능력을 중시 하지 않고 시스템 성능을 중시하는 서버에서도 온보드 구현의 그래픽칩을 탑재 한 것이 많다. 서버 시장에서는 가격, 제품 실적 안정성이 중시 되기 때문에 AMD의 RageXL 및 ES1000, XGI 의 Volari Z7등이 채용 되어 있다. 

Macintosh 에서 온보드 그래픽
1999년 이후 애플 컴퓨터는 PowerPC 기반 Macintosh용 칩셋을 자사에서 개발하고 있었지만, 그래픽 성능을 탑재한 시스템 컨트롤러가 없었기 때문에, PowerMac 시리즈를 제외한 모든 기종으로, ATI 와 NVIDIA 제의 단체 그래픽칩이 온보드에 내장 되어 있다.

Intel의 CPU를 채택 하고는 Intel의 그래픽 통합 칩셋도 탑재되게 되었다. 현재 단독 그래픽칩 온보드는MacBook Pro 시리즈와 iMac 시리즈 이다.

GPU 통합 CPU의 온칩 그래픽
인텔은 Intel Atom에서 최초 채택 되었다. 범용 CPU는 Intel Core i5 ( ​​Clarkdale )에서 채택된 통합 GPU는 Intel HD Graphics 된다.

한편 AMD는 ATI의 인수 당초부터 CPU와 GPU의 통합 계획( AMD_Fusion )을 했다. GPU 기술을 통합 하고 있기 때문에, 특히 데스크탑용 A 시리즈는 몇세대 이전 미들 레인지 GPU에 필적하는 성능을 가진다.

2013년 1월 현재는 Intel Core i 시리즈 ( Ivy Bridge ) / Pentium ( Ivy Bridge ) / Celeron ( Ivy Bridge ), AMD A 시리즈 / E 시리즈가 각각 CPU 통합 GPU가되고 있다.

CPU 자체에 그래픽 기능이 있기 때문에 '온칩 그래픽'로 호칭 하는 것이 정확하지만 관례적으로 '온보드 그래픽'으로 호칭 되는 경우도 많다.