그래픽 카드(영어: graphics card, 문화어: 도형처리조종소자) 또는 비디오 카드(영어: video card)는 이미지를 디스플레이 장치로 출력하는 컴퓨터 하드웨어의 부품이자 확장 카드이다. 비디오 어댑터(video adapter), 디스플레이 카드(display card), 그래픽 보드(graphics board), 디스플레이 어댑터(display adapter), 그래픽 어댑터(graphics adapter)라고도 부른다. 대부분의 그래픽 카드는 3차원 화면과 2차원 그래픽스를 위한 가속 렌더링, MPEG-2/MPEG-4 디코딩, TV 출력, 다중 모니터 연결 등 다양한 기능을 제공한다.
대부분의 그래픽 카드는 단순한 디스플레이 출력에 국한되지 않는다. 내장 그래픽 프로세서는 컴퓨터의 중앙 처리 장치로부터 이 작업을 제거하고 추가 처리를 수행할 수 있다.[1] 이를테면 엔비디아와 AMD(Ati)는 그래픽스 파이프라인 OpenGL, DirectX를 하드웨어 레벨에서 렌더링한다.[2] 이후 2010년대 들어 그래픽 작업을 해결하기 위해 그래픽 프로세서의 연산 기능을 사용하는 경향이 있다.[3]
일반적으로 그래픽 카드는 인쇄 회로 기판(확장 기판)의 형태로 제조되며 확장 슬롯(AGP, PCI 익스프레스)에 장착된다.[4] 일부는 전용 외장 케이스가 있어서 도킹 스테이션이나 케이블을 통해 컴퓨터에 연결한다. 이를 eGPU(외장 GPU)라고 한다.
성능 향상을 위해 내장 그래픽보다 외장 그래픽 카드를 선호하는 경우가 많다.
개요
비디오 하드웨어는 메인보드나 CPU에 내장되기도 하지만, 현대의 모든 메인보드와 1990년대 일부 메인보드 중 일부는 그래픽 카드를 장착할 수 있는 확장 포트를 제공한다. 이러한 구성을 비디오 컨트롤러(video controller), 그래픽 컨트롤러(graphics controller)로 부르기도 한다. 현대의 중저사양의 메인보드는 노스브리지의 개발사가 제공하는 그래픽 칩셋(라데온 그래픽스가 장착된 AMD 칩셋, 인텔 그래픽스가 장착된 인텔 칩셋 등)을 포함하기도 한다. 이러한 그래픽 칩은 일반적으로 적은 양의 임베디드 메모리를 지니고 있으며 시스템의 메인 RAM의 일부를 가져다가 쓰기도 한다. 이는 일반적으로 내장 그래픽(integrated graphics), 온보드 그래픽(on-board graphics)으로 부르며, 3차원 응용 프로그램을 실행할 때 성능이 낮거나 만족스럽지 못한 것이 일반적이다. 한편 전용 그래픽 카드는 자신만의 비디오 램과 그래픽 처리 장치를 지니고 있으므로 비디오 영상을 처리할 때 CPU와 시스템 RAM으로부터의 부하를 줄일 수 있다.
역사
연도
텍스트 모드
그래픽 모드
색
메모리
MDA
1981년
80*25
-
1
4 KB
CGA
1981년
80*25
640*200
16
16 KB
HGC
1982년
80*25
720*348
1
64 KB
EGA
1984년
80*25
640*350
16
256 KB
IBM 8514
1987년
80*25
1024*768
256
-
MCGA
1987년
80*25
320*200
256
-
VGA
1987년
720*400
640*480
256
256 KB
SVGA
1989년
80*25
800*600
256
2 MB
XGA
1990년
80*25
1024*768
65,536
1 MB
그래픽 카드의 역사는 1960년대로 거슬러 올라간다. 이 때에는 프린터들이 시각 요소의 화면(모니터)으로 대체되고 있었다.
최초의 비디오 카드는 IBM PC에서 공개되었으며 1981년IBM이 개발하였다. MDA (모노크롬 디스플레이 어댑터)는 화면 안에 25x80줄을 표현하는 텍스트 모드에서만 동작하였다. 단지 한 색에 4KB 비디오 메모리를 갖추었다.[5]
1981년 MDA를 시작으로, 그래픽 카드들 몇 가지가 공개되었고 이를 나열한 표는 오른쪽과 같다.[6] (표 이외의 컴퓨터 디스플레이 해상도에 대해서는 컴퓨터 디스플레이 표준 문서를 참고)
그래픽 카드의 혁명은 최초의 2D/3D 그래픽 카드를 출시했던 1995년에 있었다. 매트록스, S3, ATI, 크리에이티브 등의 회사가 이에 대한 개발에 참여하였다. 1997년에 3dfx가 부두(Voodoo)를 선보여 뛰어난 3차원 그래픽과 효과들(앤티에일리어싱, Z 버퍼, 밉 매핑 등)을 제공하였다.
GPU는 3차원 그래픽 렌더링에 필수적인 부동소수점 계산에 최적화된 전용 그래픽 마이크로프로세서이다. GPU의 기본 특성은 현대의 카드 기준으로 보통 250MHz에서 1200Mhz 속도를 내는 코어 클럭 속도와 3D 이미지를 픽셀로 변환하는 파이프라인의 수(버텍스 셰이더, 프레그먼트 셰이더)이다.
비디오 카드가 메인보드 통합형인 경우 컴퓨터 램 메모리의 일부를 직접 사용하는 것이 보통이다. 통합형이 아닌 경우, 그래픽 카드가 자체적으로 비디오 램(VRAM)을 장착하고 있다. 현대의 그래픽 카드 메모리 용량은 128MB부터 32GB까지 다양하다. 2003년 이전에는 DDR SDRAM 기술 기반이었지만, 그 뒤에는 더 뛰어난 DDR2, GDDR3, GDDR4, GDDR5 등의 기술을 사용한다. 현대의 카드들의 메모리 클럭 속도는 보통 400MHz에서 1.6Ghz 사이이다. 비디오 메모리에서 아주 중요한 요소는 3D 그래픽의 심도를 관리하는 Z 버퍼이다. 추가로, GDDR4 또는 GDDR5의 뜻은 메모리의 클럭을 GDDR(원하는수)만큼 배로 늘리는 것이다. 예시로, 1000MHZ의 메모리를 GDDR5하면 5000MHZ가 된다.
비디오 바이오스 또는 펌웨어는 그래픽 카드의 운영을 관리하고 컴퓨터와 소프트웨어가 카드와 소통할 수 있게 도와 주는 명령어를 제공하는 기본 프로그램을 담고 있는 칩이다. 이 칩은 메모리 타이밍, 동작 속도, RAM과 프로세서의 전압 등에 대한 정보를 담고 있다. 그래픽 카드 오버클럭을 위해 바이오스를 수정하여 해당 바이오스 칩에 다시 플래시 적용을 할 수 있다. 그러나 이는 제조회사가 권장하는 방식이 아니며, 그래픽 카드에 잠재적인 위험이 노출될 수 있으니 주의해야 한다.
RAMDAC(Random Access Memory Digital-to-Analog Converter의 준말)은 컴퓨터 프로세서가 만들어낸 디지털 신호를 컴퓨터 디스플레이가 알아들을 수 있도록 아날로그 신호로 변환한다. RAMDAC 데이터 전송 속도와 사용되는 비트의 수에 따라, RAMDAC은 컴퓨터 디스플레이의 다른 화면 재생 빈도를 지원한다. CRT 디스플레이의 경우, 깜박임을 최소화하기 위해서는 75 Hz 이상이 최적이며, 60Hz 이하는 권장하지 않는다.[8] (LCD 디스플레이의 경우 어떠한 재생 빈도에서도 깜박임은 문제가 되지 않는다.) 디지털 컴퓨터 디스플레이의 인기와 메인보드의 기능이 성장함에 따라, RAMDAC은 점차 사라지고 있다. 현재의 LCD 및 플라스마 디스플레이, TV는 디지털 방식으로 동작하며 RAMDAC을 요구하지 않는다. 아날로그 입력을 지원하는 일부 오래된 LCD와 플라스마 디스플레이는 RAMDAC을 요구한다.
출력부
S 비디오용 VIVO, 고선명 텔레비전(HDTV)용 DVI, VGA용 DSUB-15의 모습
디지털 비주얼 인터페이스 (DVI): LCD, 와이드 고선명 텔레비전 디스플레이, 플라스마 화면을 위한 디지털 기반 표준 단자이다. 하이엔드 CRT 모니터도 DVI를 사용한 적이 있으나 드물다. 대부분의 제조업체는 DVI-I 단자를 포함함으로써, (단순한 어댑터를 통해) RGB 신호 출력을 VGA 입력을 갖춘 오래된 CRT나 LCD 모니터에 보낼 수 있게 한다.
PCI: 1993년 이후부터 EISA, ISA, MCA, VESA 버스를 대체한다. PCI는 장치 간 동적 연결을 지원하며 점퍼에 필요한 수동 수정을 제외한다. 32비트 버스에 33 MHz의 클럭 속도를 제공한다.
UPA: 1995년 썬 마이크로시스템즈가 도입한 인터커넥트 버스 아키텍처이다. 64비트 버스로서 67 또는 83 MHz의 클럭 속도를 제공한다.
USB: 외장 저장 장치나 장난감과 같은 주변 기기에 주로 쓰이지만, USB 디스플레이와 디스플레이 어댑터가 존재한다.
AGP: 1997년 처음 사용된 그래픽 전용 버스이다. 32비트 버스로서 66 MHz의 클럭 속도를 제공한다.
PCI-X: PCI 버스의 확장으로, 1998년 도입되었다. 버스 너비를 64비트로, 클럭 속도를 최대 133 MHz로 확장함으로써 기존의 PCI를 개선한다.
PCI 익스프레스: 간단히 PCIe라고도 하며, 2004년 출시된 점대점 인터페이스이다. 2006년 기준으로 AGP의 데이터 전송 속도의 두 배를 제공하였다. 기존 PCI 규격의 강화 버전인 PCI-X와는 구분한다.
PCIE 익스프레스 X1~16: PCIe x1~16까지 정도이고, 1~16까지의 숫자는 슬롯 길이와 배속을 말하는 것이다. 예로 x1의 속도가 10이라 하면, x16의 속도는 160이 된다. 또한 슬롯이 길다고 해서 x16 슬롯에 x1~15 카드를 장착하지 못하는 것은 아니다. 하지만 카드의 최대 지원 속도로 동작한다.
그래픽 카드의 처리 능력이 늘어남에 따라 전력의 수요도 늘어난다. 현재의 고성능 그래픽 카드는 많은 양의 전력을 소비하는 경향이 있다. CPU와 전원 공급 장치 제조사가 최근에 더 높은 효율성을 지향하고 있으나 GPU의 전력 수요는 늘어나고 있으므로 그래픽 카드는 컴퓨터에서 가장 많이 전기를 쓰는 부분이 되기도 한다.[10][11] 전원 공급 장치가 전력을 높인다 하여도 병목 현상이 "75와트 공급으로 한정된" PCI 익스프레스 연결 때문에 있을 수 있다.[12] 오늘날 150와트 이상의 전력을 소비하는 그래픽 카드는 전원 공급 장치에 바로 연결할 수 있는 6핀 또는 8핀 파워 소켓을 포함하고 있다. 이로써 카드와 전력 사이의 직접 연결을 허용한다.
악용
그래픽 카드는 비트코인 채굴에 굉장히 많이 사용되기 때문에 비트코인을 채굴하려는 전문업자들이 대량 구매하였다. 이 때문에 그래픽 카드 시장에 큰 혼란과 함께 제품 가격이 전반적으로 폭등하는 부작용을 초래했다.
한번 비트코인 채굴에 사용된 그래픽 카드는 중고 불량품이 되는데 이를 재포장한 후 신제품으로 속여서 판매하는 사기 행각이 일어나기도 했다.
