모니터의 주사율과 동기화 : V-Sync / G-Sync / FreeSync / 플루이드 모션

게임을 조금 해본 사람이라면 “수직동기화” 혹은 “Vertical Sync”라는 옵션을 본 적이 있을 겁니다. 그리고 FPS 게임을 자주 즐긴다면 “144Hz 모니터가 좋다”라는 소리도 자주 들어봤을 수도 있죠.

 

 

하지만 모니터의 주사율과 게임의 프레임과의 상관성, 그리고 동기화(Sync) 기술의 차이점과 특징이 정확히 무엇인지 이해하기는 쉽지 않을 수 있습니다.

 

요즘 게이밍 노트북이나 PC의 트렌드가 선명한 고해상도 모니터보다는 주사율이 높은 120~144Hz 모니터 세팅이기 때문에 한 번쯤은 주사율과 동기화 개념에 대해 짚고 넘어가 보는 것도 좋지 않을까 싶네요.

 

 

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[ 목차 ]

 

1. FPS와 모니터 주사율

2. 테어링(Tearing)과 V-Sync

3. FreeSync & G-Sync

4. LFC & 플루이드모션

 

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[ 1. FPS와 모니터 주사율 ]

 

가장 먼저 동영상도 여러 장의 그림을 빠르게 재생시키는 원리라는 점을 짚고 넘어가야 합니다. 간단히 생각하면 여러 장의 이미지를 연속해서 보여주는 “GIF” 그림 파일도 어찌 보면 동영상의 일종이라고 봐도 되겠죠.

 

아래의 GIF 2개를 먼저 한번 보시죠. 하나는 15FPS이고, 다른 하나는 5FPS 입니다.

 

 

왼쪽에 있는 GIF는 15FPS의 영상을 그대로 캡처했습니다. 1초당 15장의 그림이 지나간다는 소리죠. 오른쪽의 GIF는 프레임의 수를 1/3로 줄였습니다. 1초당 5장의 그림이 지나가죠.

 

1초당 재생되는 그림(FPS = Frames Per Second)이 많을수록 영상이 부드럽게 느껴진다는 것을 쉽게 알 수 있습니다.

게임도 이와 마찬가지로 FPS가 높을수록 움직임이 부드럽게 느껴집니다. 빠르게 움직이는 상대방을 정확하게 조준해야 하는 슈팅 게임에서는 높은 FPS를 확보하는 게 중요하겠죠.

 

 

< 참고로 1인칭 슈팅게임 (First Person Shooter = FPS)와 지금 다루고 있는 FPS(Frames Per Second)와는 완전히 다른 단어입니다. 공교롭게 약자가 같을 뿐… >

 

모니터의 주사율(Hz)은 모니터가 표현할 수 있는 최대 FPS를 의미합니다. 대부분의 현대 LCD 모니터들은 주사율이 60Hz인데, 게임이나 영상을 재생할 때 60FPS까지만 재생할 수 있다는 뜻입니다.

 

 

하지만 위에서 언급했다시피 FPS가 높을수록 보다 부드러운 움직임 표현이 가능해지기 때문에 정확한 동작이 요구되는 게임을 할 경우 60FPS보다 높은 수치의 FPS를 원할 수도 있습니다. 이 때문에 120~144Hz의 고주사율 모니터가 게이밍 용도로 인기가 있는 거죠.

 

하지만 높은 FPS를 표현하기 위해서는 컴퓨터의 GPU가 1초당 보다 많은 장면을 그려내야 되기 때문에 어지간히 높은 사양이 아니고선 모니터의 최대치인 144FPS까지 그려내지 못하는 경우가 많습니다. 사실 생각해보면 고해상도 이미지를 실시간으로 60장 이상씩 그려내는 게 신기한 거죠.

 

 

그렇다면 60Hz 모니터에 1초에 60장이 넘는 그림을 재생하라고 시키면 어떻게 될까요? 그 부분에 대해서는 바로 이어서 설명하도록 하겠습니다.

 

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[ 2. 테어링(Tearing)과 V-Sync ]

 

60Hz 모니터에 60FPS를 초과하는 이미지를 주입하게 되면 가끔씩 2개의 프레임이 동시에 표현되는 순간이 발생하기도 합니다. 그렇게 되면 2개의 이미지가 겹쳐지면서 화면이 중간에 찢어진 것처럼 보이게 되는데, 이를 화면 테어링(Tearing) 현상이라 합니다.

 

 

이때 사용하게 되는 옵션이 바로 수직동기화, 즉 V-Sync입니다. V-Sync는 GPU를 강제로 모니터의 최대 주사율(주로 60 FPS)보다 높은 FPS를 출력하지 않도록 성능을 제한해버리는 기능입니다. 이렇게 되면 모니터 주사율을 초과하는 프레임이 그려지는 일이 없기 때문에 테어링이 없어지게 됩니다.

 

하지만 V-Sync의 단점은 일시적으로 GPU에 부하가 걸려서 60FPS를 그려내지 못하는 상황에서 발생하게 되는데, 모니터와 GPU가 동기화된 상태이기 때문에 오히려 모니터가 다음 프레임이 그려질 때까지 기다려야 되는 상황이 발생하기도 합니다.

 

 

간단히 요약하자면, 수직동기화(V-Sync)는 주로 GPU가 그려내는 FPS가 모니터의 주사율보다 높을 경우 발생할 수 있는 테어링 현상을 방지해주지만 불필요한 성능 저하 구간이 발생할 수 있다는 단점을 보이는 기술이라 생각하면 되겠습니다.

 

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[ 3. FreeSync & G-Sync ]

 

이처럼 V-Sync의 단점을 보완하기 위해 만들어진 것이 반응형 동기화(Adaptive Sync) 기술인데, 현재 Adaptive Sync는 AMD에서 개발한 프리 싱크(FreeSync)와 NVIDIA에서 개발한 G-Sync 두 가지 종류가 있습니다.

 

 

두 가지 모두 개념 자체는 비슷하니 일단 전반적인 내용에 대해 먼저 짚고 난 후 둘 사이의 차이점에 대해 알아보도록 하겠습니다.

 

위에 말한 V-Sync의 가장 큰 단점은 FPS가 모니터의 주사율보다 낮아지는 상황이라 했는데, Adaptive Sync는 순간적으로 FPS가 떨어지더라도 모니터가 가만히 다음 프레임을 기다리는 게 아니라 순간적으로 주사율을 현재의 FPS와 동일하게 맞춰주는 기술입니다.

 

 

하지만 모니터가 GPU의 주사율과 FPS를 동기화해주기 위해서는 두 하드웨어끼리 긴밀히 소통할 수 있어야 하겠죠. 이 통신 방식의 차이가 FreeSync와 G-Sync의 결정적인 차이점입니다.

 

AMD에서 개발된 FreeSync를 활용하기 위해서는 GPU와 모니터에 서로 통신이 가능하도록 미리 프로그래밍이 되어있어야 합니다. 즉, 소프트웨어적인 기술이라는 소리죠.

 

 

소프트웨어적인 기술이기 때문에 사실은 NVIDIA의 GPU도 마음만 먹으면 얼마든지 FreeSync를 지원할 수 있습니다. 하지만 두 기업의 경쟁관계 때문에 NVIDIA는 G-Sync라는 독자적인 기술을 사용하고 있습니다.

 

기본 이론은 FreeSync와 크게 다르진 않지만 소프트웨어적인 설정인 FreeSync와는 다르게 G-Sync는 모니터에 전용 모듈을 장착해야만 지원이 가능하다는 것입니다.

 

 

물론 모니터와 GPU의 통신만을 위한 전용 하드웨어가 따로 존재하기 때문에 FreeSync보다 동기화 성능이 더 좋다고는 합니다만, 뭔가 두 기업 간의 자존심 싸움 때문에 소비자만 피해 보는 느낌이 강하네요.

 

(19.03.25 추가 : 최근 발표에서 엔비디아에서 G-Sync 모니터도 프리싱크 기술과 호환되도록 개선하겠다고 밝힌 바 있습니다.)

 

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[ 4. LFC & 플루이드모션 ]

 

위에 말씀드린 Adaptive Sync 기술 말고도 V-Sync의 단점을 보완하는 기술들이 있습니다만, 보통 FreeSync나 G-Sync와 병행해서 효과를 증폭시키기 위한 용도로 더 많이 사용됩니다. 가장 대표적인 2가지가 바로 LFC(Low Framerate Compensation)와 플루이드 모션(Fluid Motion)인데, 간단히 소개하고 마무리하도록 하죠.

 

LFC는 직역하면 “낮은 FPS 보상작용”이라고 해도 되지 않을까 싶네요. V-Sync 상태에서 순간적으로 프레임이 떨어질 때 임의의 프레임을 강제로 생성해서 모니터의 주사율과 동일한 FPS로 끌어올리는 기술입니다.

 

 

물론 GPU가 연산해낸 프레임이 아니라 인공지능으로 대충 알맞게 그려낸 프레임이기 때문에 약간 부정확한 이미지가 출력되는 순간이 생길 수 있지만 최소한 게임이 갑자기 느려지는 상황은 면할 수 있는 거죠.

 

하지만 아무리 미세하더라도 이런 부정확함 때문에 LFC 기술은 단독으로 쓰이진 않고 위에 언급한 Adaptive Sync 기술과 같이 사용하는 편입니다.

 

Fluid Motion도 결국 LFC와 동일한 개념인데, 영화와 같은 비디오 영상에서 적용되는 기술이라는 점이 가장 큰 차이점입니다. 일반적인 영화나 영상은 24~30FPS인데, 중간에 비는 프레임을 인공지능이 추가로 그려내서 강제로 60FPS로 만들어서 보다 영상을 부드럽게 만들어준다는 개념입니다.

 

 

 

위의 유튜브 영상을 60FPS 재생이 되도록 설정하고 보면 미세하게 오른쪽 영상이 더 부드럽게 느껴집니다.

요약하자면, 둘 다 원리는 같지만 LFC는 게임에서 Adaptive Sync 기술과 병행해서 사용되는 보조적인 기술이고, Fluid Motion은 영화나 애니메이션을 시청할 때 강제로 프레임을 그려내서 보다 부드러운 영상을 즐길 수 있게 해주는 기술이라 이해하면 되겠습니다.

 

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