라데온 R300 시리즈

2002년 8월에 선보이고 ATI 테크놀로지스가 개발한 R300 GPU는 라데온 그래픽 카드에 사용되는 3세대 GPU이다. 이 GPU는 Direct3D 9.0 및 OpenGL 2.0 기반의 3D 가속을 특징으로 하며, 이전 R200 설계에 비해 기능과 성능이 크게 향상되었다. R300은 최초로 Direct3D 9를 완전히 지원하는 소비자용 그래픽 칩이었다. 프로세서에는 2D GUI 가속, 비디오 가속 및 여러 디스플레이 출력이 포함된다.

R300을 사용하는 최초의 그래픽 카드는 라데온 9700이었다. ATI가 GPU를 VPU(Visual Processing Unit)로 마케팅한 것은 이번이 처음이다. R300 및 그 파생 제품은 3년 이상 ATI의 소비자 및 전문가용 제품 라인의 기반을 형성했다.

R300 기반의 통합 그래픽 프로세서는 Xpress 200이다.

개발
섬네일|left|upright|ATI 모빌리티 라데온 9000 GPU
ATI는 라데온 8500으로 한동안 선두를 달렸지만, 엔비디아가 지포스 4 Ti 라인을 출시하면서 성능 왕관을 되찾았다. 새로운 고급 리프레시 부품인 8500XT(R250)가 개발 중이었고, 엔비디아의 고급 제품, 특히 최고 사양의 Ti 4600과 경쟁할 준비가 되어 있었다고 한다. 출시 전 정보에는 R250 칩의 코어 및 RAM 클럭 속도가 300 MHz로 기재되어 있었다. ATI는 3dfx가 램페이지 프로세서에서 초점을 잃었을 때 발생했던 일을 의식했는지, 다음 세대 R300 카드 완성에 집중하기 위해 이를 포기했다. 이는 ATI가 엔비디아를 뒤쫓는 대신 처음으로 개발을 선도할 수 있게 해준 현명한 움직임으로 판명되었다. 전례 없는 기능과 성능을 제공하는 차세대 아키텍처를 갖춘 R300은 어떤 R250 리프레시보다 우수했을 것이다.

R3xx 칩은 ATI의 서부 해안 팀(구 ArtX Inc.)이 설계했으며, 이를 사용한 첫 번째 제품은 2002년 8월에 출시된 라데온 9700 프로(ATI 내부 코드명: R300; ArtX 내부 코드명: Khan)였다. R300의 아키텍처는 이전 제품인 라데온 8500(R200)과 거의 모든 면에서 상당히 달랐다. 9700 프로의 코어는 라데온 8500과 유사하게 150 nm 칩 제조 공정으로 제조되었다. 그러나 정교한 설계 및 제조 기술 덕분에 트랜지스터 수가 두 배로 늘어나고 클럭 속도가 크게 향상되었다.

코어 제조의 주요 변화 중 하나는 플립칩 패키징 사용이었다. 이는 이전에 비디오 카드에서 사용되지 않던 기술이었다. 플립칩 패키징은 다이를 뒤집어 냉각 솔루션에 직접 노출함으로써 다이의 냉각을 훨씬 더 효과적으로 가능하게 한다. 따라서 ATI는 더 높은 클럭 속도를 달성할 수 있었다. 라데온 9700 프로는 원래 예상했던 300 MHz보다 빠른 325 MHz로 출시되었다. 1억 1천만 트랜지스터 수를 가진 이 GPU는 당시 가장 크고 복잡한 GPU였다. 몇 달 후에는 더 느린 9700 칩이 출시되었는데, 코어 및 메모리 속도만 낮았다. 그럼에도 불구하고 라데온 9700 프로는 매트록스 파헬리아 512보다 훨씬 더 높은 클럭 속도를 자랑했다. 파헬리아 512는 R300 출시 불과 몇 달 전에 출시되었고, R300이 등장하기 전까지는 그래픽 칩 제조의 정점(8천만 트랜지스터에 220 MHz)으로 여겨졌다.

아키텍처
섬네일| "R300" 칩의 블록 다이어그램
섬네일|left|upright|ATI R300 GPU
이 칩은 각각 1개의 텍스처 매핑 유닛을 가진 8개의 픽셀 파이프라인(8x1 설계)으로 구성된 아키텍처를 채택했다. 이는 파이프라인당 2개(원래 라데온의 경우 3개)의 텍스처 유닛을 사용하는 구형 칩과 달랐지만, R300이 구형 칩만큼 효율적으로 다중 텍스처링을 수행할 수 없다는 의미는 아니었다. 이 텍스처 유닛은 새로운 루프백 작업을 수행하여 기하학적 패스당 최대 16개의 텍스처를 샘플링할 수 있었다. 텍스처는 양선형, 삼선형 또는 비등방성 필터링을 사용하여 1차원, 2차원 또는 3차원의 어떤 조합도 가능하다. 이는 DirectX 9 사양의 일부였으며, 더 유연한 부동 소수점 기반 셰이더 모델 2.0+ 픽셀 셰이더 및 정점 셰이더도 포함되었다. 4개의 정점 셰이더 유닛을 갖춘 R300은 이전 라데온 8500 및 지포스4 Ti 4600의 기하 처리 능력의 두 배 이상을 보유했으며, DirectX 8 셰이더에 비해 더 많은 기능 세트를 제공했다.

ATI는 자연광 렌더링 데모를 통해 픽셀 셰이더 PS2.0으로 가능한 부분 중 일부를 시연했다. 이 데모는 저명한 3D 그래픽 연구원 폴 드베벡의 고동적범위 렌더링 주제에 대한 논문을 실시간으로 구현한 것이었다. 한 가지 주목할 만한 제약은 모든 R300 세대 칩이 DirectX 9의 최대 128비트 FP32 대신 최대 96비트 또는 FP24의 부동 소수점 정밀도를 위해 설계되었다는 점이다. DirectX 9.0은 전체 정밀도 사양을 준수하기 위한 최소 수준으로 FP24를 지정했다. 정밀도에서의 이러한 절충은 당시 제조 공정에서 트랜지스터 사용량과 이미지 품질의 최상의 조합을 제공했다. 이는 심한 블렌딩을 수행할 때 일반적으로 시각적으로 인지하기 어려운 품질 손실을 초래했다. ATI의 라데온 칩은 R520이 나올 때까지 FP24를 넘어서지 않았다.

R300은 256비트 메모리 버스를 진정으로 활용한 최초의 보드였다. 매트록스는 몇 달 전에 파헬리아 512를 출시했지만, 이 보드는 256비트 버스로 큰 이득을 보여주지 못했다. 그러나 ATI는 버스를 256비트로 두 배로 늘렸을 뿐만 아니라 엔비디아의 메모리 기술과 다소 유사한 고급 크로스바 메모리 컨트롤러를 통합했다. 4개의 개별 로드 밸런싱 64비트 메모리 컨트롤러를 활용한 ATI의 메모리 구현은 메모리 트랜잭션의 적절한 세분성을 유지하여 메모리 지연 시간 제한을 해결함으로써 높은 대역폭 효율성을 달성할 수 있었다. "R300"에는 ATI의 혁신적인 HyperZ 메모리 대역폭 및 필레이트 절약 기술인 HyperZ III의 최신 개선 사항도 적용되었다. 8x1 아키텍처의 요구 사항은 두 배의 텍스처 및 픽셀 필레이트로 인해 이전 세대의 128비트 버스 설계보다 더 많은 대역폭을 필요로 했다.

라데온 9700은 ATI의 다중 샘플 감마 보정 안티앨리어싱 방식을 도입했다. 이 칩은 2배, 4배, 6배를 포함한 모드에서 희소 샘플링을 제공했다. 다중 샘플링은 구형 라데온의 슈퍼샘플링 방식에 비해 훨씬 우수한 성능을 제공했으며, 당시 엔비디아 제품에 비해 우수한 이미지 품질을 제공했다. 안티앨리어싱은 처음으로 당시 최신 및 가장 까다로운 타이틀에서도 완전히 사용할 수 있는 옵션이 되었다. R300은 또한 고급 비등방성 필터링을 제공했는데, 이는 지포스4 및 다른 경쟁사 카드의 비등방성 솔루션보다 훨씬 적은 성능 저하를 일으키면서, 라데온 8500의 비등방성 필터링 구현(각도에 크게 의존적이었음)보다 상당히 향상된 품질을 제공했다.

2008년 3월 14일, AMD는 R3xx용 3D 레지스터 레퍼런스를 출시했다.

성능
라데온 9700의 아키텍처는 매우 효율적이었고 2002년의 동급 제품에 비해 훨씬 더 진보했다. 일반적인 조건에서 라데온 9700 프로는 이전 최고급 카드인 지포스4 Ti 4600보다 4-101% 더 뛰어났고, 안티앨리어싱(AA) 및 비등방성 필터링(AF)을 활성화하면 최대 278%까지 뛰어났다. 당시에는 이는 매우 특별했으며, AA와 AF가 진정으로 유용한 기능으로 널리 받아들여지는 결과를 낳았다.

고급 아키텍처 외에도 비평가들은 ATI의 전략 변화에도 주목했다. 9700은 ATI가 모든 그래픽 카드를 생산하는 대신 타사 제조업체에 칩을 공급한 두 번째 ATI 칩(8500 다음)이 될 것이다. 물론 ATI는 여전히 최고급 칩을 기반으로 카드를 생산할 것이다. 이는 드라이버 개선에 투입될 엔지니어링 자원을 확보했으며, 이로 인해 9700은 출시와 동시에 경이로운 성능을 발휘했다. 이드 소프트웨어 기술 이사 존 카맥은 E3 둠 3 시연에 라데온 9700을 사용했다.

R300 GPU가 제공한 성능 및 품질 향상은 지포스 256 및 부두 그래픽스의 성과와 함께 3D 그래픽 역사상 가장 위대한 성과 중 하나로 여겨진다. 더욱이, 지포스 FX 5800 형태의 엔비디아의 대응은 시장 출시가 늦었을 뿐만 아니라, 특히 픽셀 셰이딩을 사용할 때 다소 인상적이지 않았다. R300은 역사상 가장 유용한 수명을 가진 GPU 중 하나가 될 것이며, 출시 후 최소 3년 동안 새로운 게임에서 플레이 가능한 성능을 허용할 것이다.

추가 출시
몇 달 후, 9500과 9500 PRO가 출시되었다. 9500 PRO는 9700 PRO의 메모리 버스 폭의 절반이었고, 9500은 픽셀 처리 장치 중 절반과 계층적 Z-버퍼 최적화 장치(HyperZ III의 일부)가 비활성화되어 있었다. 8개의 파이프라인과 효율적인 아키텍처를 갖춘 9500 PRO는 엔비디아의 모든 제품(Ti 4600 제외)을 능가했다. 한편, 9500은 경우에 따라 훨씬 더 강력한 9700으로 개조될 수 있었기 때문에 인기가 많았다. ATI는 9600 출시 이전에 2002년 크리스마스 시즌의 공백을 메우기 위한 임시 솔루션으로만 9500 시리즈를 의도했다. 모든 R300 칩이 동일한 물리적 다이를 기반으로 했기 때문에 9500 제품에 대한 ATI의 마진은 낮았다. 라데온 9500은 ATI의 제품 중 수명이 가장 짧은 제품 중 하나였으며, 나중에 라데온 9600 시리즈로 대체되었다. 9500의 로고와 박스 패키지는 2004년에 관련 없는 느린 라데온 9550(9600의 파생 제품)을 마케팅하기 위해 부활했다.

개선된 버전
섬네일|DVI 및 ADC 포트가 있는 애플 브랜드 라데온 9600 프로. 일부 파워 매킨토시 G4 및 파워 매킨토시 G5 모델은 독특한 파란색 PCB에 내장된 라데온 9000 시리즈 카드와 함께 출시되었다.
2003년 초, 9700 카드들은 9800(또는 R350)으로 대체되었다. 이들은 R300에 더 높은 클럭 속도와 안티앨리어싱 성능을 향상시키는 셰이더 유닛 및 메모리 컨트롤러의 개선 사항이 추가된 것이었다. 이들은 최근 출시된 지포스 FX 5800 울트라에 대한 성능 우위를 유지하기 위해 설계되었으며, 이는 어려움 없이 성공했다. 9800은 특히 SM2.0 픽셀 셰이딩이 많이 사용되는 작업에서 (그리고 상당히) FX 5900 개정판에 대해서도 여전히 자체적으로 경쟁력을 유지했다. 9800의 또 다른 강점은 FX 5800 및 FX 5900의 듀얼 슬롯 요구 사항과 달리 여전히 단일 슬롯 카드였다는 점이다. 256 MB 메모리를 사용하는 9800 프로의 후기 버전은 GDDR2를 사용했다. 다른 두 가지 변형은 단순히 클럭 속도가 낮은 9800 프로인 9800과 픽셀 처리 장치 중 절반이 비활성화된(때로는 다시 활성화될 수 있는) 9800 SE였다. 공식 ATI 사양은 9800 SE에 256비트 메모리 버스를 명시하고 있지만, 대부분의 제조업체는 128비트 버스를 사용했다. 일반적으로 256비트 메모리 버스를 가진 9800 SE는 "9800 SE 울트라" 또는 "9800 SE 골든 버전"이라고 불렸다.

9800과 함께 9600(일명 RV350) 시리즈가 2003년 초에 출시되었다. 9600 PRO는 교체 대상이었던 9500 PRO를 능가하지 못했지만, 130 nm 공정(7500/8500 이후 모든 ATI 카드는 150 nm였다)과 단순화된 디자인으로 인해 ATI가 생산하기에 훨씬 더 경제적이었다. 라데온 9600의 RV350 코어는 기본적으로 9800 프로를 절반으로 줄인 것으로, 동일한 기능 유닛의 정확히 절반을 가지고 있어 2개의 정점 셰이더를 갖춘 4×1 아키텍처였다. 또한 라데온 9500과 마찬가지로 계층적 z-버퍼 최적화 유닛 제거로 인해 HyperZ III의 일부가 손실되었다. 130 nm 공정을 사용하는 것은 코어 클럭 속도를 높이는 데에도 좋았다. 높은 기본 클럭킹을 가진 9600 시리즈는 오버클러커에 의해 상당한 여유 공간이 있음이 입증되었다(프로 모델에서 400 MHz에서 500 MHz 이상 달성). 9600 시리즈는 대체한 9500 및 9500 프로보다 성능이 떨어졌지만, 엔비디아의 지포스 FX 5600 울트라에 대한 9500의 우위를 크게 유지했으며, 오랫동안 주류 성능 보드였던 지포스4 Ti 4200에 대한 ATI의 비용 효율적인 답변이었다.

2003년 여름, RV350 코어 기반의 모빌리티 라데온 9600이 출시되었다. DirectX 9.0 셰이더를 제공하는 최초의 노트북 칩으로서, 이전 모빌리티 라데온과 동일한 성공을 누렸다. 모빌리티 라데온 9600은 원래 GDDR2-M이라는 RAM 기술을 사용할 계획이었다. 해당 메모리를 개발하는 회사가 파산하여 RAM이 출시되지 않았기 때문에 ATI는 일반 DDR SDRAM을 사용할 수밖에 없었다. GDDR2-M을 사용했다면 의심할 여지 없이 전력 소비 절감과 성능 향상이 있었을 것이다. 2004년 가을, 약간 더 빠른 변형인 모빌리티 라데온 9700이 출시되었다(이름의 유사성에도 불구하고 데스크톱 라데온 9700의 오래된 R300이 아닌 RV350 기반이었다).

2003년 후반에는 9800 XT(R360), 9600 XT(RV360), 9600 SE(RV350)의 세 가지 새로운 카드가 출시되었다. 9800 XT는 9800 PRO보다 약간 더 빨랐고, 9600 XT는 새로 출시된 지포스 FX 5700 울트라와 잘 경쟁했다. 9600 XT의 RV360 칩은 Low-K 칩 제조를 활용한 ATI의 최초 그래픽 칩으로, 9600 코어의 클럭 속도를 더욱 높일 수 있었다(기본 500 MHz). 9600 SE는 엔비디아의 지포스 FX 5200 울트라에 대한 ATI의 답변으로, 5200을 능가하면서도 더 저렴했다. 또 다른 "RV350" 보드는 2004년 초에 라데온 9550으로 출시되었는데, 이는 라데온 9600에 더 낮은 코어 클럭(동일한 메모리 클럭 및 버스 폭)을 가진 버전이었다.

R300 기반 세대에서 주목할 만한 점은 전체 라인업이 단일 슬롯 냉각 솔루션을 사용했다는 것이다. ATI가 공식적으로 듀얼 슬롯 냉각 설계를 채택한 것은 2004년 12월 R420 세대의 Radeon X850 XT 플래티넘 에디션까지였다.

새로운 인터페이스
또한 2004년에 ATI는 라데온 X300 및 X600 보드를 출시했다. 이들은 각각 RV370(110 nm 공정) 및 RV380(130 nm Low-K 공정) GPU를 기반으로 했다. 이들은 라데온 9550 및 9600에 사용된 칩과 거의 동일했으며, 기본 PCI 익스프레스 제품이라는 점만 달랐다. 이들은 델 및 기타 OEM 회사에서 다양한 구성(커넥터: DVI 대 DMS-59, 카드 높이: 전체 높이 대 절반 높이)으로 판매하는 데 매우 인기가 있었다.

이후 라데온 X550이 출시되었는데, 이는 라데온 X300 그래픽 카드(RV370)와 동일한 칩을 사용했다.

모델

 데스크톱 
 AGP (9000 시리즈, X1000 시리즈) 
 모든 모델은 AGP 8x 인터페이스를 사용한다.

1 픽셀 셰이더 : 정점 셰이더 : 텍스처 매핑 유닛 : 렌더 출력 장치
2 256비트 버전 9800 SE를 서드파티 드라이버 수정으로 8픽셀 파이프라인으로 잠금 해제하면 거의 완전한 9800 Pro처럼 작동해야 한다.

 PCIe (X3xx, X5xx, X6xx, X1000 시리즈) 
 모든 모델은 PCIe ×16 인터페이스를 사용한다.

1 픽셀 셰이더 : 정점 셰이더 : 텍스처 매핑 유닛 : 렌더 출력 장치

 모바일 GPU 
이 GPU는 메인보드에 통합되거나 MXM(Mobile PCI Express Module)을 차지한다.
 Mobility Radeon 시리즈 

1 정점 셰이더 : 픽셀 셰이더 : 텍스처 매핑 유닛 : 렌더 출력 장치.

 Mobility Radeon X300, X600 시리즈 

1 정점 셰이더 : 픽셀 셰이더 : 텍스처 매핑 유닛 : 렌더 출력 장치.

 같이 보기 
 AMD 그래픽 처리 장치 목록

 각주 

 외부 링크 
 3D 칩 및 보드 차트, Beyond3D, 2006년 1월 10일 검색
 ATI의 라데온 9700 (R300) – 새로운 왕의 등극, Anand Lal Shimpi, Anandtech, 2002년 7월 18일, 2006년 1월 10일 검색
 ATI 라데온 9700 PRO 리뷰 , Dave Baumann, Beyond3D, 2002년 8월 19일, 2006년 1월 10일 검색
 매트록스의 파헬리아 - 성능의 역설, Anand Lal Shimpi, Anandtech, 2002년 6월 25일, 2006년 1월 10일 검색
 ALDI 그래픽 카드 라데온 9800 XXL 정보 (독일어), ALDI 그래픽 카드 라데온 9800 XXL 정보, 2006년 11월 21일 검색
 AMD 라데온 R3xx 3D 레지스터 레퍼런스 가이드
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