Radeon R300 [ATI | 2002 ~ 2005]

R300 GPU는 2002년 8월에 ATI Technologies에 의해 출시된 그래픽 카드로, Radeon 그래픽 카드 시리즈의 세 번째 세대 GPU이다. 이 GPU는 Direct3D 9.0과 OpenGL 2.0을 기반으로 한 3D 가속을 지원하며, 이전의 R200 설계와 비교하여 기능과 성능 면에서 큰 개선을 이루었다. R300은 첫 번째로 완전한 Direct3D 9 지원을 제공한 소비자용 그래픽 칩으로, 2D GUI 가속, 비디오 가속, 다중 디스플레이 출력을 지원한다.

 

R300을 사용한 첫 번째 그래픽 카드는 Radeon 9700이며, 이 카드는 ATI가 처음으로 GPU를 Visual Processing Unit (VPU)으로 마케팅한 제품이기도 했다. R300과 그 파생 제품들은 3년 넘게 ATI의 소비자 및 전문가 제품 라인의 기초가 되었다.

R300 기반의 통합 그래픽 프로세서는 Xpress 200이다. ATI는 Radeon 8500으로 잠시 성능 선두를 차지했으나, NVIDIA가 GeForce 4 Ti 시리즈를 출시하면서 다시 성능에서 앞서갔다. ATI는 이에 맞서기 위해 고급 리프레시 제품인 8500XT (R250)를 준비 중이었다. 하지만 R250은 결국 출시되지 않았고, ATI는 대신 차세대 R300 카드 개발에 집중했다. 이 결정은 ATI에게 유리하게 작용하여, NVIDIA를 추월하며 개발 선두에 서게 되었다. R300은 전례 없는 기능과 성능을 제공하며, R250 리프레시보다 우수한 성능을 보였다.

 

R3xx 칩은 ATI의 웨스트코스트 팀(구 ArtX Inc.)에서 설계되었으며, 첫 번째 제품인 Radeon 9700 PRO(내부 ATI 코드명: R300; 내부 ArtX 코드명: Khan)는 2002년 8월에 출시되었다. R300의 아키텍처는 이전의 Radeon 8500(R200)과 거의 모든 면에서 달라졌다. 9700 PRO의 코어는 150nm 칩 제조 공정을 사용했으며, 이는 Radeon 8500과 유사했다. 하지만 정제된 설계와 제조 기술 덕분에 트랜지스터 수가 두 배로 증가하고, 클럭 속도도 크게 향상되었다.

 

코어 제조 방식에서 중요한 변화는 플립 칩 패키징을 사용했다는 점이다. 플립 칩 패키징은 이전의 그래픽 카드에서는 사용되지 않았던 기술로, 칩을 뒤집어 냉각 솔루션에 직접 노출시킴으로써 훨씬 더 효율적인 냉각이 가능해졌다. 이로 인해 ATI는 더 높은 클럭 속도를 달성할 수 있었다. Radeon 9700 PRO는 원래 예상했던 300MHz보다 높은 325MHz로 출시되었으며, 1억 1000만 개의 트랜지스터를 포함해 당시 가장 크고 복잡한 GPU였다. 그보다 느린 9700도 몇 달 뒤에 출시되었으며, 코어와 메모리 속도만 낮았다. 그럼에도 Radeon 9700 PRO는 Matrox Parhelia 512보다 높은 클럭 속도를 자랑했다. Parhelia 512는 R300이 출시되기 몇 달 전에 출시된 카드로, 220MHz에서 8000만 개의 트랜지스터를 사용한 것으로 당시 최고 수준의 그래픽 칩으로 평가받았다.

 

R300의 아키텍처는 8개의 픽셀 파이프라인과 각 파이프라인에 1개의 텍스처 매핑 유닛을 갖춘 8x1 디자인을採용했다. 이는 이전 칩들이 사용하던 2개(또는 원래의 Radeon에서 3개)의 텍스처 유닛을 가진 파이프라인과는 달랐다. 그러나 이는 R300이 이전 칩들보다 멀티 텍스처링을 덜 효율적으로 처리한다는 것을 의미하지 않았다. R300의 텍스처 유닛은 새로운 루프백 작업을 수행할 수 있어, 최대 16개의 텍스처를 하나의 기하학적 패스를 통해 샘플링할 수 있었다. 텍스처는 1D, 2D, 3D 중 어떤 조합이든 가능하며, 이와 함께 바이리니어, 트라이리니어, 또는 아니소트로픽 필터링을 지원했다. 이는 DirectX 9의 새로운 사양으로, 더 유연한 플로팅 포인트 기반의 Shader Model 2.0+ 픽셀 쉐이더와 버텍스 쉐이더를 포함했다. R300은 4개의 버텍스 쉐이더 유닛을 탑재하고 있어, 이전 Radeon 8500과 GeForce4 Ti 4600보다 두 배 이상의 기하학 처리 능력을 제공했으며, DirectX 8 쉐이더보다 더 많은 기능을 제공했다.

 

ATI는 픽셀 쉐이더 PS2.0의 일부 기능을 자사의 자연광 렌더링 데모에서 시연했다. 이 데모는 고동적 범위 렌더링(HDR) 관련 분야의 3D 그래픽 연구자 Paul Debevec의 논문을 실시간으로 구현한 것이다. 다만 중요한 제한사항은 R300 세대의 모든 칩이 최대 96비트 부동 소수점 정밀도(FP24)로 설계되었다는 점이다. 이는 DirectX 9의 최대 128비트 FP32 대신 사용된 것이며, DirectX 9.0에서는 FP24가 최소 수준으로 요구되었다. 이 정밀도의 차이는 트랜지스터 사용과 이미지 품질 간의 최적의 조합을 제공했지만, 과도한 블렌딩을 수행할 때 종종 품질 저하가 눈에 띄게 발생했다. ATI의 Radeon 칩은 FP24를 넘어서는 부동 소수점 정밀도를 제공하지 않았고, 이는 R520까지 이어졌다.

 

R300은 256비트 메모리 버스를 진정으로 활용한 첫 번째 그래픽 카드였다. Matrox는 몇 달 전 Parhelia 512를 출시했으나 이 카드에서 256비트 버스의 성능 향상이 크게 나타나지 않았다. 하지만 ATI는 256비트 버스를 두 배로 확장하고, 고급 크로스바 메모리 컨트롤러를 통합하여 NVIDIA의 메모리 기술과 유사한 방식을 채택했다. ATI의 메모리 구현은 4개의 개별 로드 밸런스된 64비트 메모리 컨트롤러를 사용하여 높은 대역폭 효율성을 달성할 수 있었다. 또한 R300은 ATI의 혁신적인 HyperZ 메모리 대역폭 및 필레이트 절약 기술의 최신 버전인 HyperZ III를 채택했다. 8x1 아키텍처의 요구 사항은 이전 세대 128비트 버스 설계에 비해 더 높은 대역폭을 필요로 했으며, 이에 따라 ATI는 메모리 지연 제한을 극복할 수 있었다.

 

 

 

Radeon 9700은 ATI의 다중 샘플 감마 보정 안티앨리어싱 기법을 도입했다. 이 칩은 2×, 4×, 6× 등 여러 샘플링 모드를 제공했다. 다중 샘플링은 이전 Radeon 카드의 슈퍼 샘플링 방식에 비해 월등한 성능을 제공하며, 당시 NVIDIA의 카드보다 이미지 품질도 우수했다. R300은 안티앨리어싱 옵션을 최신 게임에서 사용하기에 충분한 성능을 제공하며, GeForce4 및 다른 경쟁 카드에 비해 성능 저하가 적고, Radeon 8500에서 구현된 각도에 따라 성능이 달라지는 아니소트로픽 필터링보다 크게 향상된 품질을 제공했다.

 

2008년 3월 14일, AMD는 R3xx에 대한 3D 레지스터 참조를 공개했다.

 

Radeon 9700의 아키텍처는 2002년 당시 동급의 다른 제품들에 비해 매우 효율적이고 앞서 있었다. 일반적인 조건에서 Radeon 9700 Pro는 이전의 최고급 카드인 GeForce4 Ti 4600을 4-101% 더 뛰어난 성능을 보였으며, 안티 앨리어싱(AA) 및/또는 비등방성 필터링(AF)을 활성화했을 경우 최대 278%까지 성능이 향상되었다. 이는 그래픽 성능에서 큰 도약을 의미했으며, AA와 AF가 실제로 사용 가능한 기능으로 널리 인정받게 되었다.

 

고급 아키텍처 외에도 리뷰어들은 ATI의 전략 변화에 주목했다. 9700은 ATI가 모든 그래픽 카드를 자체적으로 생산하는 대신, 두 번째로 제3자 제조업체에 출하한 칩이었다(8500 이후). 이를 통해 ATI는 엔지니어링 자원을 드라이버 개선에 집중할 수 있었고, 9700은 출시 당시 뛰어난 성능을 보였다. id Software의 기술 이사인 John Carmack은 9700을 이용해 E3에서 Doom 3 데모를 실행하기도 했다.

 

R300 GPU가 제공한 성능과 품질 향상은 3D 그래픽 역사에서 가장 큰 성과 중 하나로 평가되며, GeForce 256과 Voodoo Graphics와 함께 역대 최고의 성과로 꼽히기도 한다. NVIDIA가 출시한 GeForce FX 5800은 출시가 늦었고, 특히 픽셀 셰이딩을 사용할 경우 인상적이지 않았다. R300은 출시된 지 3년이 지난 후에도 새로운 게임에서 충분히 플레이 가능한 성능을 유지하며 가장 긴 유효 수명을 자랑하는 GPU 중 하나가 되었다.

 

몇 달 후 9500과 9500 PRO가 출시되었다. 9500 PRO는 9700 PRO의 메모리 버스 폭의 절반을 가지고 있었으며, 9500은 픽셀 처리 유닛의 절반과 계층적 Z-버퍼 최적화 유닛(부분적으로 HyperZ III)을 비활성화했다. 9700의 전체 8개 파이프라인과 효율적인 아키텍처 덕분에 9500 PRO는 NVIDIA의 제품을 대부분 능가했지만, 9500은 일부 경우에서 더 강력한 9700으로 개조될 수 있었다. ATI는 9500 시리즈를 2002년 크리스마스 시즌을 위한 임시 제품으로 계획했으며, 이후 9600 시리즈가 출시되면서 9500 시리즈는 단기간에 단종되었다. 9500의 로고와 박스 디자인은 2004년에 9550 제품군에 사용되었으며, 이는 9600의 파생 모델이었다.

 

2003년 초, 9700 카드는 9800(R350)으로 대체되었다. 9800은 R300을 기반으로 하여 더 높은 클럭 속도와 셰이더 유닛 및 메모리 컨트롤러의 개선을 통해 안티 앨리어싱 성능을 향상시켰다. 이 카드는 새롭게 출시된 GeForce FX 5800 Ultra와 비교해도 성능에서 우위를 점하며, FX 5900의 개정판과 비교해도 상당히 뛰어난 성능을 보였다. 9800의 또 다른 장점은 FX 5800과 FX 5900이 요구하는 듀얼 슬롯 설계와 달리, 9800은 여전히 싱글 슬롯 카드였다는 점이다. 나중에 9800 Pro의 256MB 모델은 GDDR2 메모리를 사용하였다. 9800의 다른 두 가지 변형은 9800 Pro보다 클럭 속도가 낮은 9800과 픽셀 처리 유닛이 절반 비활성화된 9800 SE였다. 9800 SE는 일부 경우에서 픽셀 처리 유닛을 다시 활성화할 수 있었다.

 

9800과 함께 9600(RV350) 시리즈가 2003년 초 출시되었으며, 9600 PRO는 9500 PRO를 대체할 것으로 기대되었지만, 실제로는 9500 PRO보다 성능이 낮았다. 그러나 9600은 130nm 공정을 통해 생산되었고, 간소화된 설계 덕분에 ATI가 생산 비용을 절감할 수 있었다. 9600 시리즈의 RV350 코어는 사실상 9800 Pro의 절반을 잘라낸 것으로, 4×1 아키텍처와 2개의 버텍스 셰이더를 가졌다. 또한, HyperZ III의 일부가 제거되었으며, 메모리 성능도 개선되었다. 9600 시리즈는 기본 클럭이 높은 상태로 제공되었고, 오버클러킹을 통해 500MHz 이상으로 성능을 끌어올릴 수 있었다. 9600 시리즈는 9500을 대체하며 GeForce FX 5600 Ultra에 비해 성능을 유지하는 데 성공하였다.

 

2003년 여름에는 Mobility Radeon 9600이 출시되었으며, RV350 코어를 기반으로 하여 첫 번째 랩탑 칩으로 DirectX 9.0 셰이더를 지원하였다. Mobility Radeon 9600은 처음에 GDDR2-M이라는 RAM 기술을 사용할 계획이었으나, 이를 개발하던 회사가 파산하면서 DDR SDRAM을 대신 사용해야 했다. 결과적으로 성능 향상과 전력 소비 절감 효과가 있었을 가능성이 있었다. 2004년 가을에는 약간 더 빠른 Mobility Radeon 9700이 출시되었으며, 이는 RV350을 기반으로 하였지만, 데스크탑 Radeon 9700과는 다른 칩이었다.

 

2003년 가을에는 9800 XT(R360), 9600 XT(RV360), 9600 SE(RV350)가 출시되었다. 9800 XT는 9800 PRO보다 약간 더 빠른 성능을 보였으며, 9600 XT는 새로 출시된 GeForce FX 5700 Ultra와 경쟁할 만한 성능을 제공했다. RV360 칩은 9600 XT에 사용되었으며, 이는 ATI가 Low-K 칩 제작 공정을 적용하여 9600 코어의 클럭을 더 높일 수 있게 했다. 9600 SE는 NVIDIA의 GeForce FX 5200 Ultra와 경쟁할 수 있었고, 가격도 더 저렴했다. 2004년 초에는 9600의 클럭을 낮춘 Radeon 9550이 출시되었다.

 

R300 기반 세대의 특징은 모든 제품군이 싱글 슬롯 쿨링 솔루션을 사용했다는 점이다. ATI는 R420 세대의 Radeon X850 XT Platinum Edition을 출시하기 전까지 공식적으로 듀얼 슬롯 쿨링 설계를 채택하지 않았다.

 

2004년에는 Radeon X300과 X600이 출시되었다. 이들은 각각 RV370(110nm 공정)과 RV380(130nm Low-K 공정)을 기반으로 하였으며, Radeon 9550와 9600에서 사용된 것과 거의 동일한 칩이었다. 이 칩들은 PCI Express 환경에 최적화되어 있었으며, Dell 등 OEM 업체들이 다양한 구성을 가진 제품으로 많이 판매되었다. 이어서 Radeon X550도 출시되었으며, 이는 Radeon X300 그래픽 카드(RV370)와 동일한 칩을 사용하였다.