올해 9월에는 IT 업계에서 굵직한 소식이 많이 전해졌다. 약 2년만에 발표된 엔비디아의 새로운 그래픽카드 지포스 RTX 30 시리즈, 마이크로소프트와 소니의 차세대 콘솔(비디오 게임기) ‘Xbox Series X · S’(이하 엑스박스 시리즈 X · S) 및 ‘PlayStation 5’(이하 PS5) 출시일 확정, 8세대 아이패드를 비롯한 애플 신제품 발표 등등.

게이머라면 자연스럽게 지포스 RTX 30 시리즈와 차세대 콘솔들에 관심을 보였을 텐데 각각 이전 세대 제품들과 확연하게 두드러질 정도로 새로운 요소가 많이 적용되었다. 꼼꼼히 살펴보면 시간 가는 줄도 모를 정도인데 그 중 눈여겨 볼 만한 요소로는 마이크로소프트의 ‘DirectStorage’(이하 다이렉트스토리지)가 있다.

다이렉트스토리지는 고속 스토리지(저장장치)인 NVMe SSD에 최적화시킨 파일 입출력 API(애플리케이션 프로그래밍 인터페이스)인데 엑스박스 시리즈 X · S에 최초로 도입된다.

마이크로소프트는 다이렉트스토리지가 HDD를 기준으로 설계된 기존 API보다 획기적으로 빠른 속도를 낼 수 있다는 점을 강조했지만 콘솔용 기술이라는 생각 때문에 초기에는 개발자와 일부 게이머들 말고는 그다지 주목하지 않았는데 지금은 상황이 바뀌었다. 9월 1일 마이크로소프트 개발자 블로그에서 다이렉트스토리지를 윈도우 PC에도 도입할 준비를 하고 있다고 발표하였기 때문이다.

그 뿐 아니라 엔비디아는 지포스 RTX 30 시리즈에 다이렉트스토리지를 기반으로 삼는 기술인 ‘RTX IO’를 적용한다고 소개하여서 그 중요함이 더욱 부각된 상황이다.

이번 기사에서는 다이렉트스토리지를 이용하면 어떤 이점이 있으며, 소비자와 시장에는 무슨 변화가 생길 수 있는지 살펴보겠다.

다이렉트스토리지는 ‘Xbox Velocity Architecture’(이하 엑스박스 벨로시티 아키텍처)를 이루는 구성 요소 가운데 하나이다.

엑스박스 벨로시티 아키텍처는 급격한 온도 상승이나 성능 저하가 없도록 최적화시킨 커스텀 NVMe SSD, 데이터 전송 시간과 스토리지 사용률을 줄이기 위한 기술인 ‘하드웨어 가속 압축 해제’(Hardware Accelerated Decompression), 여러 해상도에 최적화된 텍스처를 게이머와 오브젝트(게임 내 캐릭터나 사물) 거리에 따라서 낭비 없이 사용하는 ‘샘플러 피드백 스트리밍’(Sampler Feedback Streaming), 그리고 다이렉트스토리지를 포함해 총 네 가지를 통합하여 일컫는 것이다.

모두 엑스박스 시리즈 X · S 게임 성능과 연결된 요소들인데 다이렉트스토리지는 PC용으로도 개발 중이어서 더 주목 받고 있다.

NVMe SSD는 가격대가 낮은 보급형 제품도 데이터 읽기 속도가 1,500MB/s(초당 메가바이트) 이상이고 고급형 제품 중에는 5,000MB/s를 넘어서는 것도 존재한다. 대중적으로 사용하는 SATA3 SSD는 기껏해야 560MB/s 정도가 한계이기 때문에 엄청난 성능이라고 할 수 있다.

그래서 그 성능에 반한 사람은 게임 환경에서도 NVMe SSD가 대단한 성능을 낼 것이라고 기대하며 제품을 사기도 하는데 직접 성능을 경험해보고 나면 당혹감을 느낄 것이다. SATA3 SSD에 게임을 설치했을 때와 차이가 별로 나지 않기 때문이다. 짧으면 몇 초, 길어도 십여 초 정도이다.

파일 전송 속도나 벤치마크 소프트웨어로 측정해보면 NVMe SSD는 ‘초 SSD’라고 부를 정도로 SATA3 SSD를 능가하는 성능을 보여주는데 정작 게임을 할 때는 별로 차이가 없으니 미치고 환장할 노릇이다.

많이 당황스럽겠지만 어쩔 수 없는 결과이기도 하다. 지금까지 나온 게임들은 모두 HDD를 기준으로 삼아서 개발되었기 때문이다.

다들 알다시피 HDD는 느리다. 이미 수십 년 전부터 제기된 문제여서 소프트웨어 개발자들은 HDD에서 필요한 데이터가 있으면 미리 시스템 메모리(RAM)로 전송해놓는 방법을 고안하였는데 그것이 바로 로딩(loading)이다.

HDD 대신 SSD를 사용한다면 로딩 시간을 획기적으로 단축할 수는 있지만 로딩 과정에서 발생하는 오버헤드(overhead, 특정한 작업을 처리할 때 안정성을 위하여 추가하는 시간/메모리/대역폭 등)는 스토리지가 빠르다고 해서 완전히 없앨 수 없으므로 줄일 수 있는 시간에 한계가 따른다.

게다가 작동 체계 차이도 있다. SATA3 HDD · SSD가 작동하는 AHCI(고급 호스트 컨트롤러 인터페이스) 모드에서는 한 번에 처리할 수 있는 명령어가 최대 32개이고 입출력 요청은 대역폭 50MB/s 기준으로 64k 블록에서 초당 수백 회 정도인데 NVMe SSD는 한 번에 최대 64,000개 명령어를 처리 가능하고 입출력 요청은 대역폭 2.4GB/s(초당 기가바이트) 기준으로 64k 블록에서 초당 35,000회까지 지원한다. 그야말로 차원이 다르다.

결국 HDD를 기준으로 삼아서 게임을 개발한다면 자연스럽게 NVMe SSD는 본래 성능을 내지 못하게 된다. 경운기가 다니는 시골길에서 스포츠카를 최고 속도로 몰지 못하는 것처럼 말이다.

반면에 마이크로소프트의 다이렉트스토리지는 스포츠카를 위한 왕복 10차선 고속도로를 깔아준다고 볼 수 있다.

NVMe SSD에 최적화시킨 큐(queue, 대기열)를 만들어서 기존과 달리 명령어를 대량으로 처리할 수 있고, 다이렉트엑스(DirectX)에 다이렉트스토리지 API가 추가되어서 개발자가 입출력 요청을 제어하는 것도 가능하다.

획기적인 압축 기술을 사용할 수 있는 점도 다이렉트스토리지의 특징이다. SSD는 용량이 큰 데이터를 압축하여 전송하는 활용법이 있지만 데이터 압축과 압축 풀기 과정에서 CPU 자원을 너무 많이 소모하기 때문에 별로 환영 받지 못했는데 다이렉트스토리지는 파일 입출력 방식 자체를 변경하여 그 한계를 돌파할 수 있다.

엑스박스 시리즈 X · S 기준으로 다이렉트스토리지 적용 시 6GB/s 선에서 데이터를 압축하고 압축 해제를 할 수 있는데 기존 콘솔이나 PC에서는 상상하기 어려운 속도이다. 게다가 CPU 코어 중 1개를 10%만 활용해도 NVMe SSD에 압축 기술을 적용할 수 있어서 시스템 부하도 크지 않다.

다만 엑스박스 시리즈 X · S는 CPU 내부에 다이렉트스토리지 압축 기술을 위한 전용 하드웨어 블록이 설치되어 있다는 점은 감안할 필요가 있다. PC용 CPU에는 압축 기술용 하드웨어 블록이 없으므로 PC용 다이렉트스토리지는 엑스박스 시리즈 X · S와 비교해서 압축 효율이 다르거나 CPU 자원을 더 요구할 가능성이 있다.

다이렉트스토리지가 NVMe SSD 성능을 제대로 사용할 수 있게 해주는 점은 분명히 대단하지만 게임이 빨라지는 것 말고는 그다지 이득이 없어 보일 수 있다. 그러나 조금 더 들여다보면 다이렉트스토리지가 향후 출시될 게임들에 지대한 영향을 줄 수 있다는 것을 눈치챌 수 있다.

일단 다이렉트스토리지를 이용하면 로딩 시 데이터를 HDD 만큼 많이 시스템 메모리에 옮겨둘 필요가 없으므로 CPU가 사용할 수 있는 메모리 용량이 크게 늘어난다.

개발자는 최신 PC를 사용하지 않는 게이머들의 입장도 고려해서 게임에 필요한 메모리 용량을 일정 수준 이하로 책정하고 프로그래밍 작업을 하는데 그런 제약을 두고 게임과 로딩에 필요한 메모리를 적절하게 조율하는 일은 결코 장난이 아니다.

다이렉트스토리지를 이용하면 개발자는 메모리를 훨씬 자유롭게 이용할 수 있게 되니 로딩에 대한 부담이 감소하고 다른 게임 작업에 역량을 집중할 수 있다. 물론 그렇게 집중된 역량은 그래픽이나 음악 등 게이머에게 직접 와닿는 요소들을 발전시키는 데 사용될 것이고 결국 대작 게임을 탄생시키는 기반이 된다.

그 다음 이점은 개발자가 게임에 기존보다 많은 데이터를 여유롭게 넣을 수 있다는 점이다. HDD를 기본 스토리지로 삼았을 때 개발자들은 게임 내에서 실시간으로 화면 하나에 표현할 수 있는 데이터가 제한되었다. 아무리 화려한 그래픽 기술을 개발해도 스토리지가 감당할 수 있는 대역폭을 초과하면 게임이 버벅대거나 오류가 날 수밖에 없으니 개발자는 거기에 맞춰서 데이터를 가공해야만 한다.

그래서 기존 게임 중에는 화려한 전투나 추격전 장면에서도 게이머가 집중하지 않는 부분은 렌더링이 생략되었거나 최소화되었고, 아예 게임 내 시점을 고정하여 스토리지가 감당해야 하는 데이터 대역폭을 줄이는 경우를 흔히 볼 수 있었다.

물론 다이렉트스토리지와 NVMe SSD를 이용하는 경우에는 그런 제한이 시원하게 해소된다. HDD와 비교하면 수백 배 이상 대역폭이 높아지니 개발자는 폴리곤 개수나 색상 비트 같은 것을 따질 필요 없이 자기 능력을 최대한 발휘할 수 있다.

즉 앞으로 다이렉트스토리지를 통해 만들어지는 게임들은 HDD와 구식 API로 인한 제한에서 벗어나게 되므로 기존 게임들보다 그래픽과 사운드, 연출 효과 등 다채로운 요소가 발전하여 게이머들에게 신박한 기분을 선사할 수 있을 것으로 전망한다.

아직 엑스박스 시리즈 X · S 전용 게임이 출시되지 않은 시기여서 섣불리 단정하기는 어렵지만 지금까지 마이크로소프트가 밝힌 정보를 종합한다면 다이렉트스토리지는 게임 업계 뿐 아니라 SSD 시장에도 변혁이 올 수 있다.

엑스박스 시리즈 X · S와 PS5 등 차세대 콘솔 전용 게임은 내장·외장 스토리지 모두 오직 NVMe SSD로만 실행할 수 있는데, 그 점을 반영한다면 다이렉트스토리지를 지원하는 PC 게임 역시 NVMe SSD를 필수적인 하드웨어로 요구하는 것도 짐작 가능하다.

실제로 그렇게 된다면 HDD는 물론이고 SATA3 SSD로도 게임을 설치하지 못하게 되는 것이므로 최신 게임을 포기할 수 없는 게이머들을 중심으로 NVMe SSD 업그레이드 열풍이 불게 될 지도 모른다.

물론 다이렉트스토리지를 이용한 엑스박스 시리즈 X · S 전용 게임이 끝내주게 멋져야 한다는 전제가 붙지만 지금까지 콘솔 세대가 변하는 주기와 비슷하게 PC 게임 및 하드웨어 시장도 변화되었으므로 기대감을 품는 것도 무리는 아니다.

한편 PC용 다이렉트스토리지는 2021년에 개발자 프리뷰 버전이 공개될 예정이어서 게이머들이 직접 체험하려면 시간이 꽤나 필요하지만 핵심이 되는 NVMe SSD는 이미 몇 년 전부터 여러 제품들이 출시되었으므로 지금이라도 구매해서 이용 가능하다.

일단 현시점에는 NVMe SSD를 최대한 이용하는 PC 게임은 존재하지 않지만 그 엄청난 대역폭은 충분히 가치가 있다. 예를 들면 PC 한 대로 게임을 하면서 4K 해상도 이상으로 고화질 영상 녹화 및 편집 작업을 하는 경우 SATA3 SSD는 대역폭 한계 때문에 속도가 느려질 수 있지만 NVMe SSD라면 양쪽 모두 최대 속도를 유지하면서도 대역폭에 여력이 남는다.

또한 PC용 NVMe SSD는 PCIe 4.0 x4 규격 제품 기준으로 제원상 엑스박스 시리즈 X · S에 장착된 NVMe SSD를 훌쩍 능가하는데, 그 점을 고려하면 다이렉트스토리지를 적용한 PC 게임은 콘솔보다 쾌적한 게임 환경을 제공할 여지도 있다.

마이크로소프트와 소니 모두 차세대 콘솔에 기본 스토리지로 NVMe SSD를 채택한다는 소식이 발표된 이래 미래에는 NVMe SSD의 위상이 높아질 것으로 전망하기는 했지만 PC용 다이렉트스토리지도 발표되면서 그 전망은 부쩍 실현 가능성이 높아지고 말았다. 수십 년 넘게 게임 환경에서 필수 요소였던 HDD라는 틀에서 완전히 벗어나는 것이어서 게임 및 스토리지 업계의 패러다임이 파격적으로 바뀔 수도 있다.

한편 다이렉트스토리지는 게임 환경을 위하여 마련된 API지만 기본은 NVMe SSD의 성능을 최대한 발휘할 수 있게 해주는 것이므로 앞으로 콘솔 및 PC 게임에서 성공적인 결과를 보여준다면 적용되는 분야도 늘어나서 PC 성능 향상에 기여할 여지가 크다.

모든 것은 11월 10일 엑스박스 시리즈 X · S가 출시되면서 다이렉트스토리지를 활용한 게임이 나온 뒤 확실해질 것이므로 우선은 올해 연말을 기대해 보기 바란다.