ARM은 이달 12일 샌프란시스코 산호세에서 열린 'SID 디스플레이 위크(SID Display Week)' 행사에서 ARM Mali-D77 DPU를 공식 발표했다. Mali-D77 DPU는 렌즈왜곡교정(LDC), 색수차교정(CAC), 비동기타임워프(ATW)와 같은 VR HMD를 위한 하드웨어 기능에 집중해 VR 사용자 경험을 대대적으로 개선한 디스플레이 프로세서다.

Mali-D77은 시스템온칩(SoC) 전반의 VR 워크로드 분배 방식을 전환하는 새로운 아키텍처가 탑재됐다. 모바일 VR HMD 디바이스의 전력 제약 내에서 달성할 수 있는 디스플레이 해상도와 프레임률을 높이면서 더 가볍고, 더 작고, 더 편안한 무선 VR 디바이스 구현에 기여할 차세대 DPU다.

이 글에서는 Mali-D77의 설계 상 이점과 향후 기술 전망을 알아보고자 한다. Mali-D77의 이점을 살펴보기에 앞서, 우선 VR HMD 시장의 트렌드와 당면 과제에 대해 살펴보자.

VR HMD 설계의 과제
VR HMD는 눈에 가깝게 착용할 수 있는 디스플레이를 필요로 하기 때문에, 사용자들이 감지하는 이미지의 품질을 유지하기 위해서는 동일 면적에 더 많은 픽셀이 필요하다. 이 때 이미지 품질 유지는 디스플레이 상 스크린도어 현상 같은 이물감을 제거하는 등 다양한 방법을 통해 가능하다.

일반 스마트폰 디스플레이와 비교할 때, VR HMD는 동일한 품질을 유지하기 위해 단위 면적당 최소 6배 더 많은 픽셀을 필요로 한다. 오늘날 최신 VR 디바이스는 2880 x 1440 픽셀을 구현할 수 있지만, 갈수록 더 가볍고 편안한 헤드셋에 더욱 축소된 전력 예산으로 더욱 높은 해상도를 구현하는 추세다.

현재의 기준도 이미 높은 수준이지만, 요구사항의 수준은 점점 더 높아질 것으로 보인다. 2021년에 이르면 주요 패널 업체들이 한쪽 눈 당 2.5K x 2.5K, 혹은 3K x 3K의 해상도까지도 가능한 VR HMD를 생산하게 될 것이다. 더 먼 미래에는 한쪽 눈 당 4K x 4K라는 엄청난 해상도를 구현하여 어떠한 시각적 이물감도 없도록 발전될 것이다.

높은 픽셀의 해상도와 더불어, 전반적인 지연시간을 줄이고 LCD VR 패널 상 잔상 효과를 낮추기 위해서는 초당 최대 120프레임(fps)에 이르는 높은 프레임률이 필요하다. 아울러 보다 몰입적인 경험을 위해서는 현장감을 제공하는 100도 이상의 높은 시야각(FOV)이 필요하다. 이러한 추세로 볼 때, 2021년에 이르면 시야각이 140도로 높아질 것이다.

현재 웨어러블 VR HMD에 이와 같은 성능 수준을 제공하는 시스템온칩(SoC)은 아직 없다. SoC 업체들에게 주어진 핵심 과제는 3W 미만으로 이 이상의 요구사항을 충족하는 것이다. Mali-D77은 이와 같은 VR HMD 설계 과제를 해결하는 중요한 단계다.

앞서 ARM은 Mali-D77의 새로운 기능들로 LDC, CAC, ATW 같은 VR 가속화 기능들을 소개한 바 있다. 이러한 작업들이 GPU에서 Mali-D77로 옮겨지면서 더 높은 해상도와 프레임률로 장면을 렌더링하기 위한 필수 기술요소로 자리하고 있다.

이를 통해 사용자들은 완전한 몰입감을 경험하게 된다. 이 모든 컴퓨팅 작업이 모바일 디바이스의 열 설계 전력 한계 내에서 이뤄진다는 점이 Mali-D77의 가장 큰 기술적 특징이다.

특히, Mali-D77은 높은 프레임률과 머리 움직임에 대한 즉각 반응을 통해 어지럼증을 제거할 것이다. Mali-D77의 적시 단일 패스 구성 프로세스는 마지막 자세에 따라 VR 화면을 재투영해 움직임에 즉각적으로 대응하면서 하드웨어 기반의 필터링과 이미지 프로세싱 기능을 통해 이질감 없는 선명한 이미지 구현이 가능하다.

반도체 디스플레이 업계의 글로벌 선도 기업인 BOE 테크놀로지그룹의 필립 위안(Philip Yuan)은 2020년까지 VR HMD 시장에서는 한 쪽 눈 당 2K x 2K를 넘어서는 해상도 구현 기술이 출시될 것으로 예상하며, BOE 테크놀로지그룹과 ARM의 협력 관계에 대한 기대감을 나타내기도 했다.

글 : 바실리스 안드로소폴로스(Vassilis Androutsopoulos) / 프로덕트 매니저 / ARM