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해상도를 올리면 프레임이 얼마나 떨어지나
「픽셀이 두 배니 반토막 나겠죠」라는 말이 매장에서 자주 나온다. 화면에 그려야 할 점의 수가 늘면 처리해야 할 일도 늘어난다는 직관에서 비롯된 말이다. 하지만 공개된 실측 자료를 모아 보면, 떨어지는 폭이 픽셀 수에 비례하지 않는다는 것을 알 수 있다. 표본은 1080p 351건, 1440p 209건, 2160p 248건으로 집계된 데이터다.
1080p에서 1440p로 올릴 때와 1440p에서 2160p로 올릴 때의 감소 폭이 다르다. 전자의 짝은 174개, 후자는 166개다. 전자의 중앙값 비는 0.74, 후자는 0.58이다. 0.74는 1080p 프레임의 74%가 남는다는 뜻이고, 0.58은 58%가 남는다는 뜻이다. 1440p에서 2160p로 갈 때 더 크게 떨어진다. 1080p에서 2160p로 바로 건너뛰면 짝은 172개, 중앙값 비는 0.46이다. 1080p 프레임의 46%만 남는 셈이다.
픽셀 수가 2.25배가 되는 1080p에서 2160p로 가는 과정은 한 번에 0.46배가 되는 것이 아니라, 두 단계로 나뉘어 0.74배와 0.58배가 곱해진다. 0.74 곱하기 0.58은 0.4292가 되지만, 실제 중앙값은 0.46이다. 단계마다 떨어지는 폭이 일정하지 않다는 뜻이다. 1440p에서 2160p로 갈 때의 감소가 1080p에서 1440p로 갈 때보다 크다. 픽셀 수의 증가 폭이 같지 않다는 것만으로 설명되지 않는다.
픽셀이 몇 배 늘어도 프레임은 그만큼 안 떨어진다
픽셀 수가 4배가 되면 프레임도 4분의 1로 줄어야 한다는 계산은 성립하지 않는다. 1080p에서 2160p로 올렸을 때 픽셀 수는 정확히 4.00배가 되지만, 실제 프레임 중앙값은 0.46배로 떨어진다. 0.25배가 아니라 0.46배라는 것은, 픽셀 증가분만큼 성능이 깎이지 않는다는 뜻이다. 1080p에서 1440p로 갈 때는 픽셀이 1.78배가 되는데 프레임은 0.74배로 줄어든다. 1440p에서 2160p로 갈 때는 픽셀이 2.25배가 되지만 프레임은 0.58배로만 떨어진다. 픽셀 증가 폭이 1.78배에서 2.25배로 커지는 동안, 프레임 감소 폭은 0.74에서 0.58로 더 크게 벌어진다. 픽셀이 2.25배 늘어난 구간에서 프레임이 0.58배로 줄어드는 것은, 1.78배 구간보다 더 큰 낙폭이다.
이러한 차이는 픽셀 수의 비례 관계만으로 설명되지 않는다. 174개의 게임에서 1080p에서 1440p로 올렸을 때 프레임이 반토막보다 적게 떨어졌다. 149개의 게임에서 1440p에서 2160p로 올렸을 때도 마찬가지였다. 1080p에서 2160p로 한 번에 올린 69개의 게임에서도 반토막보다 적게 떨어졌다. 픽셀 수가 4배가 되어도 프레임이 0.46배로 유지되는 것은, 그래픽 카드가 픽셀 수만큼 부담을 지지 않는다는 뜻이다. 픽셀 수의 증가가 프레임 감소에 선형으로 반영되지 않는다는 것은, 해상도 설정이 성능에 미치는 영향이 단순하지 않다는 것을 보여준다.
단계마다 폭이 다르다
1080p에서 1440p로 올릴 때와 1440p에서 2160p로 올릴 때의 낙폭은 같지 않다. 자료에 적힌 실측을 보면 1080p에서 1440p로 올렸을 때 가장 적게 떨어진 것은 야쿠자 아이오와이로 216.0에서 123.0으로 줄었고, 가장 많이 떨어진 것은 워더링 웨이브스로 63.0에서 89.0으로 늘었다. 1440p에서 2160p로 올렸을 때는 야쿠자 아이오와이가 69.0에서 29.0으로 줄었고, 보더랜드 4가 42.0에서 45.0으로 늘었다. 1080p에서 2160p로 한 번에 올렸을 때는 야쿠자 아이오와이가 117.0에서 29.0으로 줄었고, 워더링 웨이브스는 110.0에서 110.0으로 변하지 않았다.
같은 게임이라도 해상도 단계마다 프레임 변화가 다르다. 야쿠자 아이오와이는 1080p에서 1440p로 올렸을 때 93.0 프레임이 줄었지만, 1440p에서 2160p로 올렸을 때는 40.0 프레임만 줄었다. 1080p에서 2160p로 한 번에 올렸을 때는 88.0 프레임이 줄었다. 워더링 웨이브스는 1080p에서 1440p로 올렸을 때 26.0 프레임이 늘었고, 1080p에서 2160p로 올렸을 때는 변하지 않았다. 보더랜드 4는 1440p에서 2160p로 올렸을 때 3.0 프레임이 늘었다.
이러한 차이는 그래픽 카드의 성능과 게임의 최적화 상태에 따라 달라진다. RTX 4070 Ti SUPER를 쓴 야쿠자 아이오와이는 해상도를 올릴수록 프레임 감소 폭이 줄어드는 경향을 보였고, RTX 4060을 쓴 워더링 웨이브스는 해상도 상승에 따라 프레임이 오히려 늘거나 유지되는 경우가 있었다. RTX 5070 Ti를 쓴 보더랜드 4도 1440p에서 2160p로 올렸을 때 프레임이 소폭 증가했다. 해상도를 올리면 프레임이 떨어지는 것은 당연하지만, 그 정도는 게임마다, 그래픽 카드마다, 그리고 해상도 단계마다 크게 다르다.
비례하지 않는 까닭
화면 크기가 커지면 픽셀 수가 늘어나고, 이 숫자는 단순한 곱셈으로 계산된다. 1080p에서 1440p로 올리면 픽셀은 1.78배가 되지만, 실제 프레임은 0.74배만 줄어든다. 1440p에서 2160p로 넘어가면 픽셀은 2.25배로 늘고 프레임은 0.58배로 감소하며, 1080p에서 2160p로 한 번에 올리면 픽셀은 4배가 되지만 프레임은 0.46배까지 떨어진다. 픽셀이 4배가 되는데 프레임이 4분의 1로 줄지 않는 이유는, 한 장의 화면을 그릴 때 드는 일이 화면 크기에 비례해서 늘어나는 부분과, 크기와 상관없이 고정적으로 드는 부분이 섞여 있기 때문이다.
고정적으로 드는 일에는 게임 로직 계산, 물리 엔진 처리, 배경음악 재생, 그리고 그래픽 카드와 중앙처리장치 사이의 통신 대기 시간이 포함된다. 해상도가 1080p든 2160p든 이 부분의 부담은 거의 변하지 않는다. 반면, 화면에 그려 넣을 점의 수가 늘어나면 그래픽 카드가 수행해야 할 작업은 비례해서 증가한다. 하지만 전체 작업량에서 픽셀 렌더링이 차지하는 비중은 게임마다, 그리고 설정마다 다르다. 픽셀 수를 4배로 늘렸을 때 프레임이 0.46배로 줄었다면, 이는 픽셀 렌더링이 전체 작업의 상당 부분을 차지하고 있음을 의미한다. 하지만 0.46배는 0.25배(4분의 1)보다 크므로, 픽셀 렌더링 외의 작업이 여전히 큰 비중을 차지하고 있다는 뜻이기도 하다.
이 비례하지 않는 현상은 그래픽 카드의 성능에 따라 그 정도가 달라진다. 성능이 높은 그래픽 카드는 픽셀 렌더링에 드는 시간을 크게 줄일 수 있어, 해상도를 올렸을 때 프레임 감소 폭이 작아진다. 반대로 성능이 낮은 그래픽 카드는 픽셀 렌더링에 더 많은 시간을 써야 하므로, 해상도 상승에 따른 프레임 감소가 더 크게 나타난다. 하지만 어떤 그래픽 카드를 쓰든, 픽셀 수와 프레임 수의 비례 관계가 완전히 일치하는 경우는 없다. 이는 고정 비용이 존재하기 때문이며, 이 고정 비용의 크기는 게임의 복잡도와 시스템 구성에 따라 달라진다. 따라서 해상도를 올렸을 때 프레임이 얼마나 떨어질지는, 픽셀 수의 증가율만으로 예측할 수 없다.
실제 게임에서는 해상도 외에도 텍스처 품질, 그림자 설정, 반사 효과 등이 프레임에 영향을 미친다. 해상도를 2160p로 올렸을 때 픽셀 수는 4배가 되지만, 텍스처 품질을 높이면 메모리 대역폭과 그래픽 카드의 텍스처 유닛에 대한 부담도 함께 증가한다. 이 경우 프레임 감소 폭은 픽셀 수 증가율보다 더 커질 수 있다. 반대로, 해상도를 올렸지만 텍스처 품질을 낮추면, 픽셀 렌더링 부담은 증가하지만 텍스처 처리 부담은 감소하여, 프레임 감소 폭이 픽셀 수 증가율보다 작아질 수 있다. 결국 해상도 변경에 따른 프레임 변화는, 픽셀 수의 변화와 다른 그래픽 설정의 변화가 복합적으로 작용한 결과다.
이러한 비례하지 않는 관계는 게임 최적화에도 영향을 미친다. 개발자는 해상도 옵션을 제공할 때, 픽셀 수 증가율과 동일한 비율로 프레임이 감소한다고 가정하지 않는다. 대신, 실제 게임 환경에서 측정된 프레임 감소율을 바탕으로 해상도 옵션의 설명을 작성한다. 예를 들어, 1080p에서 2160p로 올렸을 때 프레임이 0.46배로 줄어난다면, 이는 픽셀 수 4배 증가에 비해 상대적으로 적은 감소다. 이는 고정 비용의 비중이 크다는 뜻이며, 그래픽 카드 성능이 충분하다면 해상도 상승에 따른 체감 저하가 픽셀 수 증가율보다 작을 수 있음을 의미한다. 하지만 그래픽 카드 성능이 부족하면, 픽셀 렌더링에 드는 시간이 길어져 프레임 감소 폭이 더 크게 나타날 수 있다.
이 셈을 그대로 믿으면 안 되는 자리
해상도를 올리면 프레임이 얼마나 떨어지나 하는 질문에 대한 답은, 공개된 실측 자료를 모아 보면 숫자가 정해져 있지 않다. 1080에서 1440으로 올린 조합이 174개, 1440에서 2160으로 올린 것이 166개, 1080에서 2160으로 건너뛴 것이 172개다. 전체 실측 건수 808개 중 짝이 있는 조합은 일부일 뿐이고, 나머지 600여 개는 비교할 상대가 없어 같은 조건으로 묶을 수 없다.
출처가 여러 곳이라 잰 자리와 설정이 다르다. 한 게임에서 1080과 1440을 쟀다고 해도, 다른 출처에서는 1440과 2160을 쟀을 수 있고, 그 사이 1080과 2160은 빠져 있다. 짝이 있는 조합만 견줄 수 있고, 없는 조합이 훨씬 많다. 게임마다 옵션이 달라 한 줄로 묶으면 안 된다. 그래픽카드나 프로세서가 같아도 게임 내 설정이 다르면 프레임 차이가 크게 난다.
마지막 줄은 앞 내용의 요약이 아니다.
그래서 무엇을 물어야 하나
해상도를 올릴 때 프레임이 얼마나 떨어지는지, 그리고 그 폭이 허용되는지 확인해야 한다. 먼저 1080p에서 1440p로, 혹은 2160p로 올릴지 정해야 한다. 이 선택에 따라 그래픽카드에 가해지는 부하가 달라지기 때문이다. 다음으로 해당 해상도에서 프레임이 얼마나 줄어드는지 살펴본다. 공개된 실측 자료를 모아 보면 1080p에서 2160p로 올렸을 때 프레임 비의 중앙값은 0.46이다. 이는 절반의 경우가 0.46배 이하로 떨어졌다는 뜻이며, 나머지 절반은 그보다 적게 떨어졌다는 의미다. 마지막으로 이 감소 폭이 자신의 사용 환경에서 허용되는지 판단한다. 프레임이 46%로 줄어드는 것은 화면이 매끄럽게 유지되는지, 입력 지연이 체감되는지 직접 확인해야 한다.