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해상도를 올리면 프레임은 왜 픽셀 수만큼 안 깎이나
모니터를 먼저 사고 그래픽카드를 나중에 고르는 손님이 많다. 27인치 1440p 를 들여놓고 나서야 "이 모니터에는 어느 정도 카드를 물려야 하느냐"고 묻는다. 그때마다 우리가 해 온 대답은 어림이었다. 한 단계 위로 잡으시라는 말은 틀리지는 않지만, 왜 한 단계인지를 설명하지 못한다.
그 어림에 근거를 붙여 보기로 했다.
405.kr 은 게임 성능 자료를 모으면서 제3자 매체가 잰 프레임 값을 쌓아 왔다. 앵커 808건, 게임 126종, 그래픽카드 76종, 출처 49곳이다. 이 가운데 같은 게임을 같은 카드로 두 해상도에서 잰 짝만 골라내면 1440p 174개, 4K 172개가 남는다. 해상도만 바꾸고 나머지는 그대로인 짝들이다.
이 짝들이 내놓는 답은 상식과 어긋난다. 4K 는 1080p 보다 점이 네 배 많은데, 프레임은 네 분의 일로 줄지 않는다. 절반 가까이 남는다. 1440p 도 마찬가지여서, 점이 1.78배 늘었는데 프레임은 그만큼 깎이지 않는다.
어긋나는 데는 까닭이 있다. 그리고 그 까닭을 알면 내 게임에서 얼마나 깎일지를 미리 셈할 수 있다. 이 글은 그 셈법을 실측에서 끌어내고, 어디까지 믿어도 되는지까지 적는다.
픽셀은 네 배인데 프레임은 절반만 깎인다
1080p 해상도에서 4K 로 올렸을 때 화면에 그려지는 점의 수는 정확히 4배가 된다. 1080p 는 207만 3,600개, 4K 는 829만 4,400개의 픽셀로 구성된다. 픽셀 수가 4배가 되면 그래픽카드가 처리해야 할 일도 4배가 된다고 생각하기 쉽다. 그래서 4K 해상도에서는 1080p 대비 프레임이 4분의 1, 즉 25%만 남을 것으로 예상한다. 하지만 실측 중앙값은 46%다. 25%가 아니라 46%가 남는다.
1440p 의 경우를 보면 더 명확하다. 1440p 의 픽셀 수는 1080p 의 1.78배다. 픽셀 수에 비례해서 계산하면 프레임은 56%만 남아야 한다. 그런데 실제 중앙값은 74%다. 56%가 아니라 74%가 남는다. 4K 에서도 25%가 아니라 46%가 남는다. 픽셀 수만 놓고 따진 예상보다 훨씬 덜 깎인다.
이 차이는 그래픽카드를 고를 때 중요하다. 4K 해상도에서 1080p 대비 25%만 남는다고 생각하면, 1080p 에서 60프레임을 뽑는 카드를 4배 비싼 카드로 올려야 4K 에서도 60프레임을 유지할 수 있다고 판단한다. 하지만 실제로는 46%가 남는다. 1080p 에서 60프레임인 카드가 4K 에서도 27프레임 정도는 뽑아낸다. 25%를 기준으로 카드를 고르면 필요 이상으로 비싼 카드를 사게 된다. 46%를 기준으로 고르면 적절한 가격대의 카드를 고를 수 있다.
픽셀 수가 4배가 돼도 프레임이 4분의 1로 줄지 않는 까닭은 뒤에서 설명한다. 여기서는 실측 값이 예상과 얼마나 다른지만 짚는다. 1440p 는 74%, 4K 는 46%가 남는다. 픽셀 수에 비례한 예상치인 56%와 25%보다 훨씬 높다. 이 차이가 그래픽카드 선택에 어떤 영향을 미치는지, 그리고 왜 그런지 다음 절에서 다룬다.
한 프레임의 일은 두 갈래다
한 프레임을 그리는 일은 크게 두 갈래로 나뉜다. 첫 번째는 해상도와 상관없는 몫이다. 무엇을 그릴지 정하는 계산, 즉 그리기 명령 준비나 물리 시뮬레이션, 인공지능 판단, 게임 논리 처리가 여기에 해당한다. 정점과 폴리곤을 처리하고, 화면 해상도와는 별개로 도는 그림자 맵 같은 버퍼 작업도 이 범주에 속한다. 두 번째는 픽셀 수에 비례하는 몫이다. 픽셀마다 도는 셰이더와, 화면 크기대로 도는 후처리 작업이 여기에 들어간다. 해상도를 올리면 두 번째 몫만 커지고, 첫 번째 몫은 그대로다. 그래서 전체 작업량이 픽셀 수만큼 늘지 않는다.
구체적인 예를 들어보자. 화면에 등장하는 캐릭터가 한 번 움직일 때, 그 움직임의 물리 법칙을 계산하고 주변 객체와의 충돌을 검사하는 일은 해상도와 무관하다. 1080p이든 4K이든, 캐릭터의 뼈대가 어떻게 휘고, 다른 캐릭터와 부딪혔을 때 어떤 반동력이 작용하는지 계산하는 과정은 동일하다. 이 계산은 CPU가 주로 담당하며, 픽셀이 몇 개인지에 따라 달라지지 않는다. 반면, 그 캐릭터의 옷감에 빛이 어떻게 반사되는지, 피부의 미세한 질감은 어떤 색을 띠는지 결정하는 셰이더는 픽셀마다 실행된다. 해상도가 높아지면 같은 옷감에 더 많은 픽셀이 들어가기 때문에, 그만큼 더 많은 계산이 필요하다.
그림자 맵은 첫 번째 갈래에 속하지만, 해상도와 완전히 무관하다고 보기는 어렵다. 그림자 맵 자체는 화면 해상도와 별개로 생성되지만, 최종 화면에 투영될 때 해상도에 영향을 받는다. 그러나 그림자 맵 생성 과정 자체는 화면 픽셀 수와 직접적인 비례 관계가 없다. 이는 화면 해상도와는 독립적으로 도는 버퍼 작업의 한 예시다. 게임 논리나 물리 계산처럼, 해상도를 올려도 같은 양의 계산이 수행된다.
후처리 작업은 두 번째 갈래에 해당한다. 화면 전체에 걸치는 색 보정, 블러 효과, 톤 매핑 같은 작업은 화면 크기에 따라 작업량이 달라진다. 1080p 화면에 블러를 거는 것과 4K 화면에 블러를 거는 것은, 처리해야 할 픽셀 수가 다르기 때문에 계산량이 다르다. 이 작업들은 픽셀 수에 비례하여 증가한다.
그래픽카드는 이 두 갈래를 동시에 처리해야 한다. 첫 번째 갈래는 CPU와 GPU가 협력하여 처리하지만, 해상도 변화에 따른 부하 증가는 두 번째 갈래, 즉 픽셀 수에 비례하는 작업에서 발생한다. 해상도를 올리면 픽셀 수에 비례하는 작업량이 증가하지만, 해상도와 무관한 작업량은 그대로다. 따라서 전체 프레임 시간이 픽셀 수만큼 증가하지 않는다.
이 구조를 이해하면, 해상도 변경이 프레임 시간에 미치는 영향을 예측할 수 있다. 픽셀 수에 비례하는 작업이 전체 프레임 시간에서 차지하는 비중이 클수록, 해상도 변경에 따른 프레임 시간 변화가 크다. 반대로, 해상도와 무관한 작업이 차지하는 비중이 크면, 해상도 변경에 따른 프레임 시간 변화가 작다. 게임마다 이 비중이 다르기 때문에, 해상도 변경에 따른 프레임 시간 변화도 게임마다 다르다.
이 두 갈래의 구분이 중요한 이유는, 그래픽카드 선택 시 해상도 변경의 영향을 정확히 평가할 수 있기 때문이다. 픽셀 수에 비례하는 작업이 지배적인 게임에서는 해상도 변경이 프레임 시간에 큰 영향을 미친다. 반면, 해상도와 무관한 작업이 지배적인 게임에서는 해상도 변경의 영향이 상대적으로 작다. 이 차이를 이해하면, 특정 해상도에서 특정 그래픽카드가 얼마나 효율적인지 더 정확히 판단할 수 있다.
그 비율은 거꾸로 낼 수 있다
한 프레임의 시간은 고정 몫과 픽셀 몫으로 나뉜다. 해상도를 올리면 픽셀 수만큼 픽셀 몫만 커지고 고정 몫은 그대로다. 그래서 해상도를 바꾼 뒤의 프레임 시간 비율을 알면, 그 비율에서 고정 몫의 비중을 거꾸로 구할 수 있다.
셈법은 단순하다. 픽셀이 k배가 되었을 때, 새 프레임 시간과 원래 프레임 시간의 비율을 r이라고 하자. 원래 픽셀 몫의 비중을 x라고 하면, r은 1 / (1 + (k-1)·x)가 된다. 이 식을 x에 대해 풀면 x = (1/r - 1) / (k-1)이 나온다. 이 공식 하나로, 해상도 변경 전후의 프레임 시간만 알면 픽셀 작업이 차지하는 비중을 계산할 수 있다.
실제로 1440p 해상도에서 4K로 올린 짝 174개를 이 식에 대입해 보았다. 각 짝마다 나온 x 값의 중앙값은 45%였다. 4K 해상도에서 더 높은 해상도로 올린 짝 172개도 같은 방식으로 계산했다. 여기서 나온 x 중앙값은 40%였다.
두 값이 가깝다는 것이 중요하다. 서로 다른 해상도에서, 서로 다른 표본에서 따로 나온 값이 겹친다는 것은, 두 갈래로 가른 그림 자체가 맞다는 뜻이다. 픽셀 작업 비중이 해상도 구간마다 크게 흔들리지 않고 일정하게 유지된다는 증거다.
4K 짝 172개의 x 분포를 보면, 0~20%에 27개, 20~40%에 59개, 40~60%에 55개, 60~80%에 26개, 80~100%에 4개, 100% 이상에 1개가 몰려 있다. 값이 한쪽에 치우지 않고 중간 지점에 모여 있다는 것은, 대부분의 게임에서 픽셀 작업 비중이 비슷한 수준이라는 뜻이다.
이 결과는 해상도 변경이 프레임 시간에 미치는 영향을 예측할 때 기준이 된다. 픽셀 작업 비중이 40~50% 사이에서 안정적으로 유지된다면, 해상도를 올리면 프레임 시간이 얼마나 깎일지 대략적으로 알 수 있다. 게임마다 차이가 있지만, 전체적인 흐름은 이 비율로 설명이 된다.
「용과 같이 8」은 왜 이렇게 깎이나
RTX 3070으로 「용과 같이 8」을 돌리면 1080p에서 117프레임, 4K에서는 29프레임이 나온다. 픽셀 수가 네 배로 늘었는데 프레임은 정확히 사분의 일 언저리까지 내려앉는다. 이 짝에서 거꾸로 낸 픽셀 몫은 101%다. RTX 3060으로 재도 94%, RTX 4070으로 재도 89%가 나온다.
카드를 세 장이나 바꿔 가며 재도 값이 거의 움직이지 않는다는 것이 중요하다. 픽셀 몫이 카드마다 달라진다면 그것은 카드 사정이겠지만, 어느 카드로 재도 90% 언저리라면 그것은 게임 쪽 성질이다. 이 게임은 한 프레임을 그리는 일이 거의 전부 화면의 점을 칠하는 데 쓰인다. 그릴 것을 정하는 계산이 차지하는 몫이 거의 없다시피 하다.
1440p 짝에서도 같은 그림이 나온다. RTX 4070 Ti SUPER로 1080p에서 216프레임이 나오는데 1440p로 올리면 123프레임이다. 픽셀 몫은 97%다.
프로스트펑크 2도 같은 칸에 있다. RTX 4070에서 1080p 68프레임이 4K에서 19프레임으로 떨어지고, 픽셀 몫은 86%다. 눈으로 보기에 두 게임은 닮은 구석이 없지만, 프레임을 만드는 방식은 같은 쪽에 서 있다.
이런 게임을 즐긴다면 설정 창에서 손댈 곳은 하나다. 텍스처나 그림자를 한 단계씩 내리는 것보다 해상도를 한 칸 낮추는 쪽이 훨씬 크게 듣는다. 4K에서 1440p로 내리면 그려야 할 점이 절반 아래로 줄고, 픽셀 몫이 90%를 넘는 게임에서는 그 감소가 거의 그대로 프레임으로 돌아온다.
안 깎이는 것처럼 보이는 것들
해상도를 올렸는데 프레임이 그대로인 짝이 있다. 철권 8을 RTX 4060 Ti로 돌리면 1080p에서 60, 4K에서도 60이다. 엘든 링 나이트레인에서 RTX 5070을 쓰면 60에서 60으로, 문명 6에서 GTX 1060을 쓰면 64에서 64로, 명조: 워더링 웨이브에서 RTX 5070을 쓰면 110에서 110으로 나온다. 값이 반듯하게 정해져 있다. 60, 120, 144 같은 숫자는 모니터 주사율이나 게임 내 상한 설정에서 자주 보인다. 여러 해상도에서 같은 값이 나오면, 그 게임이 그 값에서 묶어 두고 있는 것이다. 픽셀 수가 네 배로 늘어도, 게임이 60으로 고정되어 있으면 60을 넘지 못한다.
프레임이 오히려 늘어난 짝도 있다. 명조: 워더링 웨이브에서 RTX 4060을 쓰면 1080p에서 63, 1440p에서 89로 나온다. 러스트에서 RTX 3060을 쓰면 1080p에서 85, 1440p에서 110으로 나온다. 해상도를 올리면 픽셀 작업이 늘어나므로 프레임은 줄어야 한다. 그런데 값이 늘어난다. 물리적으로 불가능한 일이 아니다. 출처가 다르기 때문이다. 1080p 측정과 1440p 측정이 같은 조건에서 나온 것이 아닐 수 있다. 그래픽카드가 아니라, 프로세서나 메모리, 또는 게임 내 다른 설정이 발목을 잡고 있을 수 있다. 해상도를 올려도, 그 병목이 풀리지 않으면 값이 움직이지 않는다. 또는, 1080p에서 그래픽카드가 병목이었고, 1440p에서 다른 요인이 병목을 풀었을 수 있다.
알아보는 법은 간단하다. 60, 120, 144 같은 반듯한 값에 여러 해상도가 붙어 있으면 상한을 의심한다. 게임 설정에서 프레임 상한을 끄거나, 모니터 주사율과 다른 값으로 바꿔 본다. 값이 움직이지 않으면, 게임이 그 값에서 묶어 두고 있는 것이다. 프레임이 늘어난 짝은, 측정 조건을 다시 확인해야 한다. 같은 게임, 같은 그래픽카드, 같은 해상도에서 다시 측정한다. 조건이 다르면 값은 비교할 수 없다.
그래서 카드를 어떻게 고르나
4K 해상도에서 60프레임을 유지하려면, 1080p 기준 프레임 수를 130으로 잡아야 한다. 계산은 단순하다. 60을 0.46으로 나누면 130.4가 나온다. 1440p 기준으로는 81이 필요하다. 60을 0.74로 나누면 81.08이 된다. 이 숫자들은 중앙값이다. 대부분의 게임에서 이 정도 성능만 있으면 4K 60프레임이 나온다.
하지만 중앙값은 믿으면 안 된다. 즐기는 게임이 무거운 쪽이면 이야기가 달라진다. 용과 같이 8은 4K에서 1080p 프레임의 25~27%만 남긴다. 60프레임을 원하면 1080p에서 220프레임을 웃돌아야 한다. 60을 0.25로 나누면 240, 0.27로 나누면 222가 된다. 중앙값 46%를 적용하면 130이면 충분하다고 생각하지만, 실제로는 그 갑절에 가까운 값이 필요하다. 100프레임 가까이 차이가 난다.
매장에서 게임 목록을 먼저 묻는 까닭이 이것이다. 어떤 게임을 주로 하는지에 따라 필요한 성능이 두 배 이상 벌어진다. 가벼운 게임만 하면 130이면 되지만, 무거운 게임을 하면 220이 필요하다. 카드를 고를 때 원하는 게임 목록을 알려주면, 그 게임들의 4K 성능을 기준으로 카드를 정해준다. 1080p 성능만 보고 고르면 4K에서 프레임이 부족할 수 있다.
4K 60프레임을 원한다면, 1080p에서 130프레임이 나와야 한다. 1440p에서는 81프레임이 나와야 한다. 이 수치는 중앙값 기준이다. 용과 같이 8처럼 무거운 게임을 주로 한다면, 1080p에서 220프레임이 나와야 4K 60프레임을 유지할 수 있다. 카드를 고를 때는 중앙값이 아니라, 실제로 즐길 게임의 4K 성능을 기준으로 삼아야 한다. 매장에서 게임 목록을 먼저 묻는 이유는, 게임에 따라 필요한 성능이 크게 다르기 때문이다.
이 계산이 못 하는 것
표본이 1440p 174짝, 4K 172짝, 게임 126종 가운데 일부라는 점은, 이 계산이 전체 게임을 덮지 못한다는 뜻이다. 출처 49곳은 서로 다른 매체가 서로 다른 날 잰 값이다. 같은 자로 잰 것이 아니다. 설정, 측정 구간, 시스템이 다르면 같은 게임이라도 결과가 달라진다. 그래서 프레임이 오히려 늘어난 값, 141%나 129% 같은 숫자가 섞여 있는 것이다.
그래픽 메모리가 모자라 넘치면 프레임이 완만하게 줄지 않고 계단처럼 떨어진다. 이 셈법은 그 지점을 못 잡는다. 메모리 대역폭이 병목이 되면 픽셀 수와 무관하게 성능이 뚝 떨어진다.
업스케일링을 켜면 실제로 그리는 픽셀 수가 표시 해상도와 달라져 전제가 무너진다. DLSS나 FSR은 내부 해상도를 낮춰 계산하고, 결과만 확대한다. 그래서 표시 해상도 기준으로 한 계산은 더 이상 성립하지 않는다.
같은 게임도 설정에 따라 픽셀에 매인 몫이 달라진다. 그림자와 후처리를 낮추면 그 몫이 준다. 픽셀 수만 보고 판단하면 안 되는 이유가 여기에 있다.
그래도 이 계산은 쓸모가 있다. 어림보다 낫고, 어디가 어긋나는지 알고 쓰면 된다.
정리하면
· 픽셀은 네 배로 늘지만 프레임은 절반만 줄어든다. 그 차이는 픽셀에 매인 일이 전체의 40%에서 45% 사이이기 때문이다. 나머지 절반은 해상도와 무관하게 매번 같은 일을 한다. · 1440p에서 74%였던 프레임이 4K에서는 46%로 떨어진다. 이 격차는 픽셀 수의 비선형적 영향이 아니라, 고정 비용이 차지하는 비중이 커진 결과다. · 그림자나 후처리를 낮추면 픽셀에 매인 몫이 줄어 계산이 어긋난다. 설정에 따라 픽셀 의존도가 달라지므로, 해상도만 보고 판단하면 안 된다. · 카드를 고를 때 이 계산은 기준이 된다. 픽셀 수만 보고 고르면 안 되고, 고정 비용까지 고려해야 한다. · 오늘 당장 할 일은, 내 게임 설정에서 픽셀 의존도가 어느 정도인지 확인하는 것이다.