1. 동영상

유튜브가 광고 없는 유료 프리미엄 서비스를 밀고 홍보하기 시작하더니, 2019년 하반기쯤부터는 반대로 일반 무료 상태에서는 광고가 예전보다 더 길어지고 잦아진 것을 다들 느끼실 것이다. 원래 5초 1회로 시작했던 것이 6~7초 2회로 늘었다. 요런 걸로 유료 가입자를 확보하고 수익을 내려는가 보다.

하긴, 유튜브는 인터넷에서 깨진 동영상 링크라는 걸 없애고, 오프라인 다운로드가 당연하다고 여겨졌던 60프레임 HD급 초고화질 동영상까지 실시간 스트리밍으로 실현한 엄청난 사이트이다. 모니터 주사율만 해도 평소에 50~60Hz를 쓰다가 75Hz이상을 맞추면 화면이 훨씬 더 부드러워진 게 느껴지는데.. 동영상도 60프레임짜리를 보면 화질을 떠나서 움직임이 확~ 더 자연스럽고 부드럽고 보기 편한 게 티가 난다.

쟤는 그냥 지구상에 존재하는 모든 영상 기록들의 아카이브인 동시에 전세계의 개인 방송, 교회 설교 같은 것까지 몽땅 감당하고 있다. 집에 TV가 없어도 유튜브가 TV나 마찬가지이다. 동영상을 하나 보기 시작했다가 같이 뜨는 관련 동영상까지 섭렵하다 보면 시간 가는 줄 모른다.

이런 괴물이 등장할 거라고는 198, 90년대의 그 어떤 SF 작가도 예상하지 못했으며..
저걸 돌리려면 평소에 서버 유지비도 정말 장난 아니게 들지 싶다.;;; 이걸 버틸 재간이 안 되는 국내의 중소 동영상 포털들은 수지가 안 맞으니 2010년대 초· 중반을 못 넘기고 다들 망했다.

한 20여 년 전에 컴퓨터에서 동영상이라는 건 그냥 320*240의 자그마한 화면에서 노이즈 대신 JPG artifact가 가득한 허접한 화질로 보는 avi, mpg, mov가 전부였다. 전반적인 화질은 기존 VHS 비디오 테이프보다 결코 좋을 게 없고, 단지 아날로그가 아닌 디지털이라는 의의만 있을 뿐이었다.
1990년대 초-중까지는 MPEG1/2급 동영상을 시청하기 위해서 별도의 그래픽 가속 하드웨어를 장착해야 할 정도였다. 동영상 캡처/인코딩이 아니라 단순 시청을 위해서도 말이다. 이런 가속은 통상적인 3D 그래픽용 가속과는 별개의 분야일 것이다.

그러다가 한 2000년경엔 갑자기 온갖 코덱들이 난립하기 시작해서 통합 코덱 패키지가 나오고, '사사미'라고 자막이 화면에 깔끔하게 입혀진 채로 뜨는 새끈한 동영상 재생기가 개발되었다. 이때까지만 해도 고화질 영화· 애니 동영상은 각종 P2P 불법 공유 네트워크를 통해 많이 오갔던 것 같다.
온라인 실시간 스트리밍으로는 어림도 없고.. 유튜브만 해도 2010년대 이전에는 여전히 3~400대 해상도에 머물러 있었으며 동영상 하나당 10분 시간 제한까지 있었다. 지금으로서는 믿어지지 않을 것이다.

난 동영상 압축 알고리즘에 대해서는 아는 게 별로 없다. 인접한 프레임, 그리고 인접한 픽셀들이 서로 유사하다는 것을 이용해서 차이점만 담는다는 것이 골자일 텐데.. 이건 컴퓨터에서 캐시의 개념을 설명할 때 언급하는 시간 지역성, 공간 지역성하고 비슷한 개념 같다. 그나마 동영상 재생 및 압축 기술이 다들 대인배 오픈소스로 풀려 있기 때문에 사람들이 폰이나 PC에서 더 저렴하고 간편하게 동영상을 즐길 수 있다.

2. CPU의 다양다변화, 병렬화

21세기에 컴퓨터 CPU에서 단일 코어 클럭 속도의 '기하급수' 증가가 드디어 멈췄다. 그 대신 지금까지 슈퍼컴퓨터 세계의 전유물로 여겨졌던 멀티코어가 개인용 PC에도 등장하게 됐다. 이게 1차 변화이다.

그래서 어느 플랫폼에서나 동일한 방식으로 스레드를 생성하라고, CPU의 여러 코어를 잘 제어하고 활용하라고 OpenMP라는 규격이 제정되기도 했다. 이건 특정 연산에 대해서 적당히 병렬화하라고 지시를 내리는 여러 C 함수와 언어 확장, #pragma들의 모음이다. 난 지금까지 UI의 반응성 향상을 위해서만(= 백그라운드 작업) 스레드를 사용해 왔지, CPU 자원을 몽땅 쪽쪽 빨아서 쓰기 위해서 스레드를 동원해 본 적은 없었다.

요즘 컴퓨터들은 뺑뺑이를 돌려 봤자 전체 CPU 사용량이 10%대밖에 되지 않는 건 사실이다. 하지만 그렇다고 해서 별다른 최적화 없이 무턱대로 스레드를 만들어서 CPU 사용량을 늘리면 그래 봤자 throughput이 그저 전체 CPU 사용량에 비례해서 팍팍 오르는 것은 확실히 아니어 보인다.

작업 스레드를 만들면 각 작업들의 수행 속도도 눈에 띄게 느려지기 때문이다. 이는 어지간한 하이엔드급 컴에서도 관찰 가능한 현상이다. 뭐랄까, 작업 스레드가 증가하면 context switching 같은 다른 오버헤드도 추가되어서 전체 효율이 떨어지는 것 같다.

프로그램을 너무 많이 띄워서 메모리가 부족해지면 가상 메모리 페이징(디스크 스와핑)만 죽어라고 하느라 컴퓨터의 작업 수행 속도가 급락한다. 좁은 화면에 창을 너무 많이 띄우면 사람도 창 전환만 하느라 작업 능률이 급락하며, 반대로 모니터를 여러 개 연결하는 건 생산성을 사기급으로 향상시킨다.
이와 마찬가지로 CPU의 성능에 걸맞지 않게 작업 스레드가 너무 많아지만.. 작업 전환 비용의 증가만으로 성능이 극도로 떨어질 수 있겠다.

그런데 요즘은 그걸로 끝이 아니다. 게임용 3D 그래픽 렌더링이나 좀 보조하라고 만들어졌던 add-on인 GPU도 거기에만 쓰는 게 아깝다. 굳이 3D 그래픽이 아니어도 그것처럼 단순무식하고 물량빨인 계산 작업이 있으면 거기에도 GPU를 투입할 수 있다. 특히 살인적인 노가다 계산이 필요한 머신러닝 분야에서 GPU 연산이 더욱 각광받기 시작했다.

그러니 이것도 별도의 프로그래밍 영역이 됐다. nVIDIA에서 GPU 활용 프로그래밍을 위해 OpenMP와 비슷한 컨셉으로 CUDA라는 라이브러리를 내놓았다. 이건 그냥 인텔 내장 그래픽을 쓰는 노트북 같은 기계에서는 활용할 수 없다는 것이 멀티코어 CPU와 다른 점이다. 그것 말고 OpenCL 같은 다른 GPU 라이브러리도 등장했다.

하긴, 아직 싱글코어 시절일 때도 아까 얘기했던 동영상 정도의 멀티미디어 처리를 위해서 인텔에서는 SIMD(1명령 다중 데이터) 정도의 병렬 처리를 지원하는 명령을 도입한 적이 있었다. 그게 옛날 1990년대 말의 펜티엄 프로~III 기간에 추가된 MMX 내지 SSE 명령이다. 얘가 기존 x87 명령을 대신해서 부동소수점 연산까지 처리한다.

옛날에 하드웨어의 성능을 극한으로 짜내는 게임을 만들려면 어셈블리어를 알아야 하고 비디오 메모리에 직통으로 내용을 직접 뿌린다거나 해야 했다. 지금은 특정 CPU의 인스트럭션을 써 주는 짓은 필요 없지만, 그것과는 좀 다른 양상으로 하드웨어를 직접 다루는 최적화 테크닉이 필요한 시대가 되어 있다.

3. 슈퍼컴퓨터 내지 CPU 아키텍처의 명멸

본인은 어린 시절에 슈퍼컴퓨터라고 하면 덩치가 크고, 내부에 무슨 금칠이라도 했는지 가격이 억소리 나게 비싸면서.. 개인용 PC보다 메모리가 훨씬 더 방대하고 반응 속도가 수십 수백 배 정도 더 빠른 물건 정도로나 생각했다.
뭐, 20세기 옛날에는 개인용 컴퓨터 대비 전용 슈퍼컴의 차이가 그런 단순한 차이점에 더 근접해 있기도 했다.

하지만 오늘날은 개인용 PC가 10~20년 전의 업계 최고의 슈퍼컴보다 더 빠르다. 마치 오늘날의 무선 인터넷이 10~20년 전의 유선 인터넷보다 더 빠르듯이.. 정말 경이로운 노릇이다.
이제 슈퍼컴이라고 해서 개인용 PC보다 단순히 기계적으로 무식하게 더 빠르지는 않다. "개인용 PC가 64비트 3~4GHz대니까 슈퍼컴은 machine word가 256비트이고 클럭 속도는 40GHz 정도 하겠지"가 아니라는 뜻이다.

이제는 슈퍼컴 전용 아키텍처, 전용 운영체제 같은 것도 존재하지 않으며, 비트 수가 차이 나는 것도 아니고.. 다 똑같이 x86이다.
차이가 나는 건 계산을 위한 코어수뿐이다. 그걸 정교하게 제어하는 별도의 프로그램을 짜서 돌려야 슈퍼컴의 성능을 제대로 활용할 수 있다.

단일 코어의 클럭 속도는 이제 개인 PC도 슈퍼컴과 비슷하거나 더 나으면 낫지, 결코 뒤쳐지지 않는다.
그냥 단일 코어만 열나게 돌리는 PC용 PI 계산 프로그램을 그대로 돌리면 슈퍼컴이라고 해서 몇백만 자리가 즉시 짠~ 하고 튀어나오지 않는다.

옛날의 전용 패러다임과 재래식 생산 공정 하에서 슈퍼컴을 열심히 연구 개발했던 크레이 같은 공돌이가 오늘날의 컴퓨팅 환경을 본다면 놀라서 까무러치지 않을까 싶다.
통상적인 시뮬레이션· 계산용 슈퍼컴은.. 단순히 외부로부터의 대용량 트래픽 처리용인 고성능 서버하고는 지향하는 게 다르다. 스포츠 사격과 군대 사격이 다른 것만큼이나 다르다고 생각하면 될 듯하다. IBM 메인프레임은 둘 중 어느 용도에 더 가까운 걸까..?

오늘날은 PC가 성능이 워낙 향상되어서 PC와 슈퍼컴 사이의 경계 축에 들던 '워크스테이션'이라는 컴퓨터 체급도 의미가 많이 퇴색했다. 굳이 따지자면 맥 프로 같은 high-end급 PC일 뿐이겠지.
그 시절에 워크스테이션이란 운영체제도 OS/2나 솔라리스, NextStep, Windows NT 정도 돌리던 전문가 업무용 컴터였으며 가격은 거의 경차 한 대에 육박했었다. 노는 물이 도스나 Windows 3.1 따위하고는 완전히 달랐다.

이런 식으로.. 데스크톱 PC는 호환성이 깡패인 x86+x64 천지가 됐고, 모바일은 ARM인데 얘들도 PC로 호시탐탐 진출하려고 노력하는 중.. 거기에다 게임기는 아직 PowerPC가 살아 있나 모르겠고, 메인프레임에 IBM POWER 정도가 살아 있는 것 같다.
이젠 구글과 애플도 CPU를 직접 만들려고 하고.. 과거 Windows NT 3~4 시절과는 다른 의미의 CPU 아키텍처 춘추 전국 시대가 열리는 게 아닌가 모르겠다. 결국은 이식성 좋게 만들어진 소프트웨어가 승자가 된다.

4. 전자와 전산의 관계

가만히 생각해 보면.. C++ 언어로 Windows MFC 등.. 상대적으로 '특정 플랫폼 실무에 가까운 프로그래밍'을 자주 하는 사람은 전산· 컴공보다는 전자공학 쪽에 더 많았던 것 같다. 과거에 유명한 Visual C++ 프로그래밍 베스트셀러 책을 집필했던 분들도 전공이 그런 쪽이었다. 세부적으로는 로봇 공학이라든가 디지털 신호 처리 쪽으로 말이다.

그럼 진짜 전산· 컴공을 한 사람들은 뭘 하는가 하면.. 좀 더 크로스 플랫폼이나 오픈소스에 친화된 스타일의 코딩을 한다. 뭐, 웹 프로그래밍도 방법론은 사뭇 다르지만 크로스 플랫폼 프로그래밍의 범주에 들 테고..
특히 PL 쪽 덕후들은 C++ 같은 지저분한(?) 언어는 거들떠보지도 않고 Rust나 go 같은 더 마이너한 언어, 함수형 언어 같은 걸 즐겨 쓴다. 쉽게 말해 더 추상적이고 고차원적인(?) 걸 추구하는 듯하다.

아 그렇다고 모든 전자과 출신이나 모든 전산과 출신이 취향이 그렇게 갈린다는 말은 물론 아니다.
그리고 신호 처리는 전자공학이지만 컴퓨터그래픽스는 명백하게 전산학의 세부 분야인 것 같다. 요컨대 영상을 렌더링 하는 건 전산학이고, 그 생성된 영상을 손실 압축해서 저장하는 건 전자공학 쪽인 셈이다. 다음으로 영상 인식 같은 건 전자와 전산이 별 구분 없이 같이 파는 것 같다.

Posted by 사무엘

2020/02/16 08:36 2020/02/16 08:36
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  1. 사포 2020/02/23 01:41 # M/D Reply Permalink

    콘솔 게임기들도 요새는 x86-64 계열로 넘어오는 추세입니다. 개발 편의성 같은 이유가 있는 것 같아요.
    그리고 오픈소스 ISA인 RISC-V의 경우 대기업들이 최근 개발에 참여하면서 기계학습에 특화된 형태로 발전되고 있다고 합니다.
    특히 기계학습 분야에서 부동소수점의 정밀도가 높은게 큰 의미가 없다는 연구결과가 나오면서 16비트 반정밀도 부동소수점 연산을 최신 GPU에서 지원하는 경우도 있습니다.
    비슷한 맥락과 이유로 요즘 프로그래밍 언어의 추세는 병렬 처리에 강하고 안전한 메모리 관리 능력을 갖추는 것 같아요. 그래서 함수형 프로그래밍, 람다 대수, 범주론 같은 개념이 기존 언어에 많이 녹아들고 있는 것 같습니다.

    1. 사무엘 2020/02/23 08:01 # M/D Permalink

      사포 님도 정말 오랜만입니다~! ^^ 잘 지내셨죠?
      컴퓨터 쪽의 변화와 발전 방향은 10년, 20년 뒤를 정확히 예측할 수도 없고 너무 다채로워 보입니다. “에니악이 30톤이었으니 미래의 컴퓨터는 1.5톤에 몇 개의 진공관만으로 돌아갈 것이다” 이러던 시절도 있었죠. ㅎㅎ
      그나저나 고정소수점도 아니고 16비트 부동소수점은 정보량이 너무 부족할 텐데 무슨 용도가 있을지.. =_= 세상엔 늘 기상천외한 기능과 기술이 개발되고 있네요~!

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