웹에서 GPU를 쓴다고? WebGPU: WebGPU란?

DC

2023년 9월 10일 • 13 min read

들어가며

웹의 세계에서 GPU를 이용해야 할 이유가 점점 늘고 있다. 그래픽 처리, 데이터 분석, 심지어는 웹 기반 게임까지, 이러한 다양한 분야에서 GPU의 힘은 무시할 수 없다. 하지만 웹에서 GPU를 이용하는 방법에는 여러가지 제약이 따른다. 이제 그 해결책으로 주목받고 있는 것이 바로 WebGPU입니다. 본 글에서는 WebGPU의 개념부터 실제 사용법, 그리고 WebGL과의 차이점까지 상세히 살펴보겠습니다.

WebGPU란?

개요와 목적

WebGPU는 웹 그래픽과 계산을 위한 새로운 스펙으로, W3C에 의해 표준화되고 있습니다. 이 API는 기존 WebGL이나 WebGL 2.0보다 더 높은 성능과 보안성을 제공하기 위해 개발되었습니다. 웹 브라우저 내에서 GPU를 접근하여, 3D 그래픽 렌더링부터 병렬 연산에 이르기까지, 더 효율적이고 빠른 작업을 가능하게 합니다.

이 기술의 주된 목적은 웹에서도 데스크톱 애플리케이션과 유사한 고성능 그래픽 처리를 가능하게 하는 것입니다. 이를 통해 게임부터 과학 연구, 머신러닝까지 다양한 분야에서 웹을 플랫폼으로 활용할 수 있는 가능성이 늘어납니다.

기능과 구조

WebGPU는 기본적으로 커맨드 큐, 버퍼, 파이프라인, 셰이더 등 다양한 구성요소로 이루어져 있습니다. 이러한 요소들을 통해 GPU에 명령을 전달하고, 리소스를 관리합니다.

커맨드 큐: GPU에 전달되는 명령들을 담는 큐입니다.
버퍼: 데이터를 저장하는 메모리 공간입니다. 일반적으로 그래픽 렌더링 또는 계산 작업에 사용될 데이터를 담습니다.
파이프라인: 렌더링 또는 계산 작업의 각 단계를 정의합니다. 여러 셰이더와 설정을 묶어 하나의 작업 단위로 만듭니다.
셰이더: GPU에서 실행되는 작은 프로그램입니다. 주로 그래픽 렌더링에서 픽셀 색상을 계산하거나, 병렬 계산 작업을 수행합니다.

이러한 구성요소들을 잘 조합하면, 복잡한 3D 그래픽을 렌더링하거나, 대량의 데이터를 빠르게 처리하는 등 다양한 고성능 작업을 수행할 수 있습니다.

장점과 활용 분야

WebGPU의 가장 큰 장점은 다양한 환경에서 일관된 성능을 제공한다는 것입니다. WebGL의 경우, 구현과 지원 범위가 브라우저나 하드웨어에 따라 상이했지만, WebGPU는 이러한 문제를 상당 부분 해결하려고 노력하고 있습니다.

이로 인해 웹 기반 게임, 실시간 3D 시뮬레이션, 데이터 시각화, 머신러닝 등 다양한 애플리케이션에서 WebGPU를 활용할 수 있습니다. 특히, 머신러닝에서는 병렬 연산 능력을 활용하여 빠른 모델 훈련과 추론이 가능합니다.

이외에도, WebGPU는 기존 WebGL보다 더 강력한 보안 기능을 제공합니다. WebGL에서 발생할 수 있는 다양한 보안 문제를 해결하기 위한 여러 메커니즘이 구현되어 있어, 더 안전한 그래픽 처리가 가능합니다.

WebGPU 장점과 단점

WebGPU가 웹 개발에 큰 혁신을 가져오고 있는 것은 분명하지만, 그것이 만능은 아닙니다. 이번 섹션에서는 WebGPU의 장점과 단점에 대해 깊게 들어가겠습니다.

장점 👍: 뛰어난 성능과 효율성

WebGPU의 가장 큰 장점 중 하나는 높은 성능과 효율성입니다. WebGL과 비교했을 때, WebGPU는 웹 브라우저에서 사용 가능한 최신 GPU 기능을 더욱 효과적으로 활용할 수 있습니다. 새로운 아키텍처를 기반으로 하므로, 병목 현상이 덜 발생하고 연산 처리 능력이 월등히 뛰어납니다. 그래픽 렌더링이나 데이터 처리 같은 고용량 작업에서 특히 차이가 나타납니다. 덕분에 3D 그래픽, 데이터 분석, 실시간 비디오 처리 등 복잡하고 계산 집약적인 작업을 웹에서도 부드럽게 수행할 수 있게 되었습니다.

장점 👍: 넓은 활용 범위

두 번째로 주목할 만한 장점은 WebGPU의 활용 범위가 굉장히 넓다는 점입니다. 이 기술은 단순한 그래픽 작업뿐만 아니라, 기계 학습(ML), 물리 시뮬레이션, 실시간 오디오 처리 등 다양한 분야에서 활용될 수 있습니다. 이는 WebGPU가 단순히 그래픽 API를 넘어서, 웹 기반의 고성능 컴퓨팅 플랫폼으로 자리잡을 수 있음을 의미합니다.

장점 👍: 단순하고 직관적인 API

WebGPU는 API가 상대적으로 단순하고 직관적이라는 점도 큰 장점입니다. 복잡한 설정이나 초기화 과정 없이도 빠르게 원하는 기능을 구현할 수 있습니다. 또한, 이전에 WebGL을 사용해본 경험이 있는 개발자라면 더욱 빠르게 적응할 수 있을 것입니다.

단점 👎: 아직 초기 단계

WebGPU의 가장 큰 단점은 아직 초기 단계에 있어 완전히 안정화되지 않았다는 점입니다. 새로운 기술이라는 것은 더 많은 시행착오와 함께 변화가 빠르게 일어난다는 것을 의미하기도 합니다. 이는 사용자가 API 변경이나 호환성 문제에 직면할 가능성을 높여줍니다.

단점 👎: 브라우저 호환성

두 번째 단점은 브라우저 호환성이 다소 제한적이라는 점입니다. WebGL과 달리 WebGPU는 아직 새로운 기술이므로, 모든 웹 브라우저에서 지원되지는 않습니다. 이로 인해 사용자 층을 확보하기 어려울 수 있으며, 일부 브라우저에서는 원활한 작동을 보장하기 어렵습니다.

WebGPU의 미래

웹의 세계는 끊임없이 발전하고 있으며, 이러한 발전 속에서 WebGPU는 그 중심 역할을 하게 될 것으로 보입니다. WebGPU의 미래는 어떤 방향으로 진화하고, 어떤 영향을 미칠지 궁금증을 가지게 합니다. 본 글에서는 WebGPU의 미래에 대한 몇 가지 예상과 그 영향에 대해 살펴보겠습니다.

1. 향상된 웹 기반 게임

WebGPU의 등장으로 웹 기반 게임의 질과 성능은 크게 향상될 것입니다. WebGPU는 그래픽 처리 능력이 월등히 높아 WebGL에 비해 훨씬 복잡하고 세부적인 그래픽을 웹에서도 표현할 수 있게 될 것입니다.

현재 PC나 콘솔 게임의 수준에 가까운 그래픽을 웹 게임에서도 경험할 수 있게 되면, 웹 게임 시장은 크게 확장될 것입니다. 특히 클라우드 기반 게임 스트리밍 서비스가 인기를 얻고 있는 상황에서, WebGPU는 클라우드 게임의 성능을 한 단계 높여줄 역할을 할 것입니다.

2. 웹 기반 AR/VR 환경의 진화

최근에는 AR(Augmented Reality)와 VR(Virtual Reality) 기술이 각광받고 있습니다. WebGPU의 등장으로 웹 기반의 AR/VR 애플리케이션의 성능이 크게 향상될 것으로 예상됩니다.

WebGL로는 제한적인 AR/VR 경험만을 제공할 수 있었지만, WebGPU를 통해 더욱 풍부하고 복잡한 3D 그래픽과 상호작용을 웹에서도 경험할 수 있게 될 것입니다. 이러한 변화는 웹을 기반으로 한 새로운 형태의 AR/VR 컨텐츠와 서비스의 출현을 촉진시킬 것입니다. WebGPU가 웹 기반 AR/VR의 주요 기술이 될 가능성이 높습니다.

3. 데이터 시각화와 딥러닝의 웹화

데이터 시각화와 딥러닝 분야도 WebGPU의 영향을 크게 받을 것으로 예상됩니다. 대용량의 데이터를 효과적으로 처리하고, 복잡한 계산을 수행하는 데 있어 GPU의 역할은 중요합니다. WebGPU는 웹에서도 이러한 고성능 계산을 가능하게 합니다.

특히 딥러닝 모델을 학습하거나 추론을 실행하는 웹 애플리케이션의 경우, WebGPU를 활용하면 훨씬 더 빠르고 정확한 결과를 얻을 수 있을 것입니다. 또한, 대용량 데이터를 시각화하는 웹 애플리케이션에서도 WebGPU의 활용은 필수적일 것입니다. 웹 기반 데이터 분석 툴의 성능과 기능은 WebGPU 덕분에 크게 향상될 것입니다.

WebGPU vs WebGL

WebGPU와 WebGL을 비교하면서 눈에 띄는 여러 가지 차이점이 있습니다. 이 차이점들은 성능, API의 복잡성, 그리고 호환성에 대한 부분에서 주로 발견됩니다. 이 섹션에서는 각각의 주제를 더 깊게 살펴보며, 두 기술이 어떻게 서로 다르며 어떤 상황에서 어떤 기술을 선택해야 할지에 대해 이해할 것입니다.

성능 차이

WebGPU가 WebGL보다 더 뛰어난 성능을 제공하는 주된 이유는, 최신 GPU 아키텍처에 더 근접하게 설계되었기 때문입니다. WebGL은 OpenGL을 기반으로 하며, 이는 오래된 아키텍처에 최적화되어 있습니다. 반면 WebGPU는 Vulkan, Metal, 그리고 DirectX 12와 같은 최신 그래픽 API에 더 가깝게 설계되었습니다.

이러한 아키텍처적 차이로 인해 WebGPU는 더 낮은 CPU 오버헤드, 더 효율적인 멀티스레딩 지원, 그리고 더 풍부한 그래픽 및 계산 기능을 제공할 수 있습니다. 이러한 성능 개선은 특히 실시간 3D 그래픽스, 머신 러닝, 복잡한 물리 시뮬레이션 등, 고성능을 요구하는 웹 애플리케이션에서 큰 이점을 제공합니다.

API의 복잡성

WebGL은 더 오래되고 성숙한 기술이기 때문에, API가 상대적으로 복잡하고 다양한 기능을 지원합니다. 예를 들어, WebGL에서는 다양한 종류의 셰이더와 텍스처 포맷을 지원하며, 렌더링 파이프라인 설정 옵션이 많습니다. 이것은 다양한 유즈 케이스에 대한 높은 유연성을 제공하지만, 동시에 러닝 커브를 가파르게 만들 수 있습니다.

반면에 WebGPU는 API 설계가 더 모던하고 직관적입니다. 기능이 더 적게 느껴질 수 있지만, 이는 실제로는 더 단순하고 명확한 개발 경험을 제공합니다. 또한, WebGPU는 성능을 최적화하는 데 필요한 저수준의 제어를 가능하게 하므로, 개발자가 더 효과적인 코드를 작성할 수 있습니다.

호환성 문제

WebGL은 대부분의 현대 웹 브라우저에서 지원되며, 데스크톱뿐만 아니라 모바일에서도 넓게 사용되고 있습니다. 이는 WebGL을 사용하면 대부분의 사용자에게 웹 애플리케이션을 제공할 수 있다는 이점을 의미합니다.

WebGPU는 아직 초기 단계에 있어 지원되는 브라우저가 제한적입니다. Chrome, Firefox, Safari와 같은 몇몇 최신 브라우저에서만 지원되며, 사용자가 이러한 브라우저를 사용하는 경우에만 WebGPU 기능을 체험할 수 있습니다. 따라서 현재로서는 WebGPU를 사용할 때 호환성을 신중하게 고려해야 할 필요가 있습니다.

성능, API의 복잡성, 그리고 호환성이라는 이 세 가지 주요 차이점을 통해 WebGPU와 WebGL 간의 선택은 여러 요인을 종합적으로 고려해야 합니다. 특히, 애플리케이션의 목적, 대상 플랫폼, 그리고 필요한 그래픽 기능의 복잡성 등을 고려하여 더 적절한 기술을 선택해야 할 것입니다.