[반도체가 만드는 세상] 설치 없이 언제 어디서나 바로 즐기는 ‘클라우드 게임’

게이머들에게 극한의 인내심이 요구되는 순간이 있다. 게임을 실행했는데 업데이트 화면이 뜰 때, 신작 게임을 설치하려는데 저장공간이 부족해 설레는 마음을 누르고 PC 정리부터 해야 할 때, 그리고 게임 설치 완료를 기다리느라 몇 시간 째 모니터만 바라보고 있어야 할 때. 겨우 짬을 내 모처럼 느긋하게 게임 할 시간을 냈는데 속절없이 시간만 버려본 경험이 한 번이라도 있다면, 인내심의 한계쯤은 이미 진작에 확인해봤을 터.

지긋지긋한 기다림도 이제 곧 끝난다. 5G가 본격적으로 서비스가 시작되고 컴퓨팅 기술도 발전을 거듭하면서, 인터넷만 연결돼 있다면 설치 과정 없이 어느 기기에서나 바로 게임을 실행할 수 있는 ‘클라우드 게임(Cloud Game)’의 대중화 시기가 앞당겨지고 있기 때문. 드디어 게이머들이 진정으로 원하던 ‘멋진 신세계’가 열리고 있다.

PC 대신 서버에서 데이터 설치∙실행…‘클라우드 서비스’ 이용한 새로운 게임환경

클라우드 게임은 일종의 스트리밍 서비스(Streaming Service)1)다. 사용자는 게임 화면을 볼 수 있는 디스플레이와 명령을 입력할 수 있는 컨트롤러만 있으면 게임을 즐길 수 있다. 게임 실행에 필요한 데이터는 개별 기기가 아닌 중앙 서버에 저장되고, 입력된 명령을 실행하는 연산∙처리과정 역시 데이터가 설치된 중앙 서버에서 이뤄진다.

클라우드 게임의 스트리밍 방식은 크게 두 가지로 구분할 수 있다. 첫 번째, ‘비디오’ 스트리밍 형식은 서버에 저장된 게임 데이터가 중개 거점인 ‘씬 클라이언트(Thin Client)’를 거쳐 개별 기기로 전송되고, 저장할 때도 이를 통해 서버로 전송되는 방식이다. 씬 클라이언트는 서버와 이용자 간의 데이터 이동이 원활하게 이루어지도록 하는 역할만 해, 작은 용량의 메모리로도 제 기능을 할 수 있다. ‘파일’ 스트리밍 형식은 최소한의 캐시(Cache)를 이용해 초기 게임을 구동하고, 점차 게임이 진행됨에 따라 게임에 필요한 데이터를 다운 받는 방식이다.2)

즉, 클라우드 게임 서비스에서 사용자의 기기는 사용자가 컨트롤러로 입력한 조작 값을 서버로 전송하고, 게임이 실행된 결과만 전달 받아 디스플레이하는 역할만 수행한다. 사용자의 기기에서 모든 작업을 수행하던 기존 게임과는 완전히 다른 메커니즘으로, 데이터를 설치할 대용량 저장장치나 고성능 컴퓨팅 시스템 없이도 고사양의 게임을 즐길 수 있다.

클라우드 게임의 또 다른 장점은 같은 게임 콘텐츠를 다양한 기기로, 언제 어디서나 손쉽게 즐길 수 있다는 점이다. 설치뿐만 아니라 추가적인 업데이트까지 모두 서버에서 실시간으로 이뤄지기 때문. PC에서 즐기던 게임 데이터를 그대로 이어받아 모바일 기기로 바로 플레이 할 수 있고, 기존에는 콘솔에서만 가능하던 비디오 게임을 태블릿 기기로도 즐길 수 있다.

머지않은 미래에는 최고 사양의 PC에서나 즐기던 최신 온라인 게임이나 가상현실 게임을 TV나 스마트폰에 네트워크 기능이 탑재된 소형 콘솔 하나를 부착하는 것만으로도 즐길 수 있을 것으로 기대된다.

‘반도체’가 촉발한 게임업계 ‘생존경쟁’, 클라우드 게임 중심 수익모델 변화 가속화

게임업계는 혁신적인 게임환경을 제공하는 클라우드 게임이 차세대 게임 플랫폼으로 자리 잡을 것으로 기대하고 있다. 클라우드 게임을 게임업계의 치열한 생존경쟁에서 살아남기 위한 유일한 수단으로 바라보는 시각도 있다. 갈수록 게임의 그래픽 수준은 향상되고 게임 실행에 필요한 데이터의 크기가 점점 커지면서, 게임 구동에 필요한 하드웨어 사양이 끝도 없이 치솟고 있기 때문.

지난해 출시된 ‘파이널 판타지 15’의 실행 요구 용량이 업계 최초로 100GB를 넘긴 데 이어, 최신 게임인 ‘콜 오브 듀티: 모던 워페어’는 하드디스크에 175GB 이상의 여유 공간이 없으면 실행조차 불가능하다.(공식 최소사양 기준) 조만간 200GB 이상의 용량을 요구하는 게임도 등장할 것으로 예상된다. 이는 256GB SSD의 저장공간 대부분을 게임 하나의 데이터를 저장하는 데 사용해야 한다는 것을 의미한다.

특정 게임 플레이를 위해 사용자에게 별도의 저장장치나 최고사양의 PC를 구매하도록 유도해야 하는 현 상황은 사용자뿐 아니라 게임 패키지를 보다 많은 사용자에게 판매해야 하는 게임업체 입장에서도 달갑지 않다.

특히 새로운 그래픽 기술인 ‘레이트레이싱(Ray Tracing)’의 등장이 결정적인 분기점이 될 전망이다. 레이트레이싱은 그래픽이 표시하고자 하는 사물과 주변의 광원 상태를 인지해, 광원에서 나오는 광선이 물체에 끼치는 영향(현상)을 연산(시뮬레이션)을 통해 이미지화하는 기법이다. 단순히 눈에 보이는 물체의 단면을 이미지로 표현하는 게 아니라 물체를 둘러싼 환경을 연산장치가 이해하는 방식으로 레이트레이싱으로 표현된 이미지는 실제 사물과 큰 차이를 보이지 않는다.3)

엔비디아가 지난해 8월 공개한 튜링(Turing) 기반 설계로 구현된 신규 GPU는 레이트레이싱 그래픽 렌더링을 지원해, 게임 내 그래픽 품질을 실사 수준으로 끌어올렸다. 문제는 엔비디아의 그래픽 카드 지포스 RTX를 채택하는 것만으로 레이트레이싱 구현이 가능해진 PC와는 달리, 콘솔에서는 레이트레이싱 구현이 쉽지 않다는 점이다. 콘솔 가격이 대략 40~50만원인데 비해, 지포스 RTX의 가격대는 약 50~100만원 수준에서 형성되고 있다. 현재의 콘솔게임 사업의 수익구조와 콘솔 가격을 고려할 때, 레이트레이싱 구현이 가능한 그래픽 카드를 장착하기는 현실적으로 쉽지 않다.4) 콘솔 위주의 글로벌 게임기업인 소니(Playstation, 이하 PS), 마이크로소프트(XBOX) 등은 새로운 돌파구를 모색해야 하는 상황으로 내몰린 것.

그 돌파구로 선택된 분야가 바로 클라우드 게임 서비스. 소니는 올해 5월 IR Day 2019를 통해 레이트레이싱 구현이 가능한 차세대 PS를 공개하는 한편, 향후 전개해나갈 클라우드 게임 전략을 발표했다. 골자는 PS4 리모트 플레이를 강화해 PS에 가정 내 소규모 데이터센터 역할을 더하는 것. PS를 PC, 스마트폰 등 타 기기와 네트워크로 연동해 PS에서만 즐길 수 있었던 게임을 개별 기기에서도 즐길 수 있게 할 계획이다.

▲영상 출처 : XBOX 유튜브 공식 채널

마이크로소프트 역시 지난 6월 세계 최대 게임 박람회 ‘E3 2019’에서 자사 콘솔게임 플랫폼 XBOX의 고화질∙대용량 게임을 스마트폰에서 다운로드∙설치 없이 즐길 수 있는 클라우드 게임기술 ‘프로젝트 엑스클라우드(Project xCloud)’를 선보였다. 마이크로소프트는 이미 전 세계 140개국 54개 지역에 애저(Azure) 서버를 운영하고 있어, 서비스 안정성 측면에서 많은 기대를 받고 있다. 국내에서는 SK텔레콤과 손잡고 지난 10월부터 시범 서비스를 진행 중이다.

글로벌 IT 공룡들, 시장 선점 위해 속속 참전…성장하는 클라우드 게임 시장

이러한 패러다임 변화는 이미 오래 전부터 클라우드 서비스를 제공해온 글로벌 IT 기업에게도 새로운 기회가 될 것으로 기대된다. 추가적인 투자 없이 기존 사업을 위해 구축한 글로벌 규모의 데이터 서버 인프라를 활용할 수 있기 때문. 실제 구글, 아마존 등 그간 게임산업과의 접점이 적었던 IT 기업들이 클라우드 게임 서비스에 적극적으로 뛰어들고 있다.

구글은 지난달 19일부터 북미와 유럽 19개 국가에서 웹(크롬) 기반 클라우드 게임 플랫폼 스타디아(Stadia)의 서비스를 시작했다. 스타디아의 최대 강점은 ‘구글’이 보유한 IT 인프라다. 웹 포털, 유튜브 등 기존 서비스 플랫폼에 더해 자체 클라우드 서비스도 운영하고 있는 만큼, 서버 운영역량에서만큼은 경쟁업체들에 비해 경쟁우위를 확보하고 있다는 평가다. 출시 초기 뜨거운 반응에서도 스타디아에 대한 시장의 기대감을 확인할 수 있다. 미국 시장조사업체 센서타워에 따르면 출시 첫날에만 스타디아 전용 게임을 구매를 위한 모바일 애플리케이션 다운로드 수가 17만5,000건에 달한다.

▲영상 출처 : STADIA 유튜브 공식 채널

전세계 1위 클라우드 사업자이자, 현재 트위치를 통해 스트리밍 방송 서비스를 제공하고 있는 아마존은 클라우드 게임 분야에서도 가장 기대되는 IT 기업. 2017년 영국과 아일랜드에서 클라우드 게임 서비스를 제공하는 게임스팍스(GameSparks)를 인수한 바 있으며, 클라우드 기반 게임 개발을 위한 기술에 있어서도 선두 그룹으로 평가 받는다. 올해 초 현지언론을 통해 이미 한차례 클라우드 게임 플랫폼 론칭 계획이 공개된 바 있으며, 업계에서도 아마존의 새로운 클라우드 게임 플랫폼이 2020년 론칭될 것으로 예측하고 있다.

엔비디아 역시 클라우드 게임 분야에서는 빼놓을 수 없는 주요 플레이어다. 자체 그래픽 카드에 기반한 높은 수준의 스트리밍 기술을 활용해, 자체 클라우드 게임 플랫폼 ‘지포스 나우(GeForce Now)를 이미 성공적으로 운영하고 있다. 지포스 나우는 배틀그라운드, 포트나이트, 하스스톤 등 400개 이상의 게임을 확보하고 있으며, 현재 상용화 단계에 도달한 클라우드 게임 서비스 중에서는 유일한 PC 기반 클라우드 게임이라는 점도 차별점이다.

이 밖에 미국 대형 통신기업 버라이즌, 스트리밍 동영상 서비스 업계 1위 넷플릭스, 대형 게임기업 블리자드와 밸브도 클라우드 게임 시장의 패권을 노리고 있다. 각각 5G 통신망, 영상 스트리밍 노하우, 자체 게임 지적재산권(IP)을 무기로 클라우드 게임 서비스를 준비하고 있는 것으로 알려졌다. 이에 따라 클라우드 게임 시장 규모 역시 빠르게 성장할 것으로 전망된다. 글로벌 시장조사업체 IHS마킷은 지난 4월 발표한 리포트에서 클라우드 게임 시장 규모가 지난해 3억8700만 달러(약 4700억원)에서 2023년 25억 달러(약 3조400억원)로 6배 이상 커질 것으로 전망했다.

클라우드 게임 대중화 이끈 핵심 변화는 5G가 바꿔놓은 ‘네트워크 환경’

게임업계는 2000년대 초반부터 시장 선점을 위해 클라우드 게임 서비스 개발을 위해 노력해왔다. 기술적인 측면에서는 2000년 G-cluster가 E3에서 클라우드 게임기술을 시연한 것이 최초, 서비스를 갖춘 건 2010년 온라이브(Onlive)가 선보인 초기 단계의 클라우드 게임 서비스가 최초로 꼽힌다.

하지만 초기 단계의 클라우드 게임 서비스는 대중화에 이를 만큼 경쟁력을 갖추지 못했다. 사용자 인터넷 환경에 따라 지연시간이 발생하고 사용자의 입력에 즉각적으로 반응하지 못하는 문제가 발생했기 때문. 전송되는 데이터를 압축하기 위해 게임 해상도가 낮게 표현되는 문제점도 발생했다.5) 특히 여러 명의 사용자가 같은 네트워크에 접속하는 온라인 게임의 경우 네트워크 문제가 두드려졌다. 게임 서버와의 거리가 가까운 사용자와 거리가 먼 사용자간 전송속도/지연속도 수준이 현격한 차이를 보인 것. 높은 이용요금 역시 대중화를 가로막는 걸림돌로 작용했다.

하지만 5G 기술의 상용화로, 클라우드 게임 역시 새로운 전기를 맞이했다. 클라우드 게임 서비스에 필요한 최소 인터넷 속도는 약 10Mbps.6) 이론적으로는 최고속도 1Gbps, 지연속도 10ms, 이용자 체감 전송속도 10Mbps 수준의 4G 네트워크 환경에서도 클라우드 게임 서비스 운영이 가능하다. 하지만 개별 기기에 설치된 데이터를 바로 불러들여 실행하는 기존 게임 방식에 비해 소비자가 체감하는 게임환경은 턱없이 부족한 게 현실이다.

반면, 최고속도 20Gbps, 지연속도 1ms, 이용자 체감 전송속도 100Mbps 수준의 5G 네트워크 환경에서는 클라우드 게임 방식으로도 부드럽게 게임을 할 수 있는 환경이 제공된다. 특히 5G는 게임의 조작성과 밀접한 연관을 맺는 지연속도가 4G 대비 10분의 1 수준에 불과해, 실시간 수준의 게임 조작환경 구축이 가능할 전망. 다수의 사용자가 하나의 서버에 접속하는 실제 게임환경까지 고려하면 그 격차는 더 크게 벌어진다. 4G 네트워크의 접속밀도는 ㎢당 10만대에 불과한 것에 반해, 5G 네트워크의 접속밀도는 ㎢당 100만대에 달하기 때문.

자체 콘솔기기를 일종의 미니 데이터센터로 활용하는 소니, 그래픽 카드 전문 제조업체로 스트리밍 기술 확보가 용이한 엔비디아 정도를 제외하면, 클라우드 게임 서비스를 준비하고 있는 대부분의 기업들이 5G 상용화 원년인 올해 하반기 이후를 겨냥해 서비스를 론칭하는 것도 이와 무관하지 않다.

5G, 그리고 클라우드 게임을 완성하는 ‘메모리 반도체’

클라우드 게임 서비스가 상용화되면 하나의 서버에서 수많은 가입자의 게임 데이터를 동시에 처리해야 한다. 가입자 수에 따라 달라질 수 있지만, 반도체 업계선 2021~2022년경에는 클라우드 게임 서비스에서만 하루에 수백 제타플롭스(Zeta FLOPS)7) 수준의 데이터가 발생할 것으로 예상한다.

▲SK하이닉스의 HBM2E

이처럼 방대한 데이터를 처리하기 위해 데이터 서버에서는 고대역폭 메모리(High Bandwidth Memory, HBM)가 주로 활용된다. 기존 D램의 경우 데이터가 지나는 통로(IOs)가 4개나 8개, 많아야 16개인 것에 비해, HBM은 이 통로를 1024개를 제공한다. 그만큼 한 번에 많은 데이터를 연산할 수 있어, 서버 내 데이터 처리속도를 향상시키는 데 기여하고 있다.

D램 상품기획 담당 PC Client & embedded 기획 소속 정병진 TL은 “데이터센터에서는 HBM 제품 등의 1024IOs 이상의 D램이 점차 확대될 것”이라며 “전체적으로는 DDR4가 메인 제품으로 활용되겠지만, 몇 년 후에는 DDR5로의 전환이 예상된다”고 말했다.

서버에서 게임 데이터를 처리하는 과정에서는 ‘엑셀러레이터(Accelerator)’ 안에서 데이터 처리를 돕는 그래픽 D램의 역할이 중요하다. Accelerator는 일종의 그래픽 처리장치(GPU)로, 하나의 코어로 매우 빠른 속도로 데이터를 처리하는 컴퓨팅 처리장치(CPU)와는 달리 여러 개의 코어를 갖추고 있어 동시에 많은 수의 연산을 할 수 있다. 이 같은 특성으로 최근 빅데이터나 인공지능 기술에 주로 활용되고 있으며, 클라우드 서버 내에서 대량의 데이터를 처리하는 데에도 핵심적인 역할을 한다.

그래픽 D램은 Accelerator 내 각 코어에서 연산이 이뤄지는 동안 필요한 데이터를 저장하고, 연산된 데이터를 받아 전송하는 역할을 한다. 클라우드 게임 서비스에 필요한 연산은 현재 출시된 GDDR6 이하 수준으로도 충분히 대응할 수 있다. 

D램 상품기획 담당 Graphic Auto 기획 소속 최환영 TL은 “그래픽 D램의 성능이 향상될수록 한 번에 많은 양의 데이터를 저장할 수 있고 데이터를 읽고 쓰는 시간을 단축할 수 있다”며 “앞으로 동일한 공간에서 처리 효율을 향상시키는 방향으로 기술 발전이 이뤄질 것”이라고 전망했다.

클라우드 게임 서비스의 선결조건인 5G 네트워크 환경을 구축하는 데에도 메모리 반도체가 활용된다. 개별 네트워크 장비 안에 네트워크향 D램이 탑재돼, 장비 시스템이 전송 받은 패킷 데이터를 어디로 이동시킬지, 여러 개의 패킷 데이터 중 어떤 데이터를 먼저 처리할지 결정하고 연산하는 동안 패킷 데이터를 보관하는 역할을 맡고 있는 것. 

정병진 TL은 “네트워크 시스템 안에서 연산된 데이터를 빠르게 전달하기 위해서는 상대적으로 Bandwidth가 높은 D램이 필요하고, 무선 환경인 만큼 전력소모를 줄이는 노력도 뒤따라야 할 것”이라며 “이에 따라 시스템 기준 256개 이상의 IOs가 필요할 것으로 예상되고 이를 위해 LPDDR 계열의 4CH 제품 또는 IOs 확보에 특화된 Customized LPDDR 계열의 제품이 확보돼야 할 것”이라고 전망했다.

<각주>
1) 네트워크를 활용해 소리(음악)나 영상 등의 멀티미디어 파일을 실시간으로 전송∙재생하는 서비스
2) ‘미국 콘텐츠산업동향 : 미국 클라우드 게이밍 현황과 전망’ 한국콘텐츠진흥원(2019)
3) 권윤구∙정희석, ‘한국투자증권 글로벌기업 이슈 Next Big Thing: 클라우드 게임산업’ 한국투자증권(2018)
4) 권윤구∙정희석, ‘한국투자증권 글로벌기업 이슈 Next Big Thing: 클라우드 게임산업’ 한국투자증권(2018)
5) 장인애, ‘5G 시대를 맞이하는 글로벌 클라우드 게이밍 시장 동향’ 정보통신산업진흥원(2019)
6) ‘글로벌 게임산업 트렌드 : 5G의 게임산업 영향력과 주요 국가별 5G 정책’ 한국콘텐츠진흥원 (2019)
7) 초당 부동소수점 연산(FLoating point Operations Per Second, FLOPS)은 컴퓨터가 1초 동안 수행할 수 있는 부동소수점 연산의 횟수를 의미한다. 여기선 데이터 처리량을 나타내는 단위로 사용됐다. Zeta는 10해(10의 21승)를 의미하는 수의 단위다.

<참고문헌>
권윤구∙정희석, ‘한국투자증권 글로벌기업 이슈 Next Big Thing: 클라우드 게임산업’ 한국투자증권(2018)
권윤구∙장환영, ‘한국투자증권 글로벌기업 노트 클라우드 게임: 아마존, 버라이즌도 진출’ 한국투자증권(2019)
권윤구∙장환영, ‘한국투자증권 글로벌기업 노트 우려를 불식시킬 소니의 클라우드 게임’ 한국투자증권(2019)
‘글로벌 게임산업 트렌드 : 5G의 게임산업 영향력과 주요 국가별 5G 정책’ 한국콘텐츠진흥원 (2019)
‘클라우드 이슈 리포트: 클라우드 게이밍 서비스 현황’ 한국정보화진흥원(2018)
임영식, 이슬미 ‘이슈브리프 : 5G가 열어줄 클라우드 게임 시대’ KDB미래전략연구소 산업기술리서치센터(2019)
장인애, ‘5G 시대를 맞이하는 글로벌 클라우드 게이밍 시장 동향’ 정보통신산업진흥원(2019)
‘ICT Brief 2019-23’ 정보통신기획평가원(2019)
‘미국 콘텐츠산업동향 : 미국 클라우드 게이밍 현황과 전망’ 한국콘텐츠진흥원(2019)