eGPU

eGPU(external GPU, 외부 GPU)는 별도로 준비한 데스크탑 그래픽 카드와 노트북을 연동시키는 기술이다.

일반적인 데스크탑 PC용 그래픽 카드를 GPU 박스의 PCI Express 슬릇에 물린 다음 해당 GPU 박스를 노트북 컴퓨터와 연결시켜서 사용한다. 대부분의 경우는 노트북과 케이블에서 Thunderbolt 3 인터페이스를 지원해야 한다. Thunderbolt 3는 USB Type-C 단자를 통해 PCI Express 버스의 레인을 외부 GPU(GPU 박스)에 할당하게 해주는 기술로 eGPU의 핵심적인 역할을 한다. 그러나 USB Type-C라고 해서 반드시 썬더볼트 3를 지원하는 것은 아니니 주의할 것.[1][2]

구형 노트북에서 eGPU 이용을 위해 Express card를 통하거나 노트북 하판을 들어내어 mini PCIe(PCIe x1~x2)에 직결하는 경우가 있다. 2007년에 발표된 아수스 ROG XG Station과 2010년 MSI GUS ExpressCard가 대표적이다. 괜히 썬더볼트 1~2 모델이 없었는데도 불구하고 썬더볼트 3를 적용한 모델이 XG Station 2가 아니다.

2011-12년에는 소니 VAIO Z 시리즈의 파워 미디어 독이 있었는데, 독특하게 이 제품은 인텔 데모의 USB 3.0/Light Peak(썬더볼트1)를 도입한 유일한 제품이며 AMD Radeon 6650M(VPC-Z21)/7670M(SVZ13) 1GB을 탑재하고 있었다.

조금 더 신형모델로 와서는 Thunderbolt 3를 지원하지 않지만 NVMe M.2는 지원되는 경우에는 NVMe M.2(PCIe x2~x4) 슬롯에 직결하는 eGPU 킷도 존재한다.[3] 이 때는 내부 디스플레이 활용은 불가능하며 그래픽카드에 직결된 외부 디스플레이 활용만이 가능하다.

외부 디스플레이를 사용하게 될 경우에는 출력되는 화면을 eGPU가 처리하게 되고, 노트북 내부 디스플레이를 사용하게 될 경우에는 eGPU가 그래픽을 처리한 다음에 스위처블 그래픽 기술을 통해 노트북의 내장 그래픽이 직접 화면을 출력한다.

1. 가능하면 M.2 슬롯을 사용하는 것이 좋다. mPCIe 슬롯을 사용시는 최대 GTX1060 수준까지가 한계. 이 이상을 사용하면 대역폭 부족으로 성능 저하가 발생한다. (M.2 : PCIe x4 / mPCIe : PCIe x1)

2. 설치 키트가 여러가지가 있다. 흔히 접할 수 있는 라이저카드나 exp gdc를 사용하면 안된다. 회로 설계가 불안정하여 지속적으로 블루스크린이 발생한다. 대만 제품중 pe4c 및 해당 기업에서 파는 제품이 있으니, 비싸더라도 해당 제품을 구입해야 사용중에 암에 걸리지 않는다 한다.

3. 외부로 그래픽카드가 나오는만큼 선정리를 특히 잘해야 한다. 전원케이블 주변등 데이터 전송간 오류가 발생할 수 있는 환경을 주면 안된다. 필요하다면 시중에서 판매하는 페라이트 코어를 구매하여 eGPU 관련 케이블에 떡칠사용할것을 권한다. 10번 블루스크린 발생할 것을 1번으로 줄여주고 1번 발생할것을 안 나오게 해준다.

4. 물리적 설치후 초기 부팅 및 드라이버 설치간 제대로 작동하지 않는 경우 diy egpu(유료)프로그램이나 nvidia error 43 fixer 프로그램을 사용하면 된다.

5. 반드시 실사용 전에 OCCT 등 벤치마킹 프로그램을 사용하여 오류가 발생하는지 확인한다. 그래야 게임하다 튕겨서 키보드 샷건치지 않는다 대체로 설치가 잘못된 경우 시작후 1시간 내 블루스크린이 발생한다. (아니면 대개 실사용간 안정한 편)

6. 대개 기존 노트북에 포함된 그래픽카드[4]는 비활성화 하는 편이나. iGPU를 같이 사용하고 싶은 경우, 같이 지원하는 드라이버를 설치하거나, 최신 버전의 드라이버 inf를 수정한 뒤 설치하면 된다. 링크. (단 이 경우 너무 구형 그래픽카드는 제대로 작동하지 않을 수 있으니 주의)

7. 싸구려 파워서플라이 사용시 블루스크린(VIDEO_TDR_FAILURE) 가 자주 발생한다. 뻥파워를 사용하지 말고, 특히 파워서플라이-전원코드 간 연결하는 케이블도 굵은 것을 사용하자.

Thunderbolt의 최신 규격인 Thunderbolt 3를 통해 eGPU를 사용하더라도 데스크탑에 같은 외장 그래픽카드를 장착하는 것에 비해서 성능 하락이 최소 15% 정도 발생하게 된다. Thunderbolt 3의 PCI Express 버스의 레인이 4레인 밖에 안되기 때문이다. 심지어 노트북 제조사에 따라 2레인으로 제한되어 있는 경우도 있으며, 일부 맥북 프로의 구형 모델과 같이 포트의 위치에 따라 레인의 수가 다른 경우도 있다. 게이밍 그래픽카드의 경우 16레인으로 되어있고, Thunderbolt 3의 경우에는 2~4 레인이기 때문에 전송속도가 12.5%~25%로 줄어든다. 또한 PCI4.0 규격의 그래픽카드일 경우 전송속도가 6.25%~12.5%로 더 줄어든다.[5] (Thunderbolt 3가 PCI3.0 규격이기 때문)

케이블의 길이가 성능에 영향을 준다. (2019년 기준 2M 이상의 광 케이블은 개발 중이다.)

eGPU에 외부 디스플레이를 연결하지 않으면 자동으로 노트북의 내부 디스플레이로 화면을 출력하게 된다. 이때에는 GPU에서 나오는 디스플레이 출력정보를 노트북에 썬더볼트 대역으로 전달하므로 썬더볼트 대역 점유로 인한 성능 손실이 추가로 발생하고, 아직까지 eGPU와 MUXED 회로를 연동시키는 노트북은 존재하지 않기 때문에 엔비디아 옵티머스나 AMD PowerXpress 등의 스위처블 그래픽 기술이 쓰여 레이턴시 문제로 인한 5% 내외의 성능 손실이 추가되어 데스크탑 PC 대비 총 20~40% 내외의 상당한 성능 손실이 생긴다. 그러므로 연산을 위한 GPU 하드웨어 가속 목적이 아닌 게이밍을 목적으로 eGPU 구성시 GPU에서 직접 출력할 외부 디스플레이는 필수이다.

노트북에서는 상상할 수 없는 고성능 그래픽카드를 장착할 수 있는 수단이라는 점에서 각광받고 있다. 특히 노트북에 탑재된 외장 그래픽카드가 아니라 노트북 외부로 연결된 그래픽카드를 쓰기 때문에 발열이 줄어든다.

노트북을 구매해야 할 때에 반드시 고성능 그래픽카드가 포함된 고가의 게이밍 노트북을 살 필요가 줄어들었다. 경제적인 문제로 인해 울트라북을 사더라도 나중에 그래픽카드 맞출 자금이 생기면 GPU 박스와 그래픽카드만 별도로 구매하면 된다. eGPU는 초기에 좋은 그래픽카드가 달린 노트북을 살 때에 한꺼번에 큰 규모의 자금을 투자해야 한다는 부담을 줄여주었다. 그리고 게이밍 노트북이 아닌 다른 노트북을 사게되면 그래픽 카드를 업그레이드를 할 수 없다는 제약을 해소시켜 주었다. 또한 이러한 성능을 추구하면서 언제든지 가벼운 노트북을 들고 나가서 학교를 가거나 여러가지 일을 할 수 있고, 집에 돌아오면 언제든지 썬더볼트 단자만 꽂으면 웬만한 게이밍 노트북 수준의 성능을 가진 제품으로 변신할 수 있다는 것 또한 장점이다.

그 외에도 도킹 스테이션의 역할도 함께 할 수 있다는 큰 장점이 있다. 예를 들어 Razer Core V2 혹은 ManTiz Venus, 혹은 HP Omen 제품군을 사면 외장 그래픽 독과 함께 5개의 USB 포트, 이더넷 포트, 그리고 ManTiz Venus와 HP Omen 제품군은 SATA 포트도 함께 들어있어서 SSD 혹은 HDD를 추가로 장착할 수 있어서 울트라북의 단점인 확장성을 한 번에 커버 해줄 수 있다. 뿐만 아니라 대부분의 eGPU는 노트북 충전도 가능하기에 말 그대로 하나의 케이블로 모든 걸 할 수 있는 깔끔한 세팅을 만들 수 있다는 점이다.

장점이 장점이니만큼 단점 또한 명확하다. 케이블 하나에 송수신이 모두 이뤄짐으로 그래픽 카드의 100%의 효율을 내지는 못한다.

벤치마크 결과를 보면 사실상 게이밍 노트북과 그다지 다를바 없는 결과를 보여주고 있다. 게임은 데스크탑으로 하자. 사실상 노트북용 그래픽카드를 별도로 장착하는 셈이다.

또한 (썬더볼트 아닌 개조킷 사용시) 위에 기록된 주의사항을 지키지 않으면 블루스크린이 시도때도 없이 떠서 없던 암을 마구 생성시켜준다 매우 불편하다.

eGPU에 필요한 GPU 박스의 가격만 최소 150달러에서 최대 500달러까지 치솟을 정도로 매우 비싼 제품이지만 레이저 코어의 경우 처음 출시했을 떄 500달러라는 무지막지한 가격에도 불구하고 없어서 못 팔 정도로 많이 팔렸다. GPU 박스와는 별개로 그래픽 카드는 따로 구해야 한다.[6] 이처럼 초기비용이 매우 비싸다는 점이 큰 걸림돌이며 노트북 자체만으로도 비싼데 그래픽카드와 GPU 박스까지 구입하면 거의 게이밍 데스크탑 PC 한 대 가격이 나온다!

성능 면에서도 문제가 있는 게, 휴대성을 중시하는 타입의 노트북들은 발열과 배터리 타임 때문에 저전력 CPU를 사용한다. 휴대성을 높이고자 두께를 줄이는데 두께가 얇을수록 방열성능은 떨어진다. 결국 애초에 휴대성이 좋은 노트북을 이용하면 썬더볼트 병목이나 디스플레이 병목은 둘째치고 어지간한 최신 게임은 CPU 병목이 발목을 잡는다. 인텔 Core i 시리즈 7세대까지의 저전력 ixU 계열은 2코어 4쓰레드이므로 병목에서 자유롭지 못하다. 그러나 인텔 Core i 시리즈 8세대 저전력 i5U i7U 모델부터는 4코어 8쓰레드이므로 부스트클럭이 보장되는 상황 하에 전세대 i7HQ와 동등한 성능을 제공하여 CPU 병목에서 한발짝 벗어난다. 그런데 저전력 CPU를 채용한 노트북들은 풀클럭을 지속하도록 설계되어 있지 않다. 일부 고가모델은 얇은 두께에 고성능 CPU를 탑재하나, 이는 가성비 좋은 노트북 + 고성능 GPU라는 취지에 맞지 않기 때문에 결국엔 비슷한 돈으로 Razer Blade를 사는 게 이득인 상황이 발생한다.[7] eGPU 시장에서 유난히 15인치 맥북 프로 사용자들의 수요가 많은 것도 맥북 프로 라인이 GPU는 타협했을지언정 CPU만큼은 가능한 한 고성능의 모델을 사용하기 때문이다.

결정적으로 썬더볼트 3 단자라도 PCIe3의 대역폭을 감당 못해서 성능 차이가 생긴다는 점이다. 정확히는 성능 자체가 대폭 떨어진다. 테스트에 의하면 게임마다 차이는 있으나 성능이 거의 15~20%씩이나 떨어진다. 기가바이트에서 출시한 AORUS RTX 2080 Ti GAMING BOX를 다룬 어느 한 리뷰에 따르면, 일반 데스크탑 환경에서 35000점대가 나오는 3dmark firestrike 그래픽스코어가 외장 디스플레이 이용시 RTX2060과 비슷한 20000점대가 나오고, 내장 디스플레이 사용시 GTX1070과 비슷한 18000점대가 나온다. 리뷰에 사용된 노트북이 AERO 15 classic-SA로 메인스트림급 노트북에서의 성능이 저정도이니 경량형 노트북에서의 성능은 더 낮을 것은 자명하다. 하이엔드급 환경을 구축할 비용으로 메인스트림급 성능을 사용하는 것인데 휴대성을 위해 잃는 것이 너무나 크다. 대역폭 한계가 빡세서 사실상 데스크탑용 라이저케이블같은게 나오지 않는 이상 요원하다.

macOS는 공식적으로 eGPU를 지원하지 않다가 macOS Moajve에 들어서야 지원하기 시작했다. 설상가상으로 NVIDIA 그래픽을 장착한 Mac들이 거의 다 페이즈아웃 되면서 NVIDIA 측에서는 macOS를 위해 그래픽 드라이버조차 내지 못하는 상황. Mac에서 엔비디아 그래픽카드를 쓸려면 Mac용 NVIDIA 드라이버가 필요한데 macOS Mojave 이후론 지원이 안되고 있다.NVIDIA 쪽에서는 Apple이 허락을 안 해 줘서 못하고 있다고 하는데, Apple은 탈엔비디아를 추구 중이라지만 명확한 이유를 남기지 않았다. 이렇기 때문에 macOS에서 사용할 수 있는 eGPU는 오로지 AMD 외장 그래픽 카드뿐이다.

여기까지만 보면 문제가 없어 보이지만, 진짜 큰 문제는 dGPU 장착 모델에서 Boot Camp가 얽힐 때 발생한다. Boot Camp 환경상의 Windows 시스템에서 우여곡절 끝에 호환되는 Thunderbolt 소프트웨어를 설치한 뒤 AMD eGPU를 설치하면 dGPU와 eGPU의 드라이버가 꼬이면서 그래픽 드라이버에 거대한 크래시가 발생해서 eGPU는 eGPU대로 먹통, dGPU가 VGA 호환 모드로 작동해서 퍼포먼스가 나락으로 떨어진다.[8] 이 트랩에 잘못 걸리면 eGPU를 분리하고도 증상이 계속되어 포맷을 해야 할 정도로 꼬여버리기 때문에 역설적으로 dGPU 모델의 경우는 nVIDIA 모델을 사용해야만 정상 구동이 가능하다. 그러니까, 대부분의 게임이 지원하는 Microsoft Windows를 위해서는 nVIDIA 모델을, MacBook의 네이티브 OS인 macOS를 위해서는 AMD 모델을 사용한 eGPU를 사용해야 한다는 딜레마가 온다. macOS에서 AMD 모델을 사용하며 Windows는 Parallels Desktop이나 VMware Fusion으로 돌린다는 대책도 있으나, 완전하지 않기 때문에 상당수의 게임이 작동하지 않거나 끊긴다. 스팀의 Proton도 macOS 지원은 공식적으로 계획에 없다. 사실 MacBook의 Windows 상에서 Thunderbolt 지원이 워낙에 개판이긴 했지만, 이 경우는 오히려 공식 지원(?) 모델을 사용했더니 드라이버 크래시가 나는 특이 케이스.

Apple Silicon 칩을 탑재한 Mac 제품들은 eGPU를 지원하지 않기 때문에 eGPU를 활용할 수 없다. NVIDIA와 AMD가 Apple Silicon 칩을 위한 드라이버를 제작한다면 이야기가 달라질 수 있겠지만, GPU도 자체 개발하려고 하는 현 Apple의 움직임을 보면 그렇게 될 가능성은 낮아 보인다.

물론 가격 대비 성능으로 봤을 때는 데스크탑이 우월한 것은 사실이지만, 애초에 노트북을 사는 사람들에게 데스크탑이라는 선택지는 없을 가능성이 높다. 노트북을 산다는 건 그만큼 자리를 자주 이동하거나 최적의 공간 활용이 중시되는 환경이라는 건데, 이러한 사용 환경을 무시한 채 단순히 "데스크탑이 더 싸니 데스크탑으로 게임이나 해라" 라고 하는 비판은 사실상 적용이 안 된다. 애초에 데스크탑과는 다른 수요가 있으니까 제품이 나오고 시장이 형성된 것이지, 정말로 하등 쓸모가 없는 물건이라면 처음부터 세상에 나오지도 않았을 것이다.

마찬가지로 eGPU의 수요층은 게이밍 노트북도 살 수 없다. 휴대성이 중요해서 저전력 프로세서와 내장그래픽 달린 울트라북을 산 것인데(특히 12형 MacBook과 같이 넷북에 가까운 성능의 PC가 왜 많이 팔릴까?) 게임도 하는 것뿐이다. 아니면 게이밍 노트북의 디자인이나 AS, 내구성에 불만일 수도 있다.

그리고 정 성능이 부족하면 그냥 게이밍 노트북을 사면 되겠으나 병목 현상이 걸린다고 데스크탑으로 되던 게임이 eGPU로 안 되진 않는다.[9]

아직까지는 소수의 매니아층을 노린 상품에 불과하며, 좀 더 독자적인 시장구축과 흥행을 위해서는 우선 eGPU의 가격 하락이 이뤄져야 한다. 물론 휴대성이 있으면 좋겠지만, 애초에 책상에 올려놓고 사용하기를 목적으로 만들어진 제품이라서 무게하락은 의미가 없고 가격 하락이 절실한 상태. 과거의 $500에 비해서 현재는 $200 ~ $300 대의 가격을 형성하고 있어서 접근성이 나름 괜찮아진 건 사실이지만, 그래도 아직까지는 비싼 게 사실이다. 그리고 eGPU의 성능 저하 문제를 극복해야 하는데, 이는 eGPU를 MUXED 회로와 연동시키는 기술이 등장해야만 가능한 일이다.

그러나 미래에도 매니아 제품으로만 남을 것이라고는 보기 힘든 것이, 현재 PC 시장의 트렌드가 점차 데스크탑에서 노트북으로 옮겨가고 있기 때문.[10] 특히 2018년 7월에 애플이 새로운 맥북 시리즈 발표와 함께 자사의 eGPU 제품을 판매하기 시작하면서, 어느 정도 밝은 미래를 가진 시장으로 여겨졌다.

각종 물리적인 한계에 부딪히는 eGPU의 발전속도보다, 게이밍 노트북의 경량화나 그래픽 카드의 발전이 훨씬 더 빠르게 이루어짐으로서 전망이 매우 밝지 못하다. 당연하지만 Thunderbolt의 대역폭이 그래픽카드에 훨씬 못 미치는 상황이고 이마저도 한계가 명확한 상태라 장기적으로 해결될거라고 보기 힘들다.

서피스 북 3처럼 태블릿 기능으로 휴대성도 충족하고 하드웨어 성능도 우수한 모델도 등장했고, GeForce 라인에서는 GTX 10 이후로 Max-Q라고 불리는 게이밍 울트라북용 그래픽카드의 등장으로 충분한 성능의 15.6인치 기준 1kg대인 모델들도 많이 출시되어 상당한 경량화를 이루었다.[11] 그리고 iPad Pro나 Surface Pro 등의 대형 태블릿, Windows 태블릿PC의 등장으로 게이밍 노트북 유저라도 휴대용 태블릿PC 따로 게이밍 노트북 따로 사는 경우가 늘어났다. 심지어 Apple은 M1 Mac부터 아예 eGPU 지원 자체를 끊었다.

인터넷 속도의 발전으로 지포스 나우와 같은 클라우드 게임 서비스도 점차 활성화되면서 eGPU 시장을 발목잡는 중이다. 인터넷 환경만 받쳐준다면 저사양 노트북으로 고사양의 게임을 즐길 수 있기 때문이다. 특히 게임 쪽으로 뒤쳐지는 Mac조차 고사양의 게임을 무리없이 할 수 있을 정도라 eGPU 시장에 큰 타격을 주고 있다. 아예 지포스 나우는 레이 트레이싱까지 클라우드로 지원하는 상황. 작업쪽도 클라우드 기반이 등장하고 있으며 아마존이 적극적으로 투자 및 확장하고 있는 상태다. 아직까진 모든 분야를 커버한다고 보기 힘들나 작업범위를 점차 넓혀가고 있다는건 엄연히 사실이다. 오히려 클라우드 서비스를 통해 게임과 작업 둘다 활용할 수 있다면 오히려 eGPU따윈 비교도 안되는 성능과 스펙을 기간에 따라 빌려서 쓸 수 있다는 장점이 생긴다. 랜더링팜처럼 이미 잘만 쓰이는 방식이라 eGPU의 미래가 암울한 편이다.

결론적으로 노트북에 외장그래픽을 연결한다는 간단한 아이디어는 좋았으나 그나마 실용화된 Thunderbolt 3로도 상당한 한계가 있다.[12] 나중에 저렴한 가격에 선 하나만 꽂아도 그래픽카드가 온전한 성능으로 돌아가는 시대가 오는 건 한참 뒷일이 될 것이다. 물론 기술적으로 가능하겠지만 케이블 크기와 굵기가 훨씬 더 커질 수밖에 없고 가격도 대폭 올라가서 대중화에 어려움을 겪게 될 것이다.[13]

ASUS가 Thunderbolt 3, 4의 대역폭으로는 최신 GPU의 성능을 전부 낼 수 없다고 판단하여, 최대 PCIe 3.0 x8(63Gb/s)에 달하는 속도를 낼 수 있는 전용 커넥터[14]를 개발 및 접목하여 2021년에 Flow x13이라는 노트북을 출시했다. eGPU의 시장성이 아예 없다고는 볼 수 없고, Thunderbolt가 현재 GPU의 요구 대역폭을 소화해 낼 수 있을 때까지는 Flow x13처럼 노트북 판매사들이 전용 커넥터를 개발하여 적용시킨 노트북이 한동안 계속 출시될 가능성이 있다.