GPU 서브시스템 (DRM/KMS)

Linux GPU 서브시스템(DRM/KMS)을 디스플레이 파이프라인(Pipeline)과 연산 가속 경로를 함께 보는 관점에서 심층 분석합니다. DRM core와 KMS 객체 모델(CRTC/plane/encoder/connector), GEM/TTM 메모리 관리(Memory Management)자, DMA-BUF 기반 장치 간 버퍼(Buffer) 공유, atomic modesetting과 vblank 동기화, fence 기반 GPU 작업 순서 제어, 전원·클럭·열 관리(Thermal Management), userspace(Mesa/Wayland)와의 ioctl 계약, debugfs/tracepoint로 프레임 드롭과 hang을 진단하는 방법까지 GPU 드라이버 개발 핵심을 다룹니다.

세부 문서 안내

GPU 서브시스템 문서는 주제별로 3개의 세부 문서로 나뉘어 있습니다. 각 문서에서 해당 영역을 심층적으로 다룹니다.

DRM 서브시스템 구조 개요

DRM은 Linux 커널의 GPU 접근을 관리하는 서브시스템입니다. 원래 3D 그래픽 가속을 위해 도입되었으나, 현재는 디스플레이 출력(KMS), GPU 메모리 관리(GEM/TTM), GPU 작업 스케줄링까지 포괄하는 핵심 프레임워크로 발전했습니다.

디바이스 노드와 권한 모델 요약

현대 DRM UAPI는 GPU 하나를 단일 문자 디바이스로만 노출하지 않습니다. 같은 하드웨어라도 화면 제어, 비특권 렌더링, 비그래픽 연산을 서로 다른 노드로 나누어 권한 경계와 사용자 공간(User Space) 스택을 분리합니다.

디바이스 노드의 상세 구조와 권한 모델, drm_file 구조체(Struct), DRM master 개념 등은 DRM 코어 및 디스플레이 — 디바이스 노드와 권한 모델 섹션을 참고하세요.

DRM 아키텍처

각 계층의 상세 내용은 다음 문서에서 확인할 수 있습니다:

• KMS (Mode Setting) → DRM 코어 및 디스플레이 — KMS
• GEM / TTM / DMA-BUF → GPU 메모리 관리 및 스케줄러
• GPU Scheduler → GPU 스케줄러 (drm_sched)
• GPU 컴퓨트 (GPGPU) → GPU 컴퓨팅

DRM Accel 서브시스템 (비그래픽 가속기)

전통적으로 DRM(Direct Rendering Manager)은 그래픽 출력을 담당하는 GPU만을 관리했으나, 현대 SoC와 x86 플랫폼에는 그래픽 파이프라인 없이 연산만 수행하는 가속기(Accelerator)가 늘어나면서 커널 6.2에서 drivers/accel/ 트리와 /dev/accel/accel* 노드가 도입되었습니다. DRM의 버퍼·fence·스케줄러 인프라를 재사용하되, 디스플레이와 관련된 KMS 경로를 완전히 제거한 경량 경로입니다.

커널 트리에 상주하는 주요 Accel 드라이버

각 Accel 드라이버의 상세 아키텍처, 컴파일러 스택, DMA-BUF 연계는 NPU 문서에서 다룹니다. 최근 몇 년간 Accel 드라이버가 꾸준히 추가되면서, NPU 하드웨어 다변화가 본격화되고 있습니다. 다만 개별 드라이버의 정확한 공개 시점과 머지 여부는 메인라인 릴리스 노트를 다시 확인하는 편이 안전합니다.

Accel UAPI와 일반 DRM UAPI의 공통·차이점

Rust GPU 드라이버 생태계

2025년은 Rust 언어가 리눅스 커널 GPU 서브시스템에 본격 도입된 분기점입니다. 메모리 안전 언어로 GPU 드라이버를 작성하려는 흐름은 Apple Silicon에서 시작되어, NVIDIA GSP 드라이버(Nova)가 메인라인에 합류하면서 가속됐습니다. 기존 C 기반 DRM 인프라는 그대로 유지하면서, 새 드라이버가 DRM 바인딩을 Rust로 감싸는 방식으로 확장됩니다.

Nova — NVIDIA GSP 기반 Rust DRM 드라이버 (커널 6.15+)

Nova는 NVIDIA GeForce RTX 20(Turing) 이후 세대의 GPU System Processor(GSP) 기반 GPU를 위한 새 드라이버로, Red Hat의 Danilo Krummrich가 주도하여 2025년 5월 커널 6.15에 drivers/gpu/drm/nova/가 머지됐습니다. 기존 Nouveau를 대체하는 후속 드라이버를 목표로 하며, 현재는 초기 코어 컴포넌트와 프로젝트 문서만 머지된 실험 단계입니다. 2025년 하반기에는 NVIDIA 소속 엔지니어가 공동 메인테이너로 합류했습니다.

Asahi AGX — Apple Silicon GPU 드라이버

Apple M1/M2/M3/M4 시리즈의 내장 GPU인 AGX는 Asahi Linux 프로젝트에서 Rust로 작성한 드라이버로 리눅스에서 구동됩니다. AGX 드라이버는 DRM 서브시스템용 Rust 바인딩을 실제 production-level로 처음 도입한 사례로, Mesa의 Honeykrisp(Vulkan) / Gallium AGX(OpenGL 4.6, ES 3.2) 드라이버와 짝을 이룹니다. 현재 업스트림 머지 목표로 AsahiLinux/linux의 gpu/rust-wip 브랜치에서 재작성이 진행 중입니다.

Rust DRM 바인딩의 공통 기반

두 드라이버는 공통으로 다음 Rust 추상화에 의존합니다:

• kernel::drm::device — drm_device 래퍼와 driver registration
• kernel::drm::file — 파일 ops, ioctl dispatch
• kernel::drm::gem — GEM Object 트레이트와 수명주기 관리
• kernel::drm::sched — drm_sched Rust 래퍼 (진행 중)
• kernel::dma_fence — dma_fence 래퍼로 동기화 프리미티브를 안전하게 다룹니다

이들 크레이트는 기존 C API를 그대로 호출하므로 ABI 변경 없이 공존하며, unsafe 블록은 FFI 경계에만 남겨 안전성을 확보합니다.

drm_panic — 커널 패닉(Kernel Panic) 화면 인프라

드라이버가 Wayland·compositor 없이 DRM 프레임버퍼만 보유한 상태에서도 커널 패닉(Kernel Panic) 시 사용자에게 읽을 수 있는 메시지를 남기는 구조가 2024년 커널 6.10에서 추가되었습니다. fbcon(Frame Buffer Console)이 없거나 VT가 꺼진 환경에서도 화면에 패닉 내용을 그려주며, Fedora와 Arch 계열처럼 이를 적극 도입한 배포판이 있습니다. 다만 2026년 4월 기준으로 배포판별 기본 활성 범위와 사용자 노출 방식은 릴리스별로 다를 수 있으므로 해당 배포판 문서를 함께 확인하는 편이 안전합니다.

동작 원리

패닉 시 드라이버가 등록한 drm_panic 콜백(Callback)이 호출되어, fence·mutex 없이 MMIO만으로 프레임버퍼를 직접 갱신합니다. 따라서 패닉 루틴은 일반 드라이버 경로와 완전히 분리된 lock-free·interrupt-safe 구현이어야 합니다.

/* include/drm/drm_panic.h */
struct drm_panic_scanout {
    void        *vaddr;      /* 직접 접근 가능한 프레임버퍼 포인터 */
    unsigned int pitch;      /* 라인 당 바이트 */
    unsigned int width, height;
    u32          format;     /* DRM_FORMAT_* */
};

struct drm_plane_helper_funcs {
    ...
    int (*get_scanout_buffer)(struct drm_plane *, struct drm_panic_scanout *);
    void (*panic_flush)(struct drm_plane *);
};

지원 드라이버 현황 (2026년 기준)

2025-2026 DRM 동향과 커널 버전 매트릭스

2025년부터 2026년 상반기까지 GPU·가속기 서브시스템에 머지된 주요 기능을 커널 버전별로 요약합니다. 배포판 선택·드라이버 포팅 계획에 참고할 수 있습니다.

관련 연혁: GPU / DRM 변경 이력

3대 하이라이트

1. Rust의 본격 도입 — Nova(NVIDIA)·Asahi AGX(Apple)·Tyr(Arm) 등 Rust 기반 DRM 드라이버가 잇따라 제안되고, kernel::drm 바인딩이 안정화 경로에 들어섰습니다.
2. 가속기 생태계 확장 — AMDXDNA(Ryzen AI)·Rockchip Rocket(RK3588)에 이어, 2026년에도 최소 2종의 새 NPU 드라이버가 예정되어 Accel 서브시스템이 GPU 못지 않은 규모로 성장 중입니다.
3. 색 파이프라인·동기화 현대화 — KMS Color Pipeline API(HDR), linux_drm_syncobj_v1(Wayland explicit sync), DMEM cgroup(VRAM 제한), Fair DRM Scheduler 등으로 게임·HDR·컨테이너 워크로드에서의 체감 품질이 크게 개선됐습니다.

커널 버전별 주요 변경사항 (2025~2026)

참고자료

관련 문서

이 주제와 관련된 다른 문서를 더 깊이 이해하고 싶다면 다음을 참고하세요.

• DRM 코어 및 디스플레이 (KMS) — DRM 코어, KMS, atomic modesetting, 디스플레이 프로토콜
• GPU 메모리 관리 및 스케줄러 — GEM/TTM, DMA-BUF, GPU 스케줄러, GPUVM, 전원 관리
• GPU 컴퓨팅 (GPGPU) — CUDA, OpenCL, Vulkan Compute, ROCm/HIP, Intel oneAPI
• ROCm / HIP — AMD GPU 컴퓨트 플랫폼, KFD 드라이버, RDNA/CDNA 아키텍처
• NPU (Neural Processing Unit) — AI 가속 디바이스
• 디바이스 드라이버 — 디바이스 드라이버 모델, DMA, IRQ
• PCI / PCIe — PCI/PCIe 버스(Bus) 아키텍처
• 인터럽트(Interrupt) 처리 — IRQ 핸들링
• DMA — DMA 매핑(Mapping)과 전송
• 전원 관리 — 디바이스 전원 관리