https://github.com/eazuooz/YamYam_Engine/commit/7ac7ef2842181f6eb9f79e8afb22d3878c06cd32

DX12 Frame Loop & Fence 동기화 완전 해설

YamYam Engine 기준으로 작성된 DX12 프레임 루프와 GPU 동기화 아키텍처 문서. Editor 빌드(#define WITH_EDITOR)와 Game 빌드의 구조적 차이, 그리고 Fence가 왜 필요한지를 처음부터 순서대로 설명한다.

1. 들어가며 — GPU는 CPU의 명령을 즉시 실행하지 않는다

DirectX 12를 처음 접할 때 가장 큰 충격은 이것이다.

mCommandList->DrawIndexedInstanced(...); // 이 줄은 GPU가 즉시 실행하지 않는다

이 코드는 GPU에게 "지금 그려라"를 명령하는 게 아니다. CommandList라는 녹화 테이프에 그 명령을 기록하는 것이다. GPU가 실제로 그리기 시작하는 시점은 나중에 ExecuteCommandLists()를 호출할 때다.

CPU 시점:                          GPU 시점:

DrawIndexedInstanced() 호출        ← 아직 아무 것도 안 함
ExecuteCommandLists() 호출         ← 이제 GPU가 실행 시작
CPU는 계속 다음 작업 진행          ← GPU는 비동기로 처리 중

여기서 문제가 생긴다. CPU는 빠르게 다음 프레임을 준비하려 하는데, GPU는 아직 이전 프레임을 처리하고 있다. 이 타이밍을 맞추는 장치가 바로 Fence다.

2. Fence란 무엇인가

Fence는 CPU와 GPU 사이에 놓인 단방향 신호 깃발이다.

DirectX 12에서 **Fence(펜스)**는 CPU와 GPU 사이의 '교통 정리'를 담당하는 동기화 객체입니다. 작업을 기다려야 하는 핵심 이유는 CPU와 GPU가 서로 다른 속도로 독립적으로 작동하기 때문입니다.

1. 데이터 무결성 유지 (자원 경합 방지)
   • CPU가 GPU에게 "이 데이터를 그려줘"라고 명령(Command)을 내렸다고 해서 GPU가 즉시 그리는 것이 아닙니다.
   • 만약 GPU가 아직 이전 프레임을 그리는 중에 CPU가 다음 프레임을 위해 해당 메모리(자원)를 수정해 버리면 화면이 깨지거나 오류가 발생합니다.
   • 따라서 CPU는 Fence를 통해 **"GPU가 여기까지 다 그렸니?"**라고 확인하고, 완료될 때까지 기다린 후 안전하게 다음 작업을 진행해야 합니다.
2. 비동기 실행 구조
   • DX12는 로우 레벨 API로, CPU가 명령 리스트를 작성해서 명령 큐(Command Queue)에 던져두면 GPU가 이를 가져가서 실행하는 구조입니다.
   • CPU는 명령을 던지는 속도가 매우 빠르지만, GPU는 실제 렌더링을 처리하는 데 시간이 걸립니다. Fence는 이 둘 사이의 실행 순서를 보장하는 유일한 수단입니다.

   CPU                               GPU
    |                                 |
    |  mCommandQueue->Signal(fence, N)|
    |-------------------------------->|  "N번 깃발 꽂아줘"
    |                                 |
    |  (CPU는 계속 다른 일 함)         |  ... GPU 작업 중 ...
    |                                 |
    |                                 |  [GPU가 N까지 처리 완료]
    |                                 |  fence->GetCompletedValue() == N
    |                                 |
    |  (CPU가 N 이상인지 확인 가능)    |

Signal(fence, N)은 GPU에게 "네가 여기까지 실행을 완료하면, fence의 값을 N으로 만들어줘" 라고 예약하는 것이다. CPU는 나중에 fence->GetCompletedValue()로 GPU가 어디까지 왔는지 언제든지 폴링할 수 있다.

2.1 fence 값은 단조 증가(Monotonic)해야 한다