Burst 컴파일러

Burst 컴파일러의 핵심 목표는 Unity 엔진 내에서 실행되는 C# 코드를 고도로 최적화된 네이티브 코드로 변환하여 성능을 극대화하는 것이다. 이는 기존의 JIT 컴파일러나 인터프리터 방식을 거치지 않고, 정적 분석과 컴파일 타임 최적화를 통해 직접 기계어를 생성하는 방식으로 작동한다. 이를 통해 게임 로직, 특히 수학 연산이나 물리 시뮬레이션과 같이 반복적이고 계산 집약적인 작업의 실행 속도를 크게 향상시킬 수 있다.

이 컴파일러는 C#의 안전한 코드 서브셋을 지원하며, 메모리 관리 측면에서도 최적화를 수행한다. 특히 스택 메모리 할당을 적극 활용하고 불필요한 가비지 컬렉션을 최소화함으로써 실행 시간의 예측 가능성을 높이고 지연을 줄인다. 생성된 코드는 SIMD 명령어를 활용하여 단일 명령어로 다중 데이터를 처리할 수 있도록 최적화되며, 이는 벡터 연산이 빈번한 게임 및 시뮬레이션 분야에서 큰 장점으로 작용한다.

Burst 컴파일러의 코드 생성 과정은 LLVM 컴파일러 인프라를 백엔드로 사용한다. C# 코드는 먼저 IL2CPP를 통해 중간 표현으로 변환된 후, LLVM의 강력한 최적화 파이프라인을 거쳐 다양한 CPU 아키텍처에 맞는 고효율의 네이티브 코드로 컴파일된다. 이 아키텍처에는 x86, x64, ARM, ARM64 등이 포함되어 있어 크로스 플랫폼 개발을 지원한다.

결과적으로, 개발자는 비교적 생산성이 높은 C# 언어를 사용하면서도 C++ 또는 어셈블리어 수준에 근접한 런타임 성능을 얻을 수 있다. 이는 Unity DOTS 데이터 지향 기술 스택과 결합될 때 그 진가를 발휘하며, 대규모 엔티티를 처리하는 게임이나 고사양 애플리케이션 개발에 필수적인 도구로 자리 잡았다.

Burst 컴파일러는 Unity 엔진에 깊이 통합된 구성 요소로, Unity 에디터와 런타임 환경에서 원활하게 작동한다. Unity 패키지 매니저를 통해 설치 및 관리되며, Unity의 C# Job System 및 엔티티 컴포넌트 시스템과 같은 고성능 멀티스레딩 아키텍처와 직접 연동된다. 이 통합 덕분에 개발자는 Unity 프로젝트 내의 일반 C# 코드에 특수 속성을 추가하는 것만으로도 Burst의 최적화 이점을 쉽게 활용할 수 있다.

Unity 통합의 핵심은 Unity 에디터 내에서의 반복적이고 빠른 개발 워크플로를 지원하는 것이다. Burst 컴파일러는 에디터 플레이 모드에서 실시간으로 코드를 컴파일하고 최적화하여, 코드 변경 사항을 즉시 테스트할 수 있게 한다. 또한, Unity 빌드 파이프라인에 통합되어 스탠드얼론 빌드 생성 시 대상 플랫폼에 맞는 고도로 최적화된 네이티브 코드를 생성한다. 이는 게임 개발 과정에서 생산성과 최종 제품의 성능을 동시에 높이는 데 기여한다.

Burst 컴파일러는 고성능 네이티브 코드를 생성하기 위해 LLVM 컴파일러 인프라를 백엔드로 활용한다. LLVM은 모듈화되고 재사용 가능한 컴파일러 및 툴체인 기술의 집합체로, Burst는 C#으로 작성된 작업을 LLVM의 중간 표현으로 변환한 후, 이를 대상 플랫폼의 최적화된 기계어 코드로 컴파일하는 과정을 거친다. 이 아키텍처는 Burst가 다양한 CPU 아키텍처에 대해 높은 수준의 최적화를 수행할 수 있는 기반을 제공한다.

LLVM 백엔드를 사용함으로써 Burst는 인텔 x86, ARM 등 주요 하드웨어 플랫폼에 특화된 저수준 최적화를 자동으로 적용할 수 있다. 이는 개발자가 플랫폼별 어셈블리 코드를 직접 작성할 필요 없이, C# 코드만으로도 각 프로세서의 명령어 세트와 레지스터를 효율적으로 활용하는 코드를 생성할 수 있음을 의미한다. 결과적으로 생성된 코드는 메모리 접근 패턴 최적화, 벡터화, 인라이닝 등 다양한 기법을 통해 최대의 성능을 끌어낸다.

이러한 접근 방식은 Burst 컴파일러가 Unity 엔진의 데이터 지향 기술 스택 및 엔티티 컴포넌트 시스템과 결합될 때 특히 빛을 발한다. 수많은 엔티티에 대한 병렬 처리가 필요한 시뮬레이션이나 복잡한 수학 계산에서 LLVM 기반의 최적화는 게임 실행 속도를 획기적으로 향상시키는 핵심 요소로 작용한다.

Burst 컴파일러는 Unity 엔진의 패키지 매니저를 통해 설치할 수 있다. Unity 2018.3 이상 버전부터는 패키지 매니저 창에서 공식 패키지 목록에 포함된 Burst를 검색하여 설치하는 것이 일반적인 방법이다. Unity 2020 LTS 및 이후 버전에서는 기본적으로 DOTS 관련 패키지와 함께 제공되거나, 프로젝트 설정에서 쉽게 추가할 수 있다.

설치 과정은 비교적 간단하다. Unity 에디터 상단 메뉴에서 Window > Package Manager를 선택하여 패키지 매니저 창을 연다. 패키지 목록을 'Unity Registry'로 설정한 후, 'Burst'를 검색하거나 목록에서 찾아 선택한다. 그 후 'Install' 버튼을 클릭하면 프로젝트에 Burst 패키지가 추가된다. 설치가 완료되면 프로젝트의 Packages 폴더 내 manifest.json 파일에 Burst 패키지에 대한 의존성이 자동으로 기록된다.

Burst 패키지 설치 시 주의할 점은 Unity 버전과의 호환성이다. 특정 Burst 버전은 지원하는 Unity 에디터의 최소 버전이 정해져 있으므로, 공식 문서를 확인하는 것이 좋다. 또한, Burst는 주로 엔티티 컴포넌트 시스템 및 C# 잡 시스템과 함께 사용되므로, 이러한 관련 패키지들도 함께 설치하거나 업데이트해야 최적의 성능을 발휘할 수 있다.

Burst 컴파일러를 사용하여 함수를 최적화하려면 해당 함수에 BurstCompile 속성을 명시적으로 지정해야 한다. 이 속성은 Unity.Entities 네임스페이스에 포함되어 있으며, C# 코드에서 [BurstCompile] 형태로 함수나 구조체 위에 배치하여 사용한다. 이 속성이 적용된 코드는 Unity 에디터나 런타임 환경에서 Burst 컴파일러에 의해 네이티브 코드로 컴파일되어 실행된다.

BurstCompile 속성은 여러 가지 옵션을 제공하여 컴파일 방식을 세밀하게 제어할 수 있다. 주요 옵션으로는 CompileSynchronously, OptimizeFor, FloatMode, FloatPrecision 등이 있다. 예를 들어, OptimizeFor 옵션을 통해 코드가 성능 중심으로 최적화될지, 컴파일 속도 중심으로 최적화될지를 설정할 수 있으며, FloatPrecision 옵션으로 부동소수점 연산의 정밀도를 조절할 수 있다.

이 속성을 사용할 때는 Burst 컴파일러가 지원하지 않는 일부 C# 언어 기능을 피해야 한다. 예를 들어, 가비지 컬렉션을 발생시키는 힙 메모리 할당, 리플렉션, 대부분의 예외 처리 구문은 사용할 수 없다. 따라서 BurstCompile 속성을 적용하는 코드는 주로 값 타입 구조체와 안전하지 않은 코드 컨텍스트 내의 포인터 연산을 활용하여 작성된다.

BurstCompile 속성은 Unity의 데이터 지향 기술 스택 및 엔티티 컴포넌트 시스템과 밀접하게 연동되어 설계되었다. 따라서 잡 시스템 내의 잡 구조체나 시스템 클래스에 이 속성을 적용하는 것이 가장 일반적인 사용 패턴이다. 이를 통해 게임 로직의 핵심 루프가 매우 효율적으로 실행될 수 있다.

Burst 컴파일러는 다양한 컴파일 옵션을 제공하여 개발자가 성능과 호환성 사이에서 세밀한 제어를 할 수 있게 한다. 이러한 옵션들은 주로 [BurstCompile] 속성의 매개변수나 Unity 에디터의 Burst 메뉴를 통해 설정할 수 있다.

주요 컴파일 옵션으로는 대상 CPU 아키텍처 지정, 부동소수점 연산 정밀도 제어, 디버깅 및 프로파일링 지원 활성화 등이 있다. 예를 들어, 특정 플랫폼(예: iOS, Android)에 최적화된 기계어 코드를 생성하도록 지시하거나, 성능을 위해 부동소수점 연산의 정밀도를 낮출 수 있다. 또한 최적화 수준을 조절하여 컴파일 시간과 최종 코드의 실행 속도를 트레이드오프할 수 있다.

컴파일 옵션은 다음과 같이 구성할 수 있다.

이러한 옵션들을 상황에 맞게 조합하여, 수학 및 물리 계산이 많은 게임 로직이나 Unity DOTS 기반의 시스템에서 최적의 성능을 끌어낼 수 있다. 옵션 설정은 프로젝트의 요구사항과 타겟 하드웨어에 따라 달라져야 한다.

Burst 컴파일러는 Unity 엔진에서 실행되는 C# 코드를 고도로 최적화된 네이티브 코드로 변환함으로써 뛰어난 성능 향상을 제공한다. 이는 Unity의 기존 JIT 컴파일러나 Mono 런타임을 사용할 때보다 훨씬 빠른 실행 속도를 가능하게 한다. 특히 벡터 연산과 같은 저수준 최적화를 적극적으로 수행하여 CPU의 SIMD 명령어 세트를 효율적으로 활용한다. 이로 인해 수학 및 물리 계산, 입자 시스템, 대량의 데이터 처리와 같은 연산 집약적인 작업에서 극적인 성능 개선 효과를 볼 수 있다.

성능 향상의 핵심은 LLVM 컴파일러 인프라를 백엔드로 사용하여 플랫폼별로 특화된 최적화된 코드를 생성하는 데 있다. Burst는 코드를 분석하여 불필요한 가비지 컬렉션 할당을 제거하고, 메모리 접근 패턴을 최적화하며, 루프를 자동으로 벡터화하는 등 다양한 기법을 적용한다. 결과적으로 개발자가 작성한 고수준의 C# 코드가 C++ 또는 기타 네이티브 언어에 근접한 성능으로 실행될 수 있다.

이러한 성능 이점은 Unity의 데이터 지향 기술 스택(DOTS) 및 엔티티 컴포넌트 시스템(ECS)과 결합될 때 가장 빛을 발한다. ECS 아키텍처는 캐시 지역성을 극대화하는 데이터 레이아웃을 사용하는데, Burst 컴파일러는 이를 위한 최적의 네이티브 코드를 생성함으로써 시스템 전체의 처리량을 크게 증가시킨다. 따라서 대규모의 엔티티를 동시에 처리해야 하는 시뮬레이션, 전략 게임, 또는 고사양의 모바일 게임 개발에 필수적인 도구로 자리 잡았다.

성능 비교 벤치마크에 따르면, Burst로 컴파일된 코드는 동일한 C# 코드가 Mono 런타임에서 실행될 때보다 수 배에서 수십 배까지 빠른 경우가 많다. 이는 게임의 프레임률을 높이고, 더 복잡한 시뮬레이션을 구현하며, 모바일 장치에서 배터리 수명을 연장하는 데 직접적으로 기여한다.

Burst 컴파일러는 메모리 접근 패턴을 분석하고 최적화하여 성능을 극대화한다. 특히 Unity 엔진의 엔티티 컴포넌트 시스템과 같은 데이터 지향 설계와 결합될 때 그 효과가 두드러진다. 컴파일러는 코드를 정적 분석하여 CPU의 캐시 메모리 활용을 효율적으로 만들고, 불필요한 메모리 할당을 제거하며, 메모리 접근 지연을 최소화하는 기계어 코드를 생성한다.

이러한 최적화는 주로 SIMD 명령어를 활용한 벡터화 연산과 연관되어 있다. Burst는 배열이나 구조체 배열과 같은 연속된 메모리 블록에 대한 접근을 감지하고, 이를 단일 명령어로 처리할 수 있는 형태로 변환한다. 이 과정에서 앨리어싱 문제를 방지하고 메모리 안정성을 보장하기 위해 C# 언어의 안전한 부분 집합에 대한 제한을 둔다.

결과적으로 개발자가 작성한 C# 코드는 네이티브 코드 수준의 메모리 효율성을 가지게 된다. 이는 게임 로직에서 빈번하게 발생하는 대량의 데이터 처리, 예를 들어 물리 계산, 파티클 시스템 업데이트, 애니메이션 블렌딩 등의 성능을 획기적으로 개선하는 데 기여한다. 메모리 접근 최적화는 Burst가 제공하는 가장 핵심적인 성능 이점 중 하나이다.

Burst 컴파일러는 Unity 엔진이 지원하는 다양한 플랫폼에서 동일한 고성능 코드를 생성할 수 있는 크로스 플랫폼 지원을 핵심 특징으로 한다. 이는 개발자가 Windows, macOS, Linux와 같은 데스크톱 환경부터 iOS, Android 모바일 플랫폼, 그리고 주요 게임 콘솔에 이르기까지 여러 대상에 대해 별도의 저수준 코드를 작성할 필요 없이, 하나의 고수준 C# 코드베이스로 최적화된 네이티브 코드를 얻을 수 있음을 의미한다.

이러한 크로스 플랫폼 지원의 기반은 LLVM 컴파일러 인프라를 백엔드로 활용하는 Burst 컴파일러의 구조에 있다. Burst는 C# 코드를 LLVM의 중간 표현(IR)으로 변환한 후, LLVM이 각 대상 플랫폼의 CPU 아키텍처(예: x86, ARM)에 맞는 최적화된 기계어 코드를 생성하도록 한다. 결과적으로 개발자는 플랫폼별 세부 사항을 크게 신경 쓰지 않고도, 각 하드웨어에서 효율적으로 실행되는 코드를 얻을 수 있다.

이 기능은 특히 모바일 게임이나 멀티플랫폼 게임 개발에서 강력한 장점으로 작용한다. 제한된 성능의 모바일 장치에서도 수학 연산이 집약적인 게임플레이 로직이나 물리 시뮬레이션을 효율적으로 실행할 수 있도록 돕는다. 따라서 Burst 컴파일러는 Unity Technologies의 데이터 지향 기술 스택(DOTS) 생태계와 결합되어, 모든 주요 게임 플랫폼에 걸쳐 일관된 고성능을 보장하는 데 기여한다.

Burst 컴파일러는 모든 C# 언어 기능을 완전히 지원하지 않는다. 성능 중심의 네이티브 코드 생성을 목표로 하기 때문에, 안전성과 예측 가능성을 보장하기 위해 지원 범위를 제한한다. 특히 가비지 컬렉션을 유발하거나 런타임에 불확실성을 초래할 수 있는 기능들은 제한된다.

주로 지원되는 기능은 값 타입과 관련된 저수준 연산에 집중되어 있다. 구조체, 기본 정수 및 부동소수점 타입, 포인터 연산, 정적 메서드, 루프와 분기문 등이 포함된다. BurstCompile 속성이 적용된 코드 내에서는 이러한 기능들을 안전하게 사용하여 고성능 수학 연산이나 데이터 처리를 구현할 수 있다.

반면, 관리되는 힙 할당을 필요로 하는 대부분의 기능은 지원되지 않는다. 이는 가비지 컬렉션을 방지하기 위한 핵심 설계 원칙이다. 따라서 클래스, 대리자, 문자열, 배열의 일부 사용, 예외 처리, 리플렉션과 같은 기능은 Burst 컴파일 대상에서 제외된다. 또한 가상 함수 호출이나 인터페이스를 통한 동적 디스패치도 제한된다.

이러한 제약은 Unity의 데이터 지향 기술 스택 내에서 엔티티 컴포넌트 시스템과 같은 패러다임과 잘 맞는다. 개발자는 이러한 제한 사항을 인지하고, 값 타입과 불변성을 강조하는 코드를 작성하여 Burst 컴파일러의 최대 성능 이점을 얻을 수 있다.

Burst 컴파일러는 Unity 엔진의 C# 코드를 고성능 네이티브 코드로 변환하지만, 모든 Unity 기능이나 C# 언어 요소와 완벽하게 호환되지는 않는다. 사용 시 몇 가지 호환성 고려사항이 존재한다.

Burst 컴파일러는 주로 Unity DOTS의 ECS 및 C# Job System과 함께 사용되도록 설계되었다. 따라서 전통적인 게임 오브젝트 및 MonoBehaviour 기반의 스크립팅 방식에서는 Burst의 이점을 직접적으로 활용하기 어렵다. Burst로 컴파일된 코드는 매니지드 힙 할당이나 가비지 컬렉션을 포함할 수 없으며, 이는 많은 표준 Unity API 호출과 호환되지 않음을 의미한다.

또한, Burst는 안전한 코드 생성을 위해 특정 C# 언어 기능의 사용을 제한한다. 예를 들어, 가상 함수, 대리자, 대부분의 제네릭 사용, 그리고 리플렉션은 지원되지 않는다. 예외 처리 또한 Burst 컴파일 환경 내에서는 사용할 수 없다. 이러한 제약들은 성능과 안정성을 보장하기 위한 것이다.

플랫폼 측면에서는, Burst 컴파일러는 LLVM 백엔드를 통해 다양한 대상 CPU 아키텍처에 대한 네이티브 코드를 생성한다. 그러나 모든 Unity 지원 플랫폼이 동일한 수준으로 지원되지는 않으며, 특정 SIMD 명령어 세트의 가용성은 플랫폼에 따라 달라질 수 있다. 따라서 크로스 플랫폼 프로젝트에서는 대상 플랫폼별 테스트가 중요하다.

Burst 컴파일러는 Unity 엔진의 데이터 지향 기술 스택(DOTS) 및 엔티티 컴포넌트 시스템(ECS) 아키텍처와 밀접하게 통합되어 설계된 핵심 기술이다. 이 프레임워크들은 게임 로직을 객체 중심이 아닌 데이터 중심으로 구성하여 현대 멀티코어 프로세서를 효율적으로 활용하는 것을 목표로 한다. Burst는 이러한 패러다임 하에서 작성된 C# 코드를 고도로 최적화된 네이티브 코드로 컴파일함으로써 ECS 기반 시스템이 최대의 성능을 발휘할 수 있도록 돕는다.

특히 ECS에서 시스템은 변환, 물리, 애니메이션 계산과 같이 대량의 엔티티 데이터를 처리하는 작업을 수행한다. Burst 컴파일러는 이러한 시스템 메서드에 적용된 [BurstCompile] 속성을 인식하고, LLVM 컴파일러 인프라를 통해 C++에 버금가는 수준의 효율적인 기계어 코드를 생성한다. 이 과정에서 메모리 접근 패턴 최적화, SIMD(단일 명령 다중 데이터) 명령어 활용, 불필요한 가비지 컬렉션 할당 제거 등이 이루어진다.

결과적으로 개발자는 비교적 높은 수준의 C 샵 언어를 사용하면서도, 네이티브 플러그인이나 C++을 사용할 때만 기대할 수 있었던 성능 이점을 Unity 내부에서 직접 얻을 수 있다. 이는 DOTS/ECS를 사용한 대규모 군중 시뮬레이션, 복잡한 수학 연산, 실시간 파티클 시스템 구현과 같은 성능이 중요한 사용 사례에서 결정적인 역할을 한다. 따라서 Burst는 Unity의 고성능 게임 개발 생태계에서 ECS와 함께 필수적인 요소로 자리 잡고 있다.

Burst 컴파일러는 Unity Technologies가 개발한 Unity 엔진 전용의 고성능 C# 컴파일러이다. 이 컴파일러는 주로 게임 개발 분야에서 사용되며, Unity 엔진 내에서 작성된 C# 코드를 고도로 최적화된 네이티브 코드로 변환하여 실행 성능을 극대화하는 데 주된 목적이 있다. 2018년에 처음 등장한 이후 Unity의 고성능 기술 스택의 핵심 구성 요소로 자리 잡았다.

Burst 컴파일러의 주요 역할은 Unity의 데이터 지향 기술 스택(DOTS) 아키텍처, 특히 엔티티 컴포넌트 시스템(ECS)과의 긴밀한 통합에 있다. ECS를 사용하여 작성된 시스템 코드는 Burst 컴파일러에 의해 컴파일되어, 기존 관리형 C# 코드에 비해 훨씬 빠른 실행 속도와 효율적인 메모리 접근을 가능하게 한다. 이는 수학 연산이 집약적인 시뮬레이션이나 대량의 엔티티를 처리하는 게임 로직에 필수적이다.

기술적으로 Burst 컴파일러는 LLVM 컴파일러 인프라를 백엔드로 활용한다. 이를 통해 생성되는 네이티브 코드는 특정 CPU 아키텍처에 최적화되어, 벡터화(SIMD) 연산을 포함한 저수준 최적화를 수행할 수 있다. 결과적으로 개발자는 비교적 높은 수준의 C#으로 코드를 작성하면서도 C++ 또는 기타 네이티브 언어에 준하는 성능을 얻을 수 있다.

이 컴파일러는 고성능 컴퓨팅 요구사항이 있는 Unity 프로젝트, 예를 들어 대규모 전투 시뮬레이션, 복잡한 물리 엔진 계산, 실시간 군중 시뮬레이션 등의 구현에 널리 사용된다. Unity 에디터 내에서 실시간으로 컴파일 및 디버깅이 가능하며, 다양한 크로스 플랫폼 타겟을 지원한다는 점도 주요 장점이다.

Burst 컴파일러는 고성능 네이티브 코드를 생성하기 위해 LLVM 컴파일러 인프라를 백엔드로 활용한다. LLVM은 모듈화되고 재사용 가능한 컴파일러 및 도구 체인 기술의 집합으로, Burst는 C#으로 작성된 Unity 잡 시스템 코드를 LLVM의 중간 표현으로 변환한 후, 이를 대상 플랫폼의 최적화된 기계어 코드로 컴파일하는 과정에 LLVM을 사용한다. 이 접근 방식을 통해 Burst는 각기 다른 CPU 아키텍처에 맞춘 저수준 최적화를 LLVM에 위임할 수 있어, 개발자가 플랫폼별 세부 사항을 직접 관리하지 않고도 뛰어난 성능을 얻을 수 있다.

LLVM 백엔드를 사용함으로써 Burst는 다양한 최적화 기법을 적용할 수 있다. 여기에는 인라이닝, 루프 언롤링, 데드 코드 제거와 같은 정적 최적화뿐 아니라, 대상 프로세서의 특정 명령어 세트를 활용하는 벡터화 작업도 포함된다. 이는 수학 연산이 집약된 게임 로직, 물리 시뮬레이션, 볼륨 렌더링과 같은 작업에서 특히 중요한 성능 향상을 가져온다. 결과적으로 생성된 코드는 관리 코드 환경의 오버헤드 없이, 수동으로 작성된 C++ 코드에 버금가는 효율성을 보여준다.

Burst 컴파일러와 LLVM의 통합은 Unity DOTS 아키텍처의 핵심 성능 기반 중 하나를 이룬다. 엔티티 컴포넌트 시스템과 결합되어 멀티스레드 병렬 처리를 위한 안전하고 효율적인 코드 생성을 가능하게 한다. 이 기술 스택은 모바일 장치부터 고사양 PC 및 게임 콘솔에 이르기까지 다양한 플랫폼에서 크로스 플랫폼 고성능 게임 개발을 지원하는 데 기여한다.