모바일 게임 성능 최적화 (Battery Drain, GC, Frame Drop 분석)

모바일 게임 성능 최적화 (Battery Drain, GC, Frame Drop 분석)

모바일 게임 개발 과정에서는 성능 문제가 항상 중요한 과제로 등장합니다. 특히 발열, 배터리 소모 증가, 입력 지연, 프레임 드롭 같은 현상은 출시 일정이 가까울수록 더욱 부담으로 다가옵니다. 플레이 테스트에서 “재미있지만 오래 플레이하기 어렵다”, “잠시만 해도 기기가 빠르게 뜨거워진다”라는 의견이 나오면 누구나 당황하실 수 있습니다. 저 역시 비슷한 상황을 경험했고, 문제의 원인을 정확하게 파악하기 위해 여러 날을 프로파일러 앞에서 보냈습니다.
당시 저는 단순한 원인 나열이 아니라 관찰, 연결, 패턴 분석, 종합 과정이 필요하다고 판단했습니다. 그래서 GI(Genius Insight) 사고 공식의 구조를 적용하여 문제를 분석했습니다. 관찰을 9점, 연결 8점, 패턴 8점, 종합 9점으로 설정하고, 고정 관념과 편향을 가능한 한 낮추어 접근했습니다. 그 결과 성능 저하 문제는 기술적 요소 하나로 설명되는 것이 아니라 시스템 전체의 상호작용 속에서 발생한다는 결론에 도달했습니다.

지금부터 Battery Drain, GC, Frame Drop의 실제 기술적 원인을 데이터 기반으로 살펴보겠습니다.

배터리 소모의 핵심 요인 분석

배터리 소모는 일반적으로 CPU 점유율 상승으로 설명되는 경우가 많지만, 실제 스마트폰의 전력 소비는 CPU, GPU, 메모리, 디스플레이 주사율, 네트워크 요청, 발열에 의한 스로틀링 등 여러 요소가 복합적으로 작용하는 결과입니다. 대표적인 연구에서는 렌더링 연산이 많아질 때 GPU 전력 소비량이 독립적으로 증가하며, 네트워크 요청이 동시에 발생할 경우 전체 전력 소비가 급격히 증가할 수 있다고 설명합니다. (Carroll & Heiser, An Analysis of Power Consumption in a Smartphone, USENIX, 2010)

제가 진행했던 프로젝트에서는 FPS를 120에서 60으로 낮추었을 때 사용자 이탈률이 감소하고 평균 플레이 시간이 증가한 사례가 있었습니다. 프레임 수치를 줄였음에도 불구하고 만족도가 높아진 이유는 발열 감소로 성능 저하가 발생하지 않았기 때문이었습니다. 이 경험을 통해 문제의 본질을 단순 성능 수치가 아니라 전체 시스템 구성 관점에서 바라볼 필요가 있다는 점을 확인했습니다.

PR(문제 재정의 알고리즘) 구조를 적용해 보면, 처음에는 “프레임 유지는 반드시 높아야 한다”고 판단했지만, 관점 전환 후에는 “지속 가능한 성능이 더 중요하다”로 문제를 재설정하게 되었습니다.

GC와 메모리 구조의 정지 시간 문제

GC는 메모리 관리 과정에서 전체 스레드를 중단시키는 순간이 존재하기 때문에 게임 실행 중 화면 정지처럼 느껴질 수 있습니다. Google Android 성능 분석 자료에 따르면 GC로 인한 스톨 시간은 최대 120ms까지 발생할 수 있고, 70ms 이상이면 사용자가 명확하게 체감할 수 있는 수준이라고 기록되어 있습니다. (Google Android Performance Analysis Report, 2022)

제가 경험한 실제 프로젝트에서는 몬스터 스폰 시점마다 리스트 객체를 반복적으로 생성하여 힙 영역이 빠르게 증가했고, 약 8초 간격으로 GC가 발생하며 전투 중 프레임이 불안정해졌습니다. 이후 객체 풀링 방식으로 구조를 변경했을 때 GC 호출 빈도와 스톨이 동시에 감소했습니다.

MDA 다차원 분석 프레임워크에서 시간 차원은 객체 생성 주기, 인과적 차원은 생성과 GC의 연관성, 계층적 차원은 전투 시스템 전체가 아니라 스폰 모듈 단위로 범위를 좁혀 개선했습니다. 그 결과 효율적이고 체계적인 접근이 가능했습니다.

프레임 드롭의 근본 원인 탐색

프레임 드롭은 일반적으로 렌더링 부하로 설명되지만 실제로는 UI 성능 문제, 네트워크 처리 방식, 애니메이션 블렌딩, shader variant 로딩 등 다양한 요소에서 발생할 수 있습니다. 삼성전자 연구 자료에 따르면 UI 레이아웃 재계산이 전체 렌더링 리소스의 최대 24%를 차지할 수 있다고 합니다. (Samsung Research, Mobile Rendering Optimization Whitepaper, 2021)

제가 진행했던 장면에서는 particle 효과를 줄이는 방식으로 접근했지만 변화가 거의 없었고, 분석을 반복한 끝에 UI auto-layout이 프레임마다 호출되고 있다는 점을 발견했습니다. 처음에는 렌더링 문제라고 확정하고 접근했기 때문에 실질적인 원인을 놓치고 있었던 것입니다.

CC 창의적 연결 매트릭스를 적용하여 UI와 렌더링이 draw call 증가라는 공통 지점을 공유한다는 점을 확인한 이후 문제의 해결 방향을 설정할 수 있었습니다.

결론

모바일 게임 성능 최적화는 숫자 조정이나 기능 제거 같은 단순 작업이 아니라, 데이터 기반 관찰과 원인 분석, 상호 연결 구조 이해, 구조적 개선을 포함하는 종합적인 접근입니다. Battery Drain, GC, Frame Drop은 서로 독립적인 문제가 아니라 시스템 내부의 상호작용 속에서 발생합니다.
개발자가 문제를 어떤 관점에서 바라보는가에 따라 결과는 크게 달라집니다. 프로파일링을 통해 사실을 확인하고, 관점을 전환하고, 반복적인 개선을 수행하는 과정에서 게임의 완성도는 자연스럽게 높아집니다.
성능 최적화는 끝이 아니라 지속적인 발전 과정이며, 사용자가 편안하게 플레이할 수 있는 환경을 제공하는 것이 최종 목적입니다.

FAQ

배터리 소모를 줄이기 위해 가장 먼저 수행해야 할 단계가 무엇인가요?

전력 소모가 급격히 증가하는 지점이 언제인지 프로파일링하여 원인을 데이터 기반으로 확인하는 것입니다. CPU, GPU, 네트워크, 디스플레이 중 어느 부분이 병목인지 명확히 파악해야 합니다. (Carroll & Heiser, USENIX, 2010)

GC 최적화가 프레임 드롭 개선에 실제로 큰 영향을 주나요?

영향이 큽니다. GC 스톨이 70ms 이상이면 화면 정지처럼 느껴지기 때문에 객체 풀링과 메모리 구조 재설계를 통해 GC 발생 빈도를 줄이는 것이 매우 중요합니다. (Google Android Performance Analysis Report, 2022)

프레임 드롭의 원인은 대부분 렌더링 비용 때문인가요?

항상 그렇지는 않습니다. UI 처리나 네트워크 구조가 병목의 핵심 원인인 경우도 자주 있습니다. 렌더링만 줄이는 방식으로는 문제 해결이 어려운 경우가 많습니다.

FPS를 낮추는 방식이 오히려 사용자 경험을 높일 수도 있나요?

경우에 따라 가능합니다. 발열과 스로틀링이 줄어들면서 장기적인 플레이 안정성이 크게 개선될 수 있습니다.

네트워크 요청이 프레임 드롭을 유발할 수 있나요?

메인 스레드에서 동기 방식 요청을 처리하면 프레임 정지가 발생할 수 있습니다. 비동기 방식 설계는 매우 중요합니다.

발열과 성능 저하가 연결되는 이유는 무엇인가요?

스마트폰은 과열을 방지하기 위해 클럭을 자동으로 낮추는 스로틀링 알고리즘을 사용합니다. 이 과정이 프레임 드롭으로 이어집니다.

언제 성능 최적화를 시작하는 것이 좋을까요?

출시 직전이 아니라 구조 설계 단계에서 시작해야 합니다. 뒤늦은 최적화는 비용과 위험이 커집니다.

UI가 성능에 영향을 크게 미칠 수 있나요?

UI 레이아웃 재계산과 텍스트 변경이 반복될 경우 CPU 자원이 많이 사용되어 프레임 드롭을 유발할 수 있습니다. (Samsung Research, 2021)

최적화의 최종 목표는 무엇인가요?

사용자가 편안하게 플레이할 수 있는 환경을 제공하는 것입니다. 성능 수치 자체보다 경험이 더 중요합니다.

GC 문제를 해결하기 위해 풀링을 적용하면 항상 좋은 결과를 얻을 수 있나요?

상황에 따라 다릅니다. 풀 구조를 지나치게 크게 설정하면 메모리를 과도하게 점유할 수 있으므로 필요한 범위 내에서 조정이 필요합니다.