PCIe 4.0 마더보드는 이제 막 고객에게 배송되기 시작했지만 이것이 이 중요한 주변 장치 연결 표준의 개발을 늦추지는 않습니다. PCIe 6.0 은 이미 현재의 최첨단 표준에 비해 구체적인 개선이 이루어졌습니다.
PCIe는 모든 형태와 크기의 컴퓨터에서 기본이 되고 있으므로 PCIe가 무엇인지, 용도는 무엇인지, 새로운 PCIe 6.0이 미래에 무엇을 제공할 것인지에 대해 이야기할 가치가 있습니다.
PCIe의 기본
PCIe는 Peripheral Component Interconnect Express의 약자입니다. 한동안 컴퓨터를 접한 독자 중 일부는 이전 PCI 표준을 기억할 수도 있지만, 전투기와 종이 비행기가 있듯이 PCIe는 원래 PCI 표준을 따릅니다.
PCIe는 프로토콜이자 물리적 하드웨어 연결 표준입니다. 가장 일반적인 PCIe 하드웨어 연결 표준은 마더보드 확장 슬롯입니다. 확장 카드를 이 슬롯에 연결하면 연결 핀을 통해 통신이 이루어집니다. 그러나 다른 유형의 연결을 통해 PCIe 프로토콜 신호를 보내는 것은 가능합니다.
M.2 커넥터를 사용하는 NVME SSD는 PCIe를 사용할 수 있는데 이는 표준 PCIe 슬롯을 통해 연결된 SSD와 컴퓨터가 별 차이가 없어 보입니다. Thunderbolt 3 및 4 표준은 케이블을 통한 PCIe 신호 전송도 지원합니다. eGPU (외장 그래픽 카드)는 이렇게 가능합니다.
PCIe 장치는 직렬 방식으로 데이터를 전송하지만 여러 병렬 레인을 통해 전송됩니다. 컴퓨터 마더보드의 x16 PCIe 슬롯은 한 번에 16개의 데이터 채널을 수용할 수 있습니다. PCIe는 x8, x4 및 x1 슬롯도 제공합니다. 일반적으로 그래픽 카드는 최대한 많은 대역폭이 필요하기 때문에 x16 슬롯을 사용합니다. 느린 슬롯은 일반적으로 물리적으로 더 짧지만 기본 슬롯 외에 x16 길이가 x8인 것이 일반적입니다.
PCIe 카드는 이전 버전과의 호환성과 상호 호환성을 제공하므로 x4 카드를 물리적으로 수용할 수 있는 모든 PCIe 슬롯에 장착할 수 있습니다. 단지 x4 카드가 사용하지 않는 PCIe 레인을 낭비하게 될 뿐입니다. 예를 들어 4.0 슬롯에서 PCIe 5.0 카드를 사용하는 경우에도 마찬가지입니다. 작동하지만 최소 공통 분모로 제한됩니다.
PCIe 표준은 누가 결정하나요?
.PCI Express 표준은 기술에 대한 기득권을 갖고 있는 전자 및 컴퓨터 업계 회원들로 구성된 컨소시엄인 PCI 시그(SIG) (PCI-SIG)에 의해 설계되고 승인되었습니다.
PCI-SIG는 컴퓨터 제조업체가 인텔 PCI 표준을 올바르게 구현하도록 돕는 임무를 맡은 그룹으로 1992년에 설립되었습니다. 현재는 800명 이상의 회원을 보유한 비영리 단체입니다.
PCI-SIG 보드에는 AMD, ARM, Dell, IBM, Intel, Nvidia, Qualcomm 등의 회원이 있습니다. 이러한 이름을 주요 컴퓨팅 장치 제조업체로 인식할 수 있으며, 공유 표준을 사용하면 고객의 삶은 말할 것도 없고 작업이 훨씬 쉬워집니다!
PCIe는 어떤 용도로 사용되나요?
위에서 이미 확장 카드와 SSD에 대해 언급했으므로 아마도 PCIe의 용도에 대한 일반적인 아이디어를 얻으셨을 것입니다.
PCIe 표준은 상상할 수 있는 거의 모든 외부 주변 장치를 연결합니다. 특히 여러 레인을 볼 때 USB보다 훨씬 더 넓은 대역폭을 제공합니다. 또한 PCIe는 CPU에 대한 직접 경로를 제공하므로 지연 시간이 짧은 고속 애플리케이션에 적합합니다.
최신 GPU는 성능을 극대화하기 위해 16개 레인의 PCIe 대역폭을 사용하지만 모든 주변기기에 그만큼의 대역폭이 필요한 것은 아닙니다. 최신 PCIe 4.0 SSD는 "단지" 4개의 레인을 사용하지만 이는 SATA 표준을 완전히 무너뜨리기에 충분합니다. SATA의 최고 속도는 600MB/s이지만 고급형 PCIe 4.0 드라이브는 7000MB/s 이상을 이동할 수 있습니다.
PCIe 확장 카드는 사운드 카드, 비디오 캡처 카드, 10Gb 이더넷 어댑터, WiFi 6 카드, 벼락 또는 USB 컨트롤러 등도 수용합니다. 컴퓨터 마더보드에 통합된 주변 장치도 PCI Express를 사용합니다. 배선이 슬롯 형태가 아니라 영구적이라는 점만 다를 뿐입니다.
PCIe 6.0은 PCIe 5.0에서 어떻게 개선되나요?
헤드라인 개선은 일반적으로 PCIe 개정이 있을 때마다 데이터 속도가 크게 향상된다는 것입니다. 이는 매초 버스를 통해 이동할 수 있는 정보의 양입니다.
이 부분에서 PCIe 6.0은 실망하지 않습니다. 이는 PCIe 5.0의 이미 엄청난 데이터 전송 속도를 초당 32GT/s에서 레인당 64GT/s로 완전히 두 배로 늘렸습니다. PCIe 5.0은 초당 63기가바이트(GB/s)를 이동할 수 있는 반면, 6.0은 최대 128GB/s까지 이동할 수 있습니다. 이는 x16 연결을 초과하며 더 많은 소규모 연결이 축소됩니다. 이는 x8 PCIe 6.0 슬롯이 이제 x16 5.0 슬롯만큼의 성능을 갖는다는 것을 의미합니다..
이는 미래의 GPU와 초고속 스토리지 솔루션을 위한 충분한 여유 공간을 확보합니다. Thunderbolt 및 USB 4를 제공하는 PCIe 또는 확장 카드를 통해 연결된 외부 장치의 놀라운 범위는 말할 것도 없습니다.
PCI Express 6.0의 새로운 기능
한 세대 만에 이토록 엄청난 성과를 거두는 것은 쉽지 않았습니다. 이러한 수치를 달성하기 위해 PCI-SIG 엔지니어들은 전자를 이동시키는 몇 가지 혁신적인 새로운 방법을 개발해야 했습니다.
PAM4 신호
아마도 이전 세대의 인터페이스와 비교하여 PCIe 6.0의 가장 중요한 변화는 데이터가 인코딩되는 방식일 것입니다.
PCI Express 6.0은 4단계 펄스 진폭 변조(Pulse Amplitude Modulation)의 약어인 PAM4를 사용합니다.전기 파형에 대해 아는 경우 파동의 '진폭'이 얼마나 멀리 떨어져 있는지 알 수 있습니다. 파도의 마루는 기준선에서 나옵니다.
이전 NRZ(Non-return-to-zero) PCIe 인코딩에는 클록 주기 동안 펄스당 진폭 레벨이 2개만 있었습니다. PCIe 6은 이를 두 배로 늘려 4개로 늘렸으며, 각 사이클로 인코딩된 데이터의 양을 늘렸습니다.
정방향 오류 수정(FEC)
PAM4 인코딩 방법은 속도를 크게 향상시키는 동시에 비트 오류도 크게 향상시킵니다. 즉, 0이 아닌 1이 목적지에 도착하고 그 반대의 경우도 마찬가지입니다.
이 문제를 해결하기 위해 PCIe 6.0에는 강력한 CRC(순환 중복 검사) 구현을 통해 데이터가 손상되지 않고 어디로 가야 하는지 확인하는 새로운 순방향 오류 수정 기능이 있습니다.
파이프라인에 오류 수정 단계를 더 추가할 때 발생할 수 있는 위험 중 하나는 지연 시간이 더 길어진다는 것입니다. 다양한 고속 컴퓨터 구성 요소에서 추가 대기 시간에 대한 우려가 커지고 있습니다. 점점 더 많은 데이터를 이동할 수 있지만 데이터 요청에 응답하는 데 시간이 더 오래 걸리고 이로 인해 자체적인 문제가 발생할 수 있습니다.
FEC는 이전 버전의 PCIe에 비해 2나노초 이하의 지연 시간을 추가하는 것을 목표로 설계되었습니다. 이는 사람이 감지할 수 없는 아주 작은 추가 지연 시간입니다.
FLIT 모드
FLIT 모드는 PCIe 6.0에서 오류 수정을 개선하기 위해 도입된 또 다른 조치입니다. 전용 온보드 흐름 제어 장치를 사용하여 데이터를 균일한 크기의 단위로 구성합니다. 이는 각 데이터 패킷에 알고리즘을 적용하고 패킷이 파이프라인의 다른 끝에 도달했을 때 여전히 결과를 제공하는지 확인할 수 있으므로 패킷의 오류를 확인하는 데 필요합니다..
문제는 FLIT 모드가 다른 곳에서도 상당한 효율성 향상을 가져오는 것으로 밝혀졌습니다. 이를 통해 대기 시간을 줄이고 대역폭 사용을 더욱 효율적으로 만들며 PCIe 6.0이 이전 버전의 인코딩 오버헤드를 상당 부분 없앨 수 있습니다. 따라서 PAM4는 최대 2ns의 지연 시간을 추가하지만 FLIT 모드는 다른 영역의 지연 시간을 줄여줍니다.
L0p 모드
PCIe 6.0의 흥미로운 기능 중 하나는 L0p 모드입니다. 이 모드는 주변 장치가 데이터를 보내고 받는 데 사용하는 레인 수를 줄입니다. 따라서 노트북이 배터리 전원으로 실행되고 GPU가 현재 작업을 수행하는 데 16레인이 필요하지 않은 경우에는 필요한 레인 수만 사용하여 전력 효율성을 높여 전기를 절약합니다.
PCIe 6.0을 기다려야 할까요?
곧 새 컴퓨터를 구매하거나 조립할 생각이라면 PCIe 6.0 마더보드가 먼저 나올 때까지 기다려야 할까요? 미래에 대비한 컴퓨터를 만들고 싶은 유혹은 항상 있습니다. 잠재력을 최대한 발휘하려면 PCIe 6.0이 필요한 새로운 GPU나 SSD가 출시된다면 어떨까요?
이 질문에 대한 짧은 대답은 PCIe 6.0을 기다리는 것에 대해 걱정할 필요가 없다는 것입니다. 이 글을 쓰는 시점에는 PCIe 5.0 마더보드가 소비자에게 출시되기 시작했을 뿐이며 최신 최고급 GPU에도 PCIe 5.0이 거의 필요하지 않습니다.
벤치마크 에서 PCIe 3.0 및 4.0에서 실행되는 RTX 3080 또는 RTX 3090과 같은 주력 카드를 비교하면 성능 차이가 전혀 없는 것과 3% 사이에 있었습니다. 네, 맞습니다. 이제 우리는 PCIe 3.0의 한계에 도달하고 있으며 이는 지구상에서 가장 비싼 GPU에서만 가능합니다. 너무 애쓰지 마세요. 최소한 몇 년 동안은 말이죠.
PCI-SIG는 버전 6.0에 대한 최종 PCIe 사양을 문서로만 발표했다는 점을 기억하세요. 최종 사양은 변경되지 않지만, 적어도 소비자 부문에서는 이를 지원하는 하드웨어가 많이 나오기까지는 다소 시간이 걸릴 것입니다.
PCIe 6.0은 현재 데이터 센터에 이점을 제공합니다
PCIe 6.0이 이미 누군가에게 유익하지 않다는 말은 아닙니다. 대규모 데이터 센터에서는 우리 모두가 클라우드 기반 서비스에 의존하고 있으며 추가로 확보되는 모든 대역폭은 소중합니다. 이러한 컴퓨터 랙 안에는 수십 또는 수백 개의 CPU 코어와 고속 SSD 스토리지 어레이가 포함된 시스템이 있습니다. PCIe 대역폭의 개선은 데이터 파이프의 부담을 덜어주는 데 즉시 도움이 될 것입니다..
대역폭이 훨씬 더 크다는 것은 AI와 머신러닝 애플리케이션이 더 짧은 시간에 더 많은 데이터를 분석할 수 있다는 것을 의미합니다. 이는 과학, 공학, 물리학 분야의 복잡한 작업을 수행하는 HPC(고성능 컴퓨팅) 애플리케이션이 시야를 넓힐 수 있음을 의미합니다.
실시간 처리를 위해 대량의 데이터를 데이터 센터로 보내는 IoT(사물 인터넷) 시스템도 추가 대역폭을 통해 막대한 이점을 누릴 수 있습니다.
PCI Express 6.0 이후에는 무엇이 나오나요?
PCIe 기술은 누군가가 근본적으로 더 나은 주변 장치 상호 연결 기술을 발명하지 않는 한 오랫동안 존재할 것입니다. Intel, AMD, Apple과 같은 회사는 프로세서 패키지 내부의 칩 간 관련 기술을 사용하여 흥미로운 작업을 수행하고 있습니다. AMD의 Ryzen이나 Intel의 Alder Lake와 같은 CPU에는 CPU 코어가 꽉 차 있기 때문에 엄청난 양의 데이터를 이동해야 합니다. 우리는 PCI-SIG가 이러한 프로세서 내부에서 일어나는 일로부터 몇 가지를 배울 수 있다고 확신합니다.
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