PCI 익스프레스 6.0 규격 완성...데이터 전송 2배 빨라진다

1레인당 8GB/s, 16레인 활용시 최대 128GB/s 전송...내년 말 상용화 전망

PCI 익스프레스 규격을 주관하는 업계 표준화 단체인 PCI-SIG가 최근 PCI 익스프레스 6.0 규격 최종안을 확정했다. 1개 레인(PCI 익스프레스 데이터 전송 경로)당 전송 속도는 최대 8GB/s로 PCI 익스프레스 4.0 대비 4배, PCI 익스프레스 5.0 대비 2배 끌어올렸다.

16개 레인을 모두 활용하면 초당 최대 128GB/s를 전송할 수 있어 빅데이터 처리를 위해 대역폭 확대가 필요한 서버 시장에 우선 투입될 것으로 보인다. SSD나 프로세서, 메인보드 등 이를 지원하는 제품은 이르면 2023년 말부터 등장할 예정이다.

PCI 익스프레스 규격 업계 단체인 PCI-SIG가 6.0 규격을 확정했다. (사진=PCI-SIG)

■ 2003년 첫 규격 공개 이후 전송 속도 2배씩 향상

PCI 익스프레스는 프로세서와 저장장치, 그래픽카드 등을 직접 연결해 병목 현상을 없애고 데이터 전송 속도를 끌어올리기 위해 만들어진 규격이다.

처음에는 프로세서와 대용량 데이터를 빠르게 주고 받아야 하는 그래픽카드에 주로 쓰였지만 이후 SATA3 HDD(하드디스크 드라이브) 대비 10배 이상 빠른 SSD로 용도가 확대됐다.

PCI 익스프레스 규격 별 전송 속도/대역폭 비교 그래프. (사진=PCI-SIG)

2003년 1.0, 2007년 2.0, 2010년 말 3.0 버전, 2011년 말 4.0 규격이 나왔다. 이후 프로세서에 공급할 데이터 처리량을 늘려야 한다는 의견에 따라 새 규격이 발표되는 간격도 점점 줄어들고 있다.

PCI 익스프레스 5.0 규격은 2019년 5월 공개되었고 PCI 익스프레스 6.0 규격은 2년 6개월만인 올해 1월 최종안이 확정되었다.

■ 레인 하나당 최대 8GB/s 전송 가능

PCI-SIG의 목표는 약 3년마다 PCI 익스프레스의 대역폭을 최대 2배 끌어올리는 것이었다. 버전이 판올림을 거듭하면서 레인 하나당 최대 전송 속도도 두 배씩 뛰어 올랐다.

현재 보편화된 PCI 익스프레스 4.0 규격은 레인당 2GB/s를 전송한다. PC용 NVMe SSD와 노트북용 그래픽칩셋은 레인 4개(x4)를 이용해 프로세서와 최대 8GB/s로 데이터를 주고 받는다.

PCI 익스프레스 4.0 기반 NVMe SSD는 초당 최대 전송속도 8GB/s로 프로세서와 데이터를 주고 받는다. (사진=지디넷코리아)

PCI 익스프레스 5.0 규격은 속도를 2배 향상 시켜 한 레인당 4GB/s를 전송할 수 있다. 이번에 확정된 PCI 익스프레스 6.0은 레인 하나 당 전송 속도가 8GB/s로 향상됐다.

■ 데이터 전송 속도 향상 비결은 '신호 처리 방식'

PCI-SIG는 PCI 익스프레스 6.0 규격의 전송 속도를 향상시키기 위해 신호 전송 방식을 바꾸었다. PCI 익스프레스 3.0부터 5.0까지는 한번에 0 또는 1만 전송할 수 있는 NRZ 방식(1비트)을 이용했다.

예를 들어 '00 10 01 10 11 10'으로 구성된 데이터를 전송할 경우 NRZ 방식은 '0', '0', '1', '0'...등 총 12번 데이터를 끊어서 보내야 한다.

PCI 익스프레스 6.0에 적용된 PAM4 전송방식. (자료=인텔)

그러나 PCI 익스프레스 6.0에 적용된 PAM4(진폭변조 4단계) 방식은 신호를 총 네 가지로 달리해 '00', '01', '10', '11' 등 데이터를 전송할 수 있다(상단 자료 그림 참조).

따라서 같은 시간 안에 데이터를 전송할 때 PCI 익스프레스 5.0 대비 두 배 많은 데이터를 전송할 수 있다. 단 케이블을 타고 흐르는 전류 차이를 총 4단계로 감지해야 하기 때문에 프로세서와 SSD, 그래픽카드가 보다 정밀하게 작동해야 한다.

■ AI·데이터센터 수요에 선제 대응...내년 말 제품 출시 예정

PCI 익스프레스 5.0은 2019년 5월 공개된 뒤 실제 제품 등장까지 1년 반이 걸렸다. 인텔 12세대 코어 프로세서(엘더레이크)가 그래픽카드용으로 PCI 익스프레스 5.0 규격을 처음 적용했다.

PCI-SIG는 대용량·고속 데이터 전송이 필요한 AI, 머신러닝, 빅데이터, 고성능 컴퓨팅(HPC)에 대비해 PCI 익스프레스 규격의 성능을 지속적으로 향상시킬 예정이다. PCI 익스프레스 6.0 기반 제품은 이르면 2023년 말 서버용 제품에 먼저 투입될 전망이다.

알 야네스 PCI-SIG 의장은 "PCI 익스프레스 6.0은 데이터센터, 인공지능. 머신러닝, 고성능 컴퓨팅(HPC), 자동차, IoT 등 데이터 중심 시장에서 영향력을 발휘하는 동시에 기존 규격과 하위 호환성을 갖춰 기존 장비 투자를 보호할 수 있는 기술"이라고 밝혔다.