아직도 갈길 먼 PC용 PCI 익스프레스 5.0 SSD

플랫폼·3D 낸드 속도에 제약...올 하반기 이후 본격 출시 전망

일반 PC용 PCI 익스프레스 5.0 기반 NVMe SSD 보급이 올 하반기 이후로 지연될 것으로 보인다. 데이터 전송을 처리하는 핵심 부품인 컨트롤러 칩은 이미 완성되었지만 3D 낸드 플래시 메모리의 성능과 플랫폼 제약 등 외부 요인이 걸림돌로 꼽힌다.

CES 2023 기간 중 주요 PC 주변기기 업체가 PCI 익스프레스 5.0 기반 SSD 시제품을 공개했지만 컨트롤러 칩과 보조를 맞춰야 하는 3D 낸드 플래시 메모리는 올 2분기 말부터 공급될 예정이다.

대만 에이데이터가 CES 2023 기간 중 공개한 PCIe 5.0 SSD 시제품. (사진=에이데이터)

또 PCI 익스프레스 5.0 SSD를 지원하는 PC 플랫폼은 현재 AMD 라이젠 7000 시리즈 프로세서 뿐이다. 2020년 하반기부터 등장한 PCI 익스프레스 4.0 기반 SSD는 올 연말까지 주류 제품 지위를 유지할 것으로 보인다.

■ CES 2023에서 PCIe 5.0 SSD 시제품 대거 등장

에이데이터, 기가바이트, MSI 등 주요 PC 주변기기 업체는 CES 2023 기간 중 PCI 익스프레스 5.0 기반 M.2 NVMe SSD 시제품을 공개했다. 시제품 중 대부분이 대만 파이슨이 개발한 컨트롤러 칩인 PS5026-E26을 쓴다.

PCI 익스프레스 5.0을 지원하는 PS5026-E26 컨트롤러 칩. (사진=파이슨)

PS5026-E26은 ARM 코어텍스 R5 코어와 파이슨이 독자 개발한 코엑스프로세서 2.0 코어를 조합해 설계했고 12nm 공정에서 생산된다. 최대 속도는 읽기 14GB/s, 쓰기 11.8GB/s 수준이다.

에이데이터가 공개한 시제품은 실리콘모션이 개발한 SM2508 컨트롤러 칩을 내장했다. 이 칩 역시 12nm 공정에서 생산되며 최대 속도는 읽기 14GB/s, 쓰기 12GB/s로 파이슨사 제품과 비슷한 수준이다.

■ 3D 낸드 플래시메모리 대역폭이 걸림돌

PCI 익스프레스 5.0은 한 레인(데이터 전송 경로)당 최대 약 4GB/s, 4개 레인을 쓸 경우 16GB/s를 전송할 수 있다.

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

그러나 지금까지 공개된 PCI 익스프레스 5.0 SSD는 아직까지 PCI 익스프레스 5.0 규격의 최대 대역폭을 모두 이끌어낼 수 없다. SSD에 탑재되는 3D 낸드 플래시메모리의 성능이 아직 컨트롤러 칩을 따라오지 못하기 때문이다.

파이슨 PS5026-E26 컨트롤러 칩은 마이크론 232단 낸드 플래시에 최적화되어 있다. 최대 읽기 속도 12GB/s를 구현하려면 2000MT/s(128Gbps)급 제품이 필요하다. 그러나 마이크론은 해당 제품을 올 2분기 이후에나 출시될 예정이다.

최대 읽기 속도 14GB/s를 지원하는 제품은 2400MT/s(153.6Gbps)급 낸드 플래시메모리가 필요한데 이는 올 연말에나 출시될 예정이다.

■ AMD 라이젠 7000 시리즈만 PCIe 5.0 SSD 지원

PC용 SSD의 PCI 익스프레스 5.0 전환을 가로막는 걸림돌은 또 있다. NVMe SSD용으로 PCI 익스프레스 5.0 레인(데이터 전송 통로)을 마련한 플랫폼이 적다는 것이다.

현재 PCI 익스프레스 5.0 규격 SSD를 쓸 수 있는 PC용 플랫폼은 AMD가 지난 해 9월 출시한 라이젠 7000 시리즈와 X670E/B650E 메인보드가 유일하다. 시제품을 공개한 업체들도 이 때문에 대부분 AMD 라이젠 7000 시리즈 기반 PC에서 시연을 진행했다.

라이젠 7000 프로세서는 AM5 소켓 기반으로 PCI 익스프레스 5.0, DDR5 메모리를 지원한다. (사진=AMD)

인텔은 2021년 12세대 코어 프로세서(엘더레이크)와 함께 출시한 600 시리즈 메인보드에서 PCI 익스프레스 5.0을 지원하지만 이는 그래픽카드용이다. M.2 NVMe SSD를 위한 PCI 익스프레스 슬롯은 여전히 PCI 익스프레스 4.0만 지원한다.

■ PCIe 4.0 SSD, 올 연말까지 주류 제품 될 듯

PCI 익스프레스 4.0 기반 SSD는 2017년 7월 정식 공개 이후 약 2년만인 2020년 상반기부터 일반 PC용으로 보급되기 시작했다.

2019년경 출시된 PCI 익스프레스 3.0 기반 NVMe SSD가 이미 이론상 최대 속도인 4GB/s에 근접하는 속도를 내고 있었기 때문에 일반 소비자와 업계 모두 PCI 익스프레스 4.0으로 빠른 전환을 요구했다.

서버용 PCI 익스프레스 5.0 SSD는 이미 지난 2021년 말부터 양산이 시작됐다. (사진=삼성전자)

그러나 PCI 익스프레스 5.0 기반 SSD는 3D 낸드 플래시 메모리의 성능과 플랫폼 제약 등 외부 요인 등 제약 조건이 많다. 일러야 올 하반기부터 고성능 저장장치를 요구하는 전문가 등을 대상으로 한 고성능 제품이 본격적으로 출시될 전망이다.

PCI 익스프레스 4.0 SSD는 제조 단가가 떨어진데다 호환성 면에서 이미 충분한 검증을 마쳐 적어도 올 연말까지는 주류 제품 지위를 유지할 것으로 보인다.