시스템 버스

 

시스템 버스는 마이크로 프로세서와 다른 부품들을 이어주는 역할을 하며, 시스템 버스를 통해서만 마이크로 프로세서와 다른 부품 사이에 신호를 전달할 수 있습니다. 시스템 버스의 역사는 매우 길어, 30년 전에 개인용 컴퓨터가 제일 처음 나왔을때부터 존재했습니다. 하지만 PC 부품 중에서 CPU나 그래픽카드가 1~2년마다 세대가 바뀌는 것과 달리, 시스템 버스의 발전 속도는 매우 늦었습니다. IBM이 1982년에 ISA(Industry Standard Architecture)를 제정한 후에, 1992년에 발표된 PCI와 2001년에 발표된 PCI-Express(앞으로는 PCI-E로 표시)까지 크게 3종류의 버스가 있습니다. 따라서 크게 10년마다 한번씩 아키텍처가 바뀐셈이며, 현재 제일 많이 사용되는 것은 PCI-E 2.0으로, 현재 사용되는 대부분의 메인보드에 PCI-E 2.0 슬롯이 있습니다.

 

PCI-E 버스는 그래픽카드 사용에서 큰 성공을 거두었습니다. 그래서 많은 사람들은 PCI-E가 그래픽카드에만 사용되는 것으로 알고 있지만, 실제로 PCI-E는 다양한 영역에서 사용되고 있습니다. 그래픽카드 뿐만 아니라 USB나 SATA 같은 포트들도 결국은 PCI-E 버스를 통해 CPU에 데이터를 전송하게 됩니다.

 

따라서 메인보드의 PCI-E 레인 수는 메인보드의 성능과 기능을 판단하는 중요 지표입니다. 아무리 메인보드에 많은 수의 슬롯을 장착해도 칩셋(혹은 프로세서)가 제공하는 PCI-E 레인이 부족하다면 이를 제대로 사용할 수 없습니다.

 

 

인텔 Z68 칩셋은 16+8 개의 PCI-E 레인을 제공합니다.

 

현재 PCI-E는 대부분 2.0을 사용하고 있으며, PCI-E 3.0은 발표된지 오래됐지만 사용하는 디바이스가 그리 많지 않습니다. 오직 CPU, 메인보드, 그래픽카드가 동시에 PCI-E 3.0을 지원해야 그 위력을 사용할 수 있지요. 하지만 이것이 PCI-E 3.0이 가져다 줄 변화를 예측하는데 영향을 주는 것은 아닙니다.

 

 

PCI-E 3.0 표준은 작년에 발표되어 앞으로 2년 안에 보급이 시작될 전망입니다.

 

여기서는 여러 속도의 환산을 이야기하게 될 것인데, 그 전에 2가지 설명해둬야 할 것이 있습니다.

 

비트와 바이트의 관계는 여러분들도 알고 계시다시피 이론적으로 1바이트는 8비트, 1GB는 8Gb, 1GBps는 8Gbps입니다. 거기에 Transfer/s(줄여서 T/s)도 있습니다. 이것은 속도를 나타내는 단위로 AMD의 하이퍼트랜스포트와 인텔의 QPI에 자주 사용됩니다. 1T/s와 1bps/s는 같은 값이며 1바이트=8비트-8T/s입니다.

 

단위 이야기를 한 이유는 새로운 기술 표준에서 데이터를 고속 전송하는 중에 생기는 에러를 방지하기 위해 에러 체크 코드를 추가했다는 것입니다. 예를 들어 PCI-E 2.0, USB 3.0, SATA 3.0은 8/10 코드를 사용하여 10비트의 전송 데이터 중에 8비트만 실제 데이터가 됩니다. 이때 단위 환산은 1:8이 아니라 1:10으로 해야 합니다. USB 3.0의 5Gbps라는 속도는 500MB/s이지 625MB/s가 아니며 SATA 6Gbps의 속도는 600MB/s이지 750MB/s가 아닙니다.

 

다음은 대역폭입니다. PCI-E의 대역폭 계산은 비디오 메모리의 대역폭(B/s) 계산처럼 작동 클럭(MHz)와 데이터 전송 배율과 메모리 버스를 곱하고 8로 나눈 것과 비슷합니다. 하지만 이건 복잡한 공식을 간단하게 쓴 것입니다. 시리얼 PCI-E 버스(B/s)의 대역폭은 PCI-E 클럭에 사이클 데이터 비트와 버스 채널 수와 에러 치크 방식을 곱하고 8로 나눈 것입니다. 제일 많이 쓰이는 PCI-E 2.0 x16 슬롯을 예로 들면 클럭이 5GHz이고(기준 클럭과 PLL을 통해 얻어진 숫자), 사이클당 2비트 데이터를 전송, 16개의 레인, 8/10 에러 체크니까 실제 대역폭이 5000*2*16*8÷10÷8=16GB/s가 됩니다.

 

 

PCI의 역사와 발전

 

PCI-E 이전에 PC에서 사용되는 시스템 버스는 PCI와 AGP였습니다. PCI는 랜, 사운드, 스토리지 같은 각종 외부 디바이스와의 연결을 담당하고 AGP는 그래픽카드를 주로 연결하는데 사용합니다. 사실 AGP는 PCI 표준을 기반으로 3D 그래픽에 맞춰 확장한 것이며 PCI와 동일한 시스템입니다.

 

PCI 버스 이전에는 IBM에서 지정한 ISA 버스를 사용했습니다. 초기에는 8비트에 8MHz 클럭이었지만 나중에 16비트로 업그레이드되고 마지막으로는 32비트 EISA 버스로 확장됐습니다. 하지만 그 대역폭은 16~64MB/s밖에 안되기 때문에 PC의 발전을 따라가지 못했고 결국은 도태되게 됩니다.

 

PCI 기반의 그래픽카드는 이제 구닥다리로 봐도 됩니다.

 

뒤이어서 등장한 것은 PCI 버스입니다. 전체 명칭은 Peripheral Component Interconnect이며, 인텔이 1991년에 처음으로 제출하고 나중에 IBM, HP, DEC, 컴팩 등과 같이 PCI-SIG(Peripheral Component Interconnect Special Interest Group)을 성립하여, PCI 버스와 그 이후에 나오게 될 스펙을 정하도록 하여, PCI의 공식 조직이 됩니다.

 

PCI 버스는 32비트로 시작하여 이후에 64비트가 나오고 클럭도 33MHz까지 상승하게 됩니다. 이때 버스 대역폭은 133~266MB/s이며 대역폭이 크게 늘어나면서 당시 I/O 디바이스가 사용하기엔 충분했습니다. 1995년에 발표된 PCI 2.1은 66MHz의 클럭을 추가하면서 64비트 대역폭에서 533MB/s의 속도를 낼 수 있게 됐습니다. 서버용으로 확장된 PCI-X는 최고 133MHz 클럭으로 작동하며, 64비트 대역폭에서 1066MB/s를 낼 수 있게 됩니다. 하지만 PCI-X는 메인스트림 기술이 아니기 때문에 서버 외에 PC 시장에서는 많이 쓰이지 않았으며, 대부분의 칩세셍서 33MHz에 32비트의 PCI 슬롯을 사용했습니다.

 

PCI 버스 시대에 그래픽카드가 빠르게 발전하면서, 133MB/s의 버스로 그래픽카드와 다른 I/O 디바이스를 공유하는 것은 그래픽카드의 성능 향상에 큰 영향을 주었습니다. 따라서 PCI-SIG는 AGP(Accelerated Graphics Port)를 사용하여 그래픽카드 단독으로 사용하게 하여 다른 I/O와 대역폭을 공유하지 않도록 하였습니다.

 

 

일세를 풍미했던 부두 5까지도 AGP 세대에 들어갑니다.

 

AGP 대역폭은 32비트이지만 그 제일 큰 특징은 비교적 느린 PCI 레인을 벗어나면서 CPU와 직접 통신을 할 수 있게 됐다는 것입니다. 이런 P2P 방식의 설계는 더 높은 클럭에서 작동할 수 있도록 해줍니다. 처음에는 66MHz로 시작했지만 나중에 AGP는 최고 8x까지 지원하게 되면서 533MHz의 클럭에 2.1GB/s의 대역폭까지 도달하게 됐습니다. 두번째 장점은 AGP 슬롯에 Sideband addressing을 사용하여 주소 탐색과 데이터를 분리, 동시에 데이터를 전송할 수 있다는 것입니다. 마지막 장점은 그래픽 처리입니다. PCI 그래픽카드가 텍스처 데이터를 로딩할때 그래픽카드의 프레임 버퍼에 있는 데이터를 메모리에 복사해야 했던 반면, AGP는 AGP Fast Write 기술을 사용하여 직접 메모리에서 읽어올 수 있게 되면서 딜레이를 줄였습니다.

 

PCI와 AGP의 생명력은 매우 길다고 할 수 있습니다. 아직까지도 완전히 사라지진 않았으니까요. 비록 인텔이 시대에 뒤떨어진 기술을 도태시키기 위해, 6 시리즈 칩셋부터 더 이상 PCI를 네이티브 지원하지 않게 되었지만, AMD는 아직 PCI를 포기하지 않았고 대부분의 메인보드에서는 1개 정도의 PCI 슬롯이 여전히 남아 있습니다. AGP 그래픽카드의 경우에는 다이렉트 X 10까지만 하더라도 AGP 슬롯을 지원하는 그래픽카드가 나오기도 했었습니다.

 

 

청출어람. PCI-E

 

PCI 슬롯의 종말은 2011년에 인텔이 IDF에서 PCI 슬롯의 후임자인 Third Generation I/O(3GIO)를 발표하면서 이루어지게 됩니다. 이것은 PCI-SIG에 넘겨져 2002년에 표준으로 발표, 정식 명칭은 PCI Express(줄여서 PCI-E)가 됩니다. 이 버스는 지금까지도 계속하여 사용되고 있지요.

이름만 놓고 보면 PCI-E는 PCI 뒤에 Express만 붙인것으로 보이지만 PCI 아키텍처에서 완전히 벗어났습니다. PCI 버스는 패러럴 버스를 공유하는 방식이기 때문에, PCI 버스에 연결된 모든 디바이스가 작은 대역폭을 공유하게 됩니다. AGP 그래픽 전용 포트도 이 때문에 태어난 것이지요. PCI-E 버스는 AGP 슬롯의 경험을 통해 P2P 전송 방식의 시리얼 버스를 사용, 클럭과 전송 대역폭을 크게 높였습니다.

 

PCI 버스와 비교하여 PCI-E는 다음과 같은 개선점이 있습니다.

 

1. P2P 시리얼 전송. 패러럴에서 시리얼 방식을 사용한 것이 PCI-E의 제일 근본적인 변화입니다. 따라서 PCI-E에 연결되는 모든 디바이스와 프로세서가 최고의 대역폭을 사용하여 통신을 할 수 있고, 디바이스들이 대역폭을 서로 뺐어쓰지 않습니다.

 

2. 작동 클럭이 높습니다. PCI의 작동 클럭은 33~66Mhz이며 AGP의 최고 클럭은 533MHz와 동일한 수준입니다. PCI-E는 기본 클럭이 100MHz로 시작하지만 PLL 회로를 통해 최고 2.5GHz까지 클럭을 높일 수 있고, PCI-E 2.0은 5GHz, PCI-E 3.0은 8GHz까지 가능합니다. 이로서 데이터 전송 속도를 최대한으로 높일 수 있습니다.

 

3. 완전한 듀얼 모드 전송을 지원합니다. PCI 버스는 각각의 사이클이 한번에 오직 한번의 데이터를 전송할 수 있지만, PCI-E 버스는 한번의 사이클에 상행/하행 데이터를 모두 전송할 수 있습니다. 이것만으로 데이터 전송폭이 간단하게 두배가 됩니다.

 

4. 데이터 채널을 나눠서 전송할 수 있습니다. 여기에는 우리가 자주 보는 x1, x4, x8, x16이 포함되며 최고 x32개의 레인까지 지원합니다.

 

5. 속도가 빠릅니다. 퀄리티 컨트롤이 향상되면서 PCI-E에는 QoS, 전원 관리, Data integeriy, 핫플러그 등의 여러 기술을 지원하여, 데이터 전송 품질을 보장해 줍니다.

 

6. 전원 공급이 강화되었습니다. 1세대 PCI-E 슬롯은 75W의 전력을 공급해 주는데, 이것은 AGP 슬롯의 35W와 비교하면 상당히 커진 것입니다. 최소한 2000년도에 75W의 전력 공급이라면 대다수의 그래픽카드가 별도의 보조 전원을 필요로 하지 않았습니다.

 

7. PCI-E는 PCI 버스의 장점을 계승하여 소프트웨어 레벨에서 호환성을 가지고 있어, 드라이버나 운영체제의 별도 지원 없이도 사용할 수 있습니다. 하지만 로우 레벨에서 변화가 있기 때문에 PCI 슬롯과 PCI-E 슬롯은 호환되지 않습니다.

 

 

완전한 PCI-E의 구조

 

완전한 PCI-E의 구성은 3개 층으로 나눌 수 있습니다. 물리층(Physical), 데이터 연결(Data Link), 전환층(Transaction)이 그것입니다. 그 중에서 물리층이 제일 중요한 부분으로 PCI-E의 클럭, 채널 분할 등이 모두 여기서 완성됩니다.

 

 

물리층의 데이터 전송 원리

 

PCI-E의 각각의 링크는 실제로 2개나 2개 이상의 레인으로 구성되어 있으며, 각각의 레인은 동시에 2개의 단방향 데이터 전송이 가능합니다. 이들을 각각 송신단과 수신단으로 구분할 수 있고, 동시 데이터 전송을 지원하며 신호 클럭은 2.5GHz입니다. 여기까지는 PCI-E 1.0 표준의 이야기고, 2.0과 3.0에서 신호 클럭은 5GHz와 8GHz로 상승하였습니다. 고속 전송 과정에서 생길 수 있는 에러를 줄이기 위해 PCI-E의 신호는 8b/10b 방식으로 에러 교정을 합니다. 비록 20%의 대역폭을 사용하게 되지만 이것은 고속 데이터 전송 과정 중에서 필수 불가결한 단계이며, 이를 통해 데이터 전송의 일치성을 보장할 수 있습니다.

 

구체적인 슬롯의 생김새를 보면 PCI-E와 PCI 슬롯은 서로 다르게 생겼습니다. PCI-E의 레인 수에 따라서 현재의 PCI-E 슬롯은 x1, x4, x8, x16의 4가지 종류가 있고, 서로 하위 호환이 가능합니다. 즉, x16 슬롯에는 어떤 PCI-E 디바이스도 장착할 수 있으며, x1 슬롯에는 x1만 장착할 수 있습니다. 실제로 메인보드의 x8은 대다수가 x16과 통용되기 때문에, 대다수의 메인보드에는 3종류 PCI-E 슬롯, 즉 x1, x4, x16 정도가 제일 많이 보입니다.

 

 

4종류의 PCI-E 슬롯

 

PCIE 기술에는 위에서 서술한 여러가지 장점이 있기 대문에, 표준으로 발표된 이후에 PCI-E는 빠르게 메인스트림에 합류하게 되었습니다. 대역폭 수요의 급증은 그래픽카드 전용 버스를 만들 필요가 없어지게 하였고, I/O 버스와 그래픽카드 버스가 PCI-E 버스 하나로 통일되면서, 현재 우리가 보는 그래픽카드는 대부분이 PCI-E 슬롯을 사용하게 됐습니다.

 

PCI-E 버스가 전체 컴퓨터에 미치는 영향은 매우 큽니다. 간단한 예를 들어보면 인텔은 LGA 775 시대에 시스템 버스 오버클럭을 주로 하였습니다. 당시에 500MHz의 시스템 버스로 작동하는 콘로 프로세서도 있었지요. 노스브릿지가 사라지면서 PCI- E컨트롤러가 CPU 내부에 포함되자, CPU의 시스템 버스는 PCI-E와 클럭이 맞춰지게 되었습니다. PCI-E의 기준 클럭이 100MHz인데다가 클럭을 더 높을 여지가 많지 않기 때문에 오버클럭커들에게 큰 어려움을 주었습니다. 인텔 샌디 브릿지 아키텍처에서는 시스템 버스가 100MHz이고, 최고 한도가 110Mhz 정도이며 대부분의 경우에는 108MHz가 한계입니다. 따라서 배수 오버클럭을 주로 하게 되었지요. 마찬가지로 AMD가 최근 발표한 라노 APU는 원칩 플랫홈으로 시스템 버스가 100MHz로 고정되어 있으며 배수는 고정되어 있습니다. 이런 변화는 전통적인 오버클럭에 새로운 변화를 가져다 주게 됩니다.

 

PCI-E 표준이 나온지 10년인데 2개의 세대를 거치면서 많은 변화가 있었습니다. 앞으로 올 PCI-E 3.0에서는 과연 어떤 변화가 생길까요?

 

 

끝없는 속도의 추구, 3.0 시대의 진입

 

여러 버전을 거쳐서 PCI-SIG는 마침내 작년 11월에 PCI-E 3.0 스펙을 발표했습니다. 새 스펙은 속도를 높이는데 주력하여 PCI-E 2.0에서 속도를 배로 높인 것입니다.

앞에서 소개했던 공식에 의하면 대역폭을 높이기 위해서 클럭의 향상, 데이터 채널의 향상, 코딩 방식의 변화 등이 필요합니다. 이들 몇가지를 토대로 클럭을 높이게 되는데, 처음에는 클럭을 10GHz까지 높일 계획이었지만 이것은 큰 문제에 도달하게 됐습니다. 10GHz는 구리선에서 낼 수 있는 속도의 한계이며, 전기 설계에서 많은 노력을 해야만 가능한 숫자인데, 이를 실현하려면 제조 비용이 상승하고 설계가 복잡해지기 때문에 그리 합리적이지 않습니다.

데이너 채널 수를 늘리는 것도 안됩니다. PCI-E 2.0은 x32 레인까지 있지만 이를 사용하는 경우는 거의 없고, PCI-E 3.0에서 64개 레인으로 늘린다고 해도 메인보드 슬롯과 그래픽카드 슬롯 등을 다시 설계해야 하기 때문입니다.

마지막으로는 데이터 코드를 다시 짜는 것입니다. 8/10비트 구조에서 20%의 대역폭은 사용하지 않고 전류 신호의 평형을 맞추기 위해 '낭비'되고 있습니다. 대역폭이 낮을 때에는 별로 큰 문제가 되지 않지만 대역폭이 높아지만 낭비도 그만큼 커지게 됩니다. PCI-E 3.0에서는 이 방식을 128/130비트로 바꾸면서 130개의 코드 중에서 2개만 데이터 전송에 사용되지 않아, 이용율이 대폭 높아지게 됩니다.

최종적으로 PCI-E 3.0 솔루션은 고클럭과 코드 방식을 바꿔 대역폭을 늘리게 됐습니다. 128/130비트의 이용율은 98.5%이며, 클럭은 5GHz에서 8GHz로 높였습니다. 이렇게 할 때 16개 레인의 대역폭은 8000x2x16x0.98/8=31.5GB/s입니다. PCI-E 2.0의 16GB/s보다 몇배로 늘어난 것입니다.

 

3개 세대의 PCI-E 대역폭 변화

 

PCI-E 3.0의 8GHz는 제조의 어려움, 제조 원가, 소비 전력, 호환성 등을 고려하여 나온 결과이며, 여기에 코드 방식의 변화, 양방향 전송 등을 통해 대역폭을 몇배로 늘리게 됐습니다. 공식 문서를 보면 속도의 변화 이외에 별다른 변화는 보이지 않습니다. 이미 2개 세대를 거쳐서 큰 개선이 된다다가 클럭을 높이는 것이 그리 간단하지 않은 일이기도 합니다. 공식적으로 PCI-E 3.0의 개선 버전이 여러개 나온것을 보면 알 수 있지요.

 

 

후속작인 PCI-E 4.0

 

PCI-E 3.0이 발표된지 얼마 되지 않아 PCI-SIG는 PCI-E 4.0의 도입을 발표했습니다. PCI-E 3.0에서 10GHz의 클럭에는 도달하지 못했으니, PCI-E 4.0에서 속도를 높이기 위해서 재료를 바꿔야 합니다. 구리선은 안되니까 직접 광섬유라도 써야 할까요? 이렇게 된다면 다음번의 업그레이드는 메인보드와 그래픽카드, CPU에게 있어 큰 도전일 것입니다. 이 시기가 올려면 꽤 긴 시간을 기다려야 할 것이고, 최소한 2015년에나 성과가 있을 것입니다.

 

 

앞으로의 PCI-E가 광섬유를 쓸지 모릅니다. 인텔의 선더볼트처럼.

 

 

PCI-E 3.0 메인보드의 등장

 

비록 PCI-E 3.0의 정식 표준은 작년 말에 발표됐지만, 지금까지 메인보드와 CPU는 이를 지원하지 않습니다. 이를 제일 먼저 지원하는 인텔 아이비 브릿지는 아무리 좋게 잡아도 올해 말에나 출시되며, 정식 발표는 내년입니다. 거기에 전용 칩셋이 필요하지요. 그러나 PCI-E 3.0을 지원하는 메인보드는 벌써 시장에 그 모습을 보이고 있습니다.

 

이 세계 최초 PCI-E 3.0 메인보드의 전쟁은 애즈락과 MSI가 같이 시작했습니다. 먼저 MSI가 대만 컴퓨텍스 2011에서 PCI-E 3.0을 지원하는 Z68A-GD80(G3)를 발표했습니다. 얼마 되지 않아 애즈락이 Z68 익스트림4 Gen3를 발표하였습니다.

 

비록 PCI-E 3.0 경쟁에 뛰어들긴 했지만, PCI-E 컨트롤러가 CPU에 내장되어 있기 때문에 PCI-E 3.0의 지원 여부는 메인보드가 결정할 수 있는 것이 아닙니다. 하지만 PCI-E 3.0은 지금의 PCI-E 2.0과 별다른 차이가 없으며, 각 채널에서 전송하는 속도가 늘어난 것 정도입니다. 이를 전환 칩을 사용하여 2개의 PCI-E 2.0 레인을 1개의 레인으로 바꿔 속도를 높이는 것, 이것이 현재 출시된 PCI-E 3.0 지원 메인보드가 사용하는 방법입니다.

 

 

MSI의 공식 사이트에서는 G3 버전의 Z68A를 소개하고 있습니다.

 

MSI Z68A-GD80(G3)를 보면 이전의 GD80이 3개의 PCI-E 2.0 슬롯이 있어, 1개는 x18과 x8, 다른 1개는 x4와 x16을 지원하여 x8 + x8이나 x8 + x8 + x4의 2가지 모드로 작동할 수 있습니다. 그 외에 2개의 x1 슬롯이 있습니다. PCI-E 전환 칩인 P12PCIE를 사용하고 별도의 PCIE 칩 컨트롤러를 사용하지 않아, PCI-E 버스의 레인 수는 Z68 자체의 16+8개에서 변하지 않았습니다.

 

 

MSI Z68A-GD80-G3 메인보드는 P13PCIE 칩을 사용하여 PCI-E 3.0을 지원합니다.

 

G3 버전의 Z68A-GD80은 P13PCIE 전환 칩을 사용하고 별도의 PCI-E 칩을 통해 더 많은 PCI-E 레인을 제공합니다. (모델명은 알려지지 않았지만 8레인 PCI-E 칩일 것입니다) 이렇게 하여 첫번째 PCI-E 슬롯이 PCI-E 3.0 x16 그래픽카드를 지원하게 됐고(두번째와 세번째 슬롯에 어떤 그래픽카드도 장착하지 않는다는 전제조건 하에), 두번째와 세번째 슬롯은 각각 PCI-E 3.0 x8과 PCI-E x4를 지원, SLI나 크로스파이어에서 PCI-E 3.0 x8 + x8까지 사용할 수 있게 됐습니다.

 

 

애즈락 Z68 메인보드는 NXP L04083B 칩을 사용하여 PCI-E 3.0을 지원합니다.

 

애즈락 Fatal1ty Z68 Professional Gen3가 선택한 방법도 비슷합니다. 별도의 PCI-E 칩인 PLX PEX8608를 사용하여 8레인 PCI-E를 별도로 지원합니다. 이 메인보드도 3개의 PCI-E 슬롯을 지원하며 x16, x8 + x8, x8 + x8 + x4의 3가지 작동 모드가 있습니다. 이 메인보드의 첫번째 슬롯은 1개의 카드를 장착했을때 PCI-E 3.0 x16으로 작동하며, 두번째 PCI-E 슬롯은 PCI-E 3.0 x8로, 세번째 슬롯은 PCI-E 2.0 x4로 작동합니다.

 

이런 방법을 통해 기존 메인보드 칩셋에서도 PCI-E 3.0을 사용할 수 있게 됐지만, 여기에는 2가지 문제가 있습니다. 첫번째는 현재 PCI-E 3.0을 사용할 수 있는 CPU와 그래픽카드가 없다는 것입니다. 두번째는 Z68에서 네이티브 제공하는 슬롯이 16+8 PCI-E라서, 별도의 8개의 레인을 추가하는 칩을 장착해도 PCI-E 3.0 x16밖에 안됩니다. 따라서 일단 PCI-E 3.0 그래픽카드를 장착하면 메인보드에서 제공하는 모든 PCI-E 레인을 점유하게 됩니다. 이 경우 다른 PCI-E 디바이스, USB, SATA 등의 대역폭이 부족해지면서 성능에 영향을 주지 않을까요?

 

아직 관련 하드웨어가 없기 때문에 이 문제를 검증할 수는 없습니다.

 

 

빠른 속도를 어디에 사용하는가

 

PCI-E 3.0의 대역폭은 32GB/s까지 올라갔습니다. AMD의 하이퍼 트랜스포트가 6.4GT/s니까 32비트 대역에서는 25.6GB/s(단방향)~51.2GB/s(양방향)이 되고, 인텔 QPI도 6.4GT/s니까 20비트 대역에서는 16GB/s(단방향)~32GB/s(양방향)이 됩니다. 하이퍼 트랜스포트나 QPI 버스는 모두 CPU 내부 연결에서 사용하는 것인데, PCI-E 3.0의 32GB/s는 칩 내부에서 사용하는 대역폭과 맞먹는 수준입니다. 이런 높은 대역을 어떻게 사용할까요?

 

그래픽카드는 PCI-E 발전의 일등공신입니다. PCI-E 3.0의 첫번째 목표는 차세대 그래픽카드입니다. 아키텍처를 업그레이드한 차세대 그래픽카드의 연산 성능이 대폭 늘어나면서 필요로 하는 대역폭도 늘어나게 됐고, 이론적으로 PCI-E 3.0에서 더 좋은 성능을 낼 수 있게 됐습니다. 현재 문제는 차세대 그래픽카드가 PCI-E 3.0을 사용할 것인지 아직 모른다는 것입니다. 지금까지 알려진 소식대로라면 AMD의 라데온 HD 7000 시리즈는 PCI-E 3.0을 사용할 것이라 알려져 있으며, AMD의 PCI-E 기술 발전이 차근차근 이루어지고 있는걸 고려하면 라데온 HD 6800 시리즈에서 PCI-E 2.1을 제일 먼저 지원했으니 라데온 HD 7000 시리즈에서 PCI-E 3.0을 지원하게 될 것이라는 이야기도 믿음이 가는 것입니다. 하지만 AMD가 공식 확인해주지 않았으니 최종적으로 결론이 난 것은 아닙니다.

 

차세대 그래픽카드가 PCI-E 3.0을 지원한다고 해도 PCI-E 3.0에 대한 높은 기대를 할 필요는 없습니다. 왜냐하면 현재 상황을 보면 PCI-E 2.0의 대역폭은 성능에 병목현상을 줄 정도로 부족하지 않기 때문입니다. P67 메인보드에서 제공하는 x8 + x8의 SLI/크로스파이어와 x16 + x16의 구성을 비교해봐도 성능 손실이 없습니다. 이것은 PCI-E 2.0의 대역폭이 아직 그래픽카드의 병목 현상을 일으키는 주범이 아니며, 차세대 그래픽카드에서 성능이 늘어난다고 해도, PCI-E 3.0에 별다른 영향을 주지 못할 것입니다.

 

 

PCI-E 3.0의 거대한 대역은 고성능 컴퓨팅에서 주목을 받습니다.

 

PC에서 PCI-E 3.0은 별 필요 없지만, PC 이외의 더 넓은 영역을 보면 이야기가 달라집니다. GPU 통용 계산의 발전이 빨라지면서 GPU의 데이터 전송량은 갈수록 늘어나고 있고, 고성능 컴퓨터나 병렬 처리 등에서는 PCI-E 3.0의 높은 대역이 큰 도움을 줄 것이라는 점은 확실합니다. 그저 일반인들이 체감하기 힘들어서 그럴 뿐이지요.

 

 

PCI-E의 외부 연결

 

비록 PCI-E라는 기반층에서 USB, SATA, eSATA 같은 포트가 데이터를 전송하게 되지만, 사람들은 USB만 기억하지 다른 것은 기억하지 못합니다. 이 점은 PCI-E를 외부 디바이스에 사용하기 위해 많은 노력이 필요하다는 것을 설명해 줍니다.

 

우리가 자주 보는 PCI-E는 2가지 종류가 있습니다. 하나는 x16과 x1 같은 슬롯이고, 그래픽카드 같은 각종 카드 종류의 PCI-E 디바이스를 연결하는데 사용합니다. 하지만 PCi-E 슬롯은 핫스왑을 지원하지 않으며, 핫스왑을 한다고 해도 케이스를 열어야 하니 매우 불편합니다. 또한 자주 장/탈착할 일이 없는 장비이기도 합니다. 두번째는 외부 디바이스의 포트입니다. PCI 시절에는 PCIMA 카드라 불리웠고 지금은 익스프레스카드라 불리는 것으로 34와 54의 두가지 종류가 있으며, 현재 최신 표준은 익스프레스카드 2.0입니다. 그 장점은 핫스왑이 가능하고 크기가 작다는 것입니다. 하지만 그 단점도 확실한데, 익스프레스카드는 그 포트가 있어야만 사용할 수 있어 통용성이 부족합니다.

 

PCI-E 기술을 외장 디바이스에서 사용하는 범위를 넓히기 위해, 다른 회사들이 노력을 하지 않은건 아닙니다. 예를 들어 NVIDIA는 MXM(Mobile PCI Express Module) 외장 그래픽 모듈을 만들어, 외장 그래픽카드를 독립적이고 교환 가능한 모듈로 노트북에 장착할 수 있게 했고. AMD는 이와 비슷한 AXIOM(Advance Express I/O Module) 기술을 만들었습니다.

 

 

PCI-E 외장 디바이스 포트인 익스프레스카드. 노트북에서만 주로 쓰입니다.

 

PCI-E 3.0 표준의 발표 후에도 PCI-SIG에서는 새로운 외장 포트를 발표했습니다. PCI-E 3.0 x4 기반이며 속도는 4GB/s(32Gbps)에 달하고 전원 공급은 최고 20W까지 가능합니다. 인텔의 선더볼트 포트와 매우 비슷한데, 선더볼트는 디스플레이포트를 물리적인 포트로 사용하여 일반적인 디스플레이포트로 사용할 수 있으며, 데이터 전송은 PCI-E를 사용, 10Gbps의 속도에 10W(5V 전압, 2A 전류)의 전원 공급이 가능합니다.

 

PCI-SIG의 외장 디바이스에서 제일 큰 문제는 아직 설계 단계에 머물러 있다는 것이며, 2년 후에나 출시가 되는데다가 확실한 포트 디자인 설명이 없다는 것입니다. 처음부터 새로 포트를 설계하건, 선더볼트처럼 기존의 포트를 사용하건, 모두 칩셋의 지원이 필요하며, 인텔은 선더볼트가 있기 때문에 다른 종류의 포트에 그다지 적극적이지 않을 것입니다.

 

 

전원 공급의 문제

 

기존의 2세대 기술과 비교하여 PCI-E 3.0의 전원 공급 능력은 많은 사람들의 관심을 받지 않을 수가 없습니다. 문제는 PCI-E 1.0과 2.0 모두 그리 완벽한 것이 아니었다는 점입니다.

 

PCI-E 1.0의 전원 공급 능력은 75W이며, PCI-E 2.0은 150W로 대폭 상승했지만(일설에서는 225W라고도 함), PCI-E 3.0에서는 300W까지 상승하게 됐습니다. 이것만 놓고 보면 상당히 좋아 보이지요? 따라서 PCI-E 3.0 슬롯에서 대부분의 그래픽카드는 보조 전원을 장착할 필요가 없을 것처럼 보입니다. 왜냐하면 대부분 그래픽카드의 TDP가 모두 300W 이내이기 때문입니다. 최강의 지포스 GTX 580도 244W밖에 안되며, 지포스 GTX 590, 라데온 HD 6990 같은 플래그쉽 2 GPU나 되야 300W 이상이 됩니다.

 

아쉬운 것은 이게 다 사실이 아니라는 것입니다. 이 문제는 많은 사람들이 잘못 알고 있는 것인데, ‘지원과 ‘제공’은 다른 말이기 때문입니다. 150W라는 스펙은 어느 정도 믿을 수 있습니다. 왜냐하면 공식 스펙인 PCI Express x16 Graphics 150W-ATX Specification 1.0를 보면 전원 공급 범위가 150W라고 나와 있기 때문입니다.

 

 

공식 FAQ에서는 150W의 전원 공급 능력이 있음을 곽인해 주었습니다. 그러나 이걸로 끝이 아니라 아직 문제가 남아 있습니다.

 

이 150W라는 것은 이렇게 실현된 스펙입니다. 이 스펙을 지원하는 그래픽카드에는 전용 6핀 포트가 있습니다. 시스템은 이 포트의 상태를 모니터링하여 만약 정확하게 장착이 되었다면 PCI-E x16 슬롯을 통해 75W의 전원을 공급하고, 여기에 이 포트를 통해 추가로 75W의 전원을 공급하여, 합계 150W가 되는 것입니다.

 

매우 유감스러운 것은 NVIDIA의 공식 PDF와 웹사이트에서 150 ATX 스펙을 지원하는 그래픽카드와 메인보드 리스트를 찾을 수가 없었다는 것입니다. 실물의 사진 없이 문자만으로는 구체적인 제품의 이미지를 얻기가 힘들며, 여기서 말하는 특별한 전원 공급과 보통의 6핀 전원 공급 포트와 차이점을 알 수 없습니다.

 

따라서 우리가 확정해낸 결론은 이렇습니다. PCI-E x16 슬롯의 전원 공급은 지금까지 75W를 넘은 적이 으며(LP 타입일 경우 25W), 150W를 지원하기 위해서는 그래픽카드에 별도의 6핀 보조 전원을 연결해야 한다는 것입니다.

 

PCI-E x16 슬롯에서 225W와 300W의 전원 공급은 모두 6핀과 8핀 전원 포트를 통해 실현한 것입니다.

 

이들 3가지 문제는 PCI-E의 공급에 그리 부정적인 영향을 끼치진 못할 것입니다. 속도 문제는 소비자들이 결정하는 것이 아니며 소비자들이 별다른 단점을 느끼지 못할 것입니다. 외장 디바이스 포트는 이론적으로만 이야기됐던 일일 뿐이며 그 실천은 아직 요원합니다. 마지막의 전원 문제는 많은 사람들이 기대를 하고 있지만, 공식 문서에서는 이에 대해 진작부터 설명을 해 두었으며, 사람들이 오해를 하고 있을 뿐입니다.

 

PCI-E 3.0. 열매는 익었지만 보급은 기다려야 함

 

컴퓨터 데이터 전송의 대동맥인 PCI-E는 묵묵히 PC의 여러 부분을 연결하고 있습니다. 비록 그 발전 과정은 CPU나 그래픽카드처럼 눈에 잘 띄는 것도 아니고, 업그레이드 과정도 정말 느리지만, 매 세대가 바뀔 때마다 PC에 큰 활력을 주입하고 있습니다. PCI/AGP버스에서 PCI-E로 넘어올 때 그래픽카드의 성능은 큰 발전을 할 수 있었으며, PCI-E의 넓은 대역폭은 그래픽카드의 연산 능력을 극대화 할 수 있게 해주었습니다.

 

PCI-E 슬롯은 현재 메인보드에서 절대적인 위치를 차지하고 있습니다.

 

PCI에서 PCI-E로의 변화는 비록 이름은 크게 변하지 않았으나, 기술의 변화는 매우 큽니다. PCI는 패러럴 버스의 개념을 사용하며 모든 디바이스가 133~533MB/s의 대역폭을 공유하는 반면, PCI-E는 P2P 방식의 시리얼 버스를 사용하여 모든 디바이스가 대역폭을 단독으로 사용합니다. PCI-E 1.0의 x1 버스는 250MB/s의 대역을 제공하며, 2.0과 3.0은 500MB/s와 1GB/s로 발전하였습니다. 현재의 사용을 보면 PCI-E 2.0 정도만 하더라도 대역폭이 부족한 경우는 생기지 않기 때문에, PCI-E 3.0의 32GB/s라는 초 고대역폭을 사용하려면, 아직 상당한 시간을 기다려야 할 것입니다.

 

물론 PCI-E 3.0은 아직 완전하지 않은 부분이 있습니다. 비록 그 속도는 빨라졌지만 현재 이를 지원하는 그래픽카드와 CPU가 없습니다. PCI-E의 기술적인 장점은 많지만, 외부 디바이스로서의 사용은 아직 부족합니다. 노트북에서 사용하는 익스프레스 카드는 갈수록 위축되고 있습니다. 속도가 상승해도 전원 공급이 이를 따라가지 못한다는 점도 있습니다. 75W의 전원 공급은 보급형 그래픽카드에만 알맞으며, 150~225W 정도는 되야 절대 다수의 사용자들을 만족시킬 수 있을 것입니다.

 

PCI-E 3.0을 지원하는 제품은 이제 막 나오기 시작했지만 실용적이진 않습니다.

 

PCI_E 3.0은 스펙이 발표된지 이제 6개월이 지났지만, 아직 하드웨어가 준비되진 않았습니다. MSI와 애즈락은 PCI-E 3.0을 지원하는 메인보드를 발표했지만, 아직은 실제적인 의의가 그리 크지 않습니다. 왜냐하면 이런 제품들을 구입해도 그 스펙을 사용할 수가 없기 때문이지요.

PCI-E 3.0이라는 열매는 이미 잘 익었지만, 그 과일을 먹으려면 아직 시간이 더 필요합니다.

 

출처: http://www.expreview.com/16392.html