PCIe란 무엇인가요?

Peripheral Component Interconnect Express(PCIe) 는오늘날의 컴퓨터에서 구성 요소 및 주변 기기 간 연결을 위한 표준화된 인터페이스입니다. 이 인터페이스는 SSD, 그래픽 카드, 추가 카드 등 다양한 구성 요소가 현대적인 메인보드에 연결되어 정상적으로 작동할 수 있도록 하며, 전용 인터페이스나 비표준 프로토콜을 사용하지 않아 호환성 문제나 설치 복잡성을 유발하지 않습니다.

PCI Express는 PC의 메인보드에 존재하던 별도의 인터페이스(AGP 및 PCI)를 대체하기 위해 설계된 산업 표준 인터커넥트입니다. 당시에는 그래픽 카드에 AGP를, 사운드 카드, 네트워크 카드, RAID 컨트롤러 등에 PCI 포트를 사용했습니다. PCI Express는 2003년에 도입되면서 모든 이러한 인터페이스를 대체했으며, 대역폭과 성능의 미래 발전을 위해 충분한 여력을 확보하도록 설계되었습니다. 따라서 매우 긴 수명을 가질 것으로 예상됩니다. 오늘날에도 여전히 기술적 우위를 유지하고 있지만, 이에 대한 자세한 내용은 나중에 설명하겠습니다.

PCI Express는 장치 간 점대점 시리얼 인터페이스로, PCIe 장치와 CPU 및 칩셋이 연결의 양 끝에 내장된 물리적 "레인"을 통해 통신합니다. PCIe 레인은 각 레인당 두 쌍의 구리 케이블을 사용하여 양방향으로 데이터를 동시에 전송하며, 이 설계의 장점은 레인을 추가하거나 더 많은 레인을 사용함으로써 대역폭을 비교적 쉽게 증가시킬 수 있다는 점입니다. 또한 하위 호환성이 있어 PCIe 3.0 장치는 PCIe 4.0 시스템에서도 문제없이 작동합니다. 이로 인해 PCIe는 매우 유연한 설계로 독특한 인터페이스로 자리매김했습니다.

PCI Express 기술은 현재 AMD와 Intel의 CPU 및 CPU 칩셋 모두에 적용된 기능입니다. 따라서 사양표를 확인할 때 해당 기술에 대한 PCI Express 지원이 "PCIe 레인 수"로 표시되어 있습니다. 사용 가능한 레인 수는 CPU와 CPU 칩셋에 따라 다를 수 있으며, 플래그십 제품은 더 많은 레인을, 일반 제품군은 더 적은 레인을 제공합니다.

참고로 CPU와 칩셋 모두에 PCIe 레인이 있지만, 이 레인들은 모두 최종적으로 CPU에 연결되더라도 서로 동일하지 않습니다. 칩셋에서 오는 레인은 DMI 링크(Direct Media Interface)를 통해 CPU에 연결되어야 하며, CPU에 직접 연결되는 레인은 이 중간 연결 장치를 우회합니다. 이는 GPU와 최소한 주요 SSD를 이 중간 연결 장치를 사용하지 않는 슬롯에 설치해야 한다는 의미입니다.

모든 PCIe 장치는 특정 수의 레인을 사용하며, 이는 작은 "x"와 해당 레인 수를 나타내는 숫자로 표시됩니다. 예를 들어, RTX 5090과 같은 현대적인 GPU는 PCIe 5.0 x16 장치입니다. 이는 PCI Express 표준의 5세대(PCIe 5.0 또는 Gen 5)를 사용하며, 데이터 전송을 위해 현재 허용되는 최대인 16개의 레인을 활용합니다. 또한 8개 레인(x8), 4개 레인(x4), 2개 레인(x2), 1개 레인(x1)을 사용하는 장치도 있습니다.

물론, 더 많은 차선을 사용하는 것에는 벌금이 부과됩니다. 예를 들어 추가 열 발생과 전력 요구사항 등이 있으며, 컴퓨팅 세계에서는 무료 점심은 없다는 말이 있듯이 말이죠. 그러나 데이터 전송을 위해 다른 수의 차선을 사용할 수 있는 능력은 하드웨어 제조업체가 제품을 설계할 때 다양한 옵션을 제공합니다.

반대로, 장치의 성능이 크게 영향을 받지 않거나 성능을 낮추는 것이 가치 있는 타협점이라고 가정할 경우, 장치가 전력 소비를 줄이고 열 발생을 감소시키기 위해 x16에서 x8로 전환될 수도 있습니다.

PCI Express는 출시 이후 각 세대마다 인터페이스가 제공하는 대역폭을 두 배로 늘려왔으며, 이는 놀라운 성과입니다. 이 대역폭의 두 배 증가는 가까운 미래에도 계속될 것으로 예상되며, 이는 모든 PC 사용자들이 현재 GPU의 대역폭의 네 배를 갖춘 PCIe 7.0 GPU를 상상하며 기대감을 품게 합니다. 그러나 GPU가 실제로 그 정도의 대역폭을 활용할 수 있을지는 또 다른 문제입니다.

위에서 언급했듯이, PCI-SIG에서 PCI Express 인터페이스를 개발한 팀은 각 신규 버전마다 PCIe Express의 대역폭을 두 배로 늘리는 데 성공했으며, 이 추세는 미래에도 계속될 것으로 예상됩니다. 지금까지의 발전 과정은 다음과 같습니다:

위 차트에서 가장 눈에 띄는 점은 현재 각 PCIe 세대의 긴 수명을 확인할 수 있다는 것입니다. 차트에 따르면 PCIe 5.0은 2019년에 도입되었지만, 2025년 현재까지도 완전히 지배적이지 않습니다. 대부분의 기기에서는 여전히 PCIe 3.0과 4.0이 주로 사용되고 있습니다. 실제로 Nvidia의 새로운 RTX 50 시리즈는 PCIe 5.0 GPU이지만, 이는 해당 기업에게는 첫 번째 사례입니다. 2022년에 출시된 이전 세대 Ada Lovelace 40 시리즈 카드는 PCIe 4.0을 사용했기 때문입니다. AMD의 이전 세대 7000 시리즈 GPU도 PCIe 4.0을 사용했지만, 두 기업의 최신 GPU는 마침내 PCIe 5.0을 채택했습니다.

동시에, 차트에는 PCIe 6.0이 2021년에 발표되었지만, 이 기술이 시장에 출시되기까지는 수년이 걸릴 것이며, 그 후에도 널리 보급되기까지는 추가로 수년이 더 소요될 수 있습니다. 이는 2030년경이 될 수 있습니다. 이 경우 PCIe 7.0은 2035년경에 등장할 것으로 예상되며, 이러한 표준들은 시장 수요가 발생하기 훨씬 전에 도입되는 매우 긴 수명을 가지고 있습니다.

2025년에는 PCIe Express 장치는 CPU 아래에 있는 메인보드의 슬롯에 연결되는 모든 장치를 의미합니다. 이는 GPU와 PCIe 슬롯에 설치되는 모든 추가 카드(확장 카드)를 포함합니다. 이에는 USB 확장 카드, 네트워크 카드, RAID 컨트롤러, 사운드 카드 등이 포함됩니다. 참고: M.2 SSD도 PCI Express 장치이며, 현재 메인보드에는 확장 슬롯과 다른 전용 포트가 있지만, CPU와 칩셋에 연결되어 호스트 시스템과의 데이터 전송을 담당한다는 점에서 동일한 기능을 수행합니다.

PCI Express가 각 세대마다 대역폭을 두 배로 늘린다고 해서 성능이 두 배로 증가하는 것은 아닙니다. 이 현상의 좋은 예시는 현재 시중의 M.2 SSD들입니다. PCIe 4.0 SSD는 수년간 출시되어 널리 사용되고 있으며, 대역폭은 약 7GB/s까지 달합니다. 반면 PCIe 5.0 드라이브는 최신 모델로, 최대 약 12-14GB/s의 대역폭을 제공합니다. 이는 업그레이드의 당연한 선택처럼 보일 수 있지만, 실제 환경에서는 두 드라이브 계열 간의 성능 차이는 응용 프로그램에 따라 매우 크거나 매우 작을 수 있습니다.

드라이브를 실제로 대용량 파일을 반복적으로 읽고 쓰는 용도로 사용한다면, 이는 큰 업그레이드가 될 수 있습니다. 이는 저희 기사에서 언급한 바와 같습니다. 그러나 SSD를 주로 게임 용도로 사용한다면, 게임 로딩 시간의 차이는 미미할 것입니다.

현재 PCIe 5.0 SSD가 직면한 또 다른 문제는 PCIe 4.0 드라이브보다 가격이 더 높다는 점이며, 또한 PCIe 5.0 SSD M.2 포트를 지원하는 메인보드도 널리 보급되지 않았습니다. 그러나 이 상황은 향후 5년 내에 변화할 것입니다.

이 글이 작성되는 2025년 중반 현재, 우리는 모두 PCIe 5.0이 새로운 표준이 되기를 기다리고 있지만, 이는 몇 년이 더 걸릴 수 있습니다. AMD와 Intel의 최신 CPU 칩셋은 PCIe 5.0을 지원하며, AMD와 Nvidia의 GPU도 PCIe 5.0을 지원합니다. 따라서 현재 시점에서 모든 신규 하드웨어가 최신 인터페이스를 지원할 것으로 예상되며, 이는 PCIe 5.0이 새로운 표준으로 자리 잡는 데 기여할 것입니다. PCIe 4.0에서 PCIe 5.0으로의 업그레이드는 해당 기기가 유일한 옵션이 될 때 더 많은 사람들이 진행할 것입니다. 예를 들어, 2027년에 새로운 M.2 SSD를 구매하려면 PCIe 5.0 기기를 구매해야 할 가능성이 높습니다. 이는 현재 DDR5로 시장이 전환되면서 DDR4 메모리를 구매하기 어려운 상황과 유사합니다.

따라서, 몇 년 후에는 PCIe 6.0 장치가 출시되기 시작할 수 있지만, 새로운 하드웨어가 출시될 것으로 예상되는 시점은 2028년경이 될 것으로 추정됩니다. PCIe 5.0이 시장에서의 입지를 다지는 데 6년 이상 걸린 점을 고려할 때, 해당 장치가 대중화되기까지는 이번 세기 말까지 걸릴 수 있습니다.

참고로, PCI-SIG는 이미 PCIe 7.0 표준 개발에 박차를 가하고 있습니다. 앞서 언급했듯이, 이 조직은 시장 동향보다 항상 한발 앞서 나가는 매우 미래 지향적인 단체로, 이는 PC 산업 전반에 걸쳐 좋은 소식입니다.