PCIe(주변 장치 인터커넥트 익스프레스) 표준은 처음 도입된 이후 상당한 발전을 거듭해 왔으며, PCIe 3.0 이후 7년 만인 2017년에 도입된 PCIe 4.0은 중요한 이정표가 되었습니다. 이 새로운 표준은 데이터 전송 속도를 8 GT/s(초당 기가 전송)에서 16 GT/s로 두 배로 끌어올리며 데이터 전송 기능의 비약적인 도약을 이루었습니다. 이러한 성능 향상은 디바이스의 성능을 향상시킬 뿐만 아니라 소프트웨어 프로토콜, 클록 아키텍처, 기계식 인터페이스 등 이전 세대 표준과도 완벽하게 호환되도록 보장합니다.

PCIe 4.0의 가장 주목할 만한 측면 중 하나는 PCIe 3.0과의 높은 호환성을 유지하기 위한 노력입니다. 두 표준 모두 동일한 인코딩 체계, 특히 128/130비트 인코딩을 사용합니다. 이러한 유사성 덕분에 제조업체는 기존 설계와 인프라를 활용할 수 있어 광범위한 재설계의 필요성을 최소화할 수 있습니다. 그러나 PCIe 4.0으로 전환하는 데는 여러 가지 어려움이 따르며, 특히 데이터 전송률 증가에 따른 신호 무결성과 관련된 문제가 있습니다.

디바이스가 더 높은 주파수로 데이터를 전송함에 따라 동일한 통신 채널을 통해 데이터를 전송하게 됩니다. 이러한 변화로 인해 전기 경로에 더 큰 저항이 발생하여 삽입 손실 및 감쇠와 같은 현상이 발생할 수 있습니다. 이러한 문제의 영향은 더 높은 주파수에서 더욱 두드러집니다. 16 GT/s에서 PCIe 4.0과 관련된 신호는 일반적인 FR4 채널을 통해 전송될 때 상당한 감쇠를 나타내며, 인쇄 회로 기판에 가장 일반적으로 사용되는 메이트
인쇄 회로 기판(PCB)에 가장 많이 사용되는 FR4 채널을 통해 전송될 때 상당한 감쇠를 보입니다. 이렇게 신호 손실이 증가하면 설계가 이러한 빠른 속도로 데이터를 안정적으로 전송할 수 있는지 확인하기 위한 추가 테스트 조치가 필요합니다.

PCIe 4.0 사양에는 채널의 범위를 확장하는 동시에 시스템 테스트의 복잡성을 높이기 위해 설계된 타이머 섹션이 통합되어 있습니다. 이렇게 복잡성이 높아졌음에도 불구하고 PCIe 3.0에 필요한 테스트 횟수가 PCIe 4.0의 테스트 횟수를 능가하는 경우가 많다는 점은 흥미롭습니다. 이러한 차이는 PCIe 3.0 테스트가 짧은, 중간, 긴 세 가지 채널 시나리오를 고려해야 한다는 사실에서 비롯됩니다. 반면, PCIe 4.0은 주로 긴 채널 시나리오 테스트에 초점을 맞추기 때문에 테스트 프로세스의 일부 측면이 간소화되는 동시에 새로운 과제가 생깁니다.

PCIe 3.0과 4.0은 전송 중 신호가 저하되는 현상을 가리키는 용어인 “아이 클로저” 사양이라고도 합니다. 실제로는 완벽하게 작동하는 송신기와 최소한의 지터만 있어도 채널에서 발생하는 간섭으로 인해 신호 품질을 그래픽으로 표현하는 신호 “아이”가 닫힐 수 있다는 의미입니다. PCIe 4.0 신호를 성공적으로 전송하는 능력은 이 “눈”을 다시 여는 수신기의 이퀄라이제이션 전략의 효과에 달려 있습니다. 16 GT/s를 지원하는 장치를 연결하는 경우 연결 프로세스에는 먼저 8 GT/s로 링크를 설정하고, 성공하면 원하는 더 높은 속도를 달성하기 위해 추가 이퀄라이제이션 단계를 진행하는 두 가지 단계가 포함됩니다.

설계 엔지니어와 시스템 아키텍트에게는 신호 품질 변화에 따른 시스템의 성능 허용 오차를 이해하는 것이 가장 중요합니다. 신호 성능은 카드마다 크게 다를 수 있으며, 이로 인해 채널 손실, 누화 및 채널 동작의 불일치가 발생할 수 있습니다.

2019년에 PCIe 5.0이 도입되면서 PCIe 표준의 기능이 더욱 발전하여 128GBps(초당 기가바이트)라는 놀라운 처리량을 달성했습니다. 이 새로운 표준은 전반적인 성능을 향상시킬 뿐만 아니라 신호 무결성 및 비트 오류율(BER) 제어도 크게 개선했습니다. PCIe 5.0은 특히 빠르고 안정적인 데이터 전송이 필요한 인공 지능 및 고성능 컴퓨팅(HPC)과 같은 고수요 애플리케이션에 적합합니다.

중요한 점은 PCIe 5.0은 이전 세대와의 역호환성을 유지하여 제조업체와 사용자가 원활하게 전환할 수 있다는 것입니다. 인텔은 알더 레이크 플랫폼부터 PCIe 5.0 지원을 CPU에 통합한 최초의 기업으로, 이 새로운 표준을 채택하고 활용하려는 업계의 노력을 보여주었습니다.

결론적으로, PCIe 3.0에서 PCIe 5.0으로의 PCI Express 표준 진화는 더 높은 성능, 향상된 신호 무결성, 데이터 전송의 복잡성 증가를 위한 지속적인 추진력을 보여줍니다. 엔지니어와 설계자에게 이러한 변화를 이해하는 것은 특히 카드 에지 커넥터와 PCI Express 커넥터에 의존하는 설계를 최적화하는 데 있어 매우 중요합니다. 더 빠르고 안정적인 데이터 전송에 대한 수요가 계속 증가함에 따라 컴퓨팅 및 디지털 통신의 미래를 형성하는 데 있어 PCIe 표준의 중요성은 더욱 두드러질 것입니다.