2019년 5월, PCI-SIG는 데이터 전송 속도를 레인당 16 GT/s에서 32 GT/s로 두 배로 늘린 PCIe 5.0을 발표했습니다. PCIe 5.0은 인공지능(AI), 고성능 컴퓨팅(HPC) 및 데이터센터 환경의 데이터 집약적인 요구 사항을 충족하도록 특별히 설계되었습니다. 이 문서에서는 PCIe 5.0의 아키텍처 업그레이드, 이전 표준과의 호환성, 고성능 부문에서의 적용 사례에 대해 설명합니다.

1. PCIe 5.0의 아키텍처 개선 사항
PCIe 5.0은 PCIe 4.0의 프레임워크를 기반으로 구축되었지만, 비교적 약간의 수정만으로 상당한 성능 향상을 달성했습니다. 32 GT/s의 데이터 속도로 16레인 구성에서 128 GB/s의 처리량을 달성할 수 있어 AI 워크로드, 게임, HPC 등 데이터 교환 요구사항이 많은 애플리케이션을 수용할 수 있습니다.

PCIe 4.0과 마찬가지로 PCIe 5.0은 128b/130b 인코딩 체계를 사용하여 효율적인 데이터 전송과 이전 버전과의 호환성을 보장합니다. 여러 PCIe 세대에 걸쳐 이 방식을 사용하면 제조업체의 시스템 복잡성이 줄어들고 장치 간 상호 운용성이 향상됩니다. 또한 데이터 속도가 빨라질수록 견고하고 손실이 적은 커넥터 설계가 필요하기 때문에 카드 에지 커넥터는 연결의 무결성을 유지하는 데 중요한 구성 요소로 남아 있습니다.

2. 신호 무결성 및 트레이닝 개선
더 높은 주파수에서 저항, 삽입 손실 및 누화가 증가하기 때문에 32 GT/s에서 신호 선명도를 유지하는 것은 어려운 일입니다. PCIe 5.0은 더욱 향상된 이퀄라이제이션 기술로 이 문제를 해결하여 지연 시간을 줄이고 고속 데이터 전송의 전반적인 품질을 개선합니다. 커넥터가 이러한 주파수를 처리하도록 설계되지 않은 경우 속도가 증가하면 신호 저하가 악화될 수 있으므로 PCIe 5.0에서는 카드 에지 커넥터의 역할이 더욱 중요해집니다.

PCIe 5.0에 도입된 새로운 기능은 2.5 GT/s에서 32 GT/s로 직접 트레이닝할 수 있는 바이패스 모드입니다. 이 바이패스는 링크 초기화 시간을 줄여주므로 빠른 연결 속도가 필요한 임베디드 시스템에 특히 유용합니다. 또한 PCIe 5.0은 이러한 높은 주파수에서 신호 무결성을 보장하기 위해 보다 정교한 “아이 폭과 높이” 테스트 방법을 통합했습니다.

3. 애플리케이션 및 산업 채택
PCIe 5.0은 데이터 집약적인 환경에 최적화되어 데이터 센터, AI 및 5G 애플리케이션에 이상적입니다. 데이터 센터는 엄청난 양의 데이터를 실시간으로 처리하기 때문에 PCIe 5.0의 향상된 대역폭은 이러한 워크로드를 효율적으로 처리하여 클라우드 컴퓨팅 및 AI 추론에 필수적인 고속 연결을 지원합니다.

인텔은 CPU에 PCIe 5.0을 채택한 최초의 기업이 되어 Alder Lake 플랫폼에 이를 도입했습니다. 높은 처리량과 저지연 연결이 생산성과 성능에 직접적인 영향을 미치는 엔터프라이즈 컴퓨팅에 있어 PCIe 5.0 채택은 매우 중요한 움직임이었습니다.

4. PCIe 6.0과의 호환성 및 향후 공존 4.
PCIe 5.0은 PCIe 4.0 및 PCIe 3.0과 역호환이 가능하므로 제조업체는 PCIe 5.0 하드웨어를 기존 인프라에 통합할 수 있습니다. PCI-SIG는 PCIe 4.0과 PCIe 5.0이 공존하며 각기 다른 시장 요구를 충족시킬 것으로 예측합니다. 예를 들어, PCIe 5.0은 데이터 센터와 같이 수요가 많은 애플리케이션에 적합한 반면, PCIe 4.0은 PCIe 5.0의 최고급 처리량이 필요하지 않은 데스크톱 및 게임 애플리케이션에 여전히 적합합니다.

최근 출시된 PCIe 6.0은 훨씬 더 넓은 대역폭을 제공하지만, 고성능 애플리케이션의 표준은 여전히 PCIe 5.0이 될 것이며, AI 및 HPC 워크로드에 충분한 속도와 효율성을 제공할 것입니다.

결론
PCIe 5.0은 세대 간 호환성을 유지하면서 새로운 수준의 속도와 효율성을 달성하는 PCI Express의 상당한 진보를 의미합니다. 데이터 전송 기능을 강화함으로써 PCIe 5.0은 데이터 센터, AI 및 HPC의 요구 사항을 충족하여 5G, 클라우드 컴퓨팅 및 고성능 AI 트레이닝과 같은 분야의 발전을 지원합니다. 견고한 카드 에지 커넥터 설계와 높은 신호 무결성을 갖춘 PCIe 5.0은 향후 수년간 고성능 컴퓨팅 환경의 주축이 될 것입니다.