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PCI-E (PCI Express)
2004년 07월 26일 00:00:00 Network Computing
늦은 감이 없지 않지만 서버 확장 슬롯의 디자인에서 10년 만에 처음으로 큰 변화가 올 하반기 등장하게 될 것 같다. 대역폭이 문제되는 PCI(Peripheral Component Interconnect)가 마침내 PCI-E(PCI Express)라는 새로운 표준에게 자리를 내주고 물러날 전망이기 때문이다.

PCI-E는 그 선행자와 달리 확장성(서버로 카드 추가)과 상호접속성(칩 투 칩 통신) 모두를 제공한다. 인텔에서 개발하고 현재는 PCI 스페셜 인터레스트 그룹(PCI Special Interest Gruop)의 후원을 받고 있는 PCI-E는 하이퍼트랜스포트(HyperTransport)나 래피드IO(RapidIO)와 같은 수많은 상호접속 표준들 가운데 하나다. PCI-E의 핵심 셀링 포인트는 이것이 확장 슬롯과 마더보드 칩간에 어떠한 연결 다리도 필요로 하지 않는다는 점이다.

클럭 주파수와 이에 연관된 프로세싱 파워가 급속도로 진보해 온 데 반해 주변기기 확장 능력은 거의 변동이 없었다. 처음 ISA(Industry Stand Architecture)에서 8비트에서 16비트 슬롯을 지시한 다음 비디오 일렉트로닉스 표준협회(Video Electronics Standard Association)의 VBE (Virtual Bus Expansion) 슬롯이 등장했다. 그 다음으로 나온 것이 PCI-SIG의 PCI며, 현재까지도 이것이 서버와 워크스테이션에서 가장 일반적인 슬롯으로 존재하고 있다.


만족할 만한 대역폭 제공

PCI는 지난 몇 년 동안 33MHz와 66MHz 모두에 64비트 버전이 소개되는 등 몇 차례 변화의 과정을 겪었다. PCI-X는 64비트 패러렐 버스를 133MHz로 향상시켰으며, 이것은 이전의 PCI 버전과 후방호환이 가능하다. 한편 기가비트 이더넷, 2GB 파이버 채널 및 울트라 320 SCSI 등은 확장 슬롯의 봉투를 열기도 했다.

오늘날에는 병렬 아키텍처가 실질적으로나 총 버스 대역폭면에서 따라가지 못하고 있다. PCI는 공유 버스를 사용하며, 이로 인해 슬롯 수에 관계없이 총 대역폭이 제한된다. 이 문제를 피해가기 위해 서버 제조업체들은 어쩔 수 없이 여러 개의 버스를 설치해야 했다.

하지만 PCI-E는 성장하는 수요를 충분히 만족시켜줄 대역폭을 제공한다. 패킷화된 데이터 전송으로 단계적 방안을 채택함으로써 이것은 동선이나 광 등의 다양한 물리적 매체를 이용할 수 있게 해주며, 나아가 기존의 PCI 사양과도 호환이 된다.

PCI-E 장비 성능은 여기에 들어 있는 ‘레인(lane)’의 수에 따라 결정된다. 각각의 레인은 각 방향에서 초당 250MB의 처리속도를 제공할 수 있다(오버헤드 제외). PCI-E 카드는 레인의 수를 기반으로 1x, 4x, 8x 및 16x 등 다양한 구성으로 처음 선보일 것이다. 예를 들어 16x 구성은 오버헤드를 제외한 총 4GB의 처리속도를 제공할 것이다.

PCI-E는 점 대 점 직렬 접속식이기 때문에, 버스의 총 대역폭은 문제가 되지 않는다. 각각의 카드는 자신의 대역폭을 보장받으며 PCI와 PCI-X에서처럼 과잉공급에 대해 걱정할 필요가 없다. 하지만 불행히도 지금까지 나온 PCI-카드와 슬롯은 얼마 되지 않는다.


잠정적 단계로 PCI-X 공존

그렇다면 기존의 64/66 PCI 및 PCI-X 133 카드는 어떠한가? 걱정할 필요가 없다. 서버 하드웨어 제조업체들이 PCI-E에 가는 잠정적 단계로 PCI-X 슬롯을 포함시킬 것이기 때문이다. 올해 말쯤 PCI-E 준수 서버를 찾아보면 아마도 처음에는 PCI-E보다 PCI-X 슬롯이 있는 것들이 더 많이 발견될 것이다. 다음 나오는 모델들에는 PCI-E 카드가 보다 일반화됨에 따라 더 많은 PCI-E 슬롯들이 있을 것이다. 업체들이 PCI-X 슬롯을 완전히 버리는 데는 대략 3년 정도가 걸릴 전망이다.

가장 초창기의 PCI-E 카드에는 PCI 대 PCI-E 연결 칩이 포함될 것인데, 그 이유는 지금의 실리콘 디자인이 PCI와 PCI-X를 중심으로 하고 있기 때문이다. 가장 원시적인 PCI-E 카드가 내년 1/4분기 중 출시될 전망이다.

한편 PCI-E의 대역폭에 가까운 유일한 버스로 AGP (Accelerated Graphics Port) 8x 버스가 있는데, AGP는 CAD 워크스테이션이나 3D 모델링 등 그래픽 카드 업계의 대용량 데이터 이동 요건을 해결하기 위한 인텔 사양이다. AGP 8x 포트의 처리속도는 초당 2GB다.

결국, 대부분의 그래픽 카드는 PCI-E 16x 슬롯에 놓이게 될 것이며, 이로 인해 특수 용도의 슬롯과 커넥터가 사라질 것이다. PCI-E 16x는 하이엔드 그래픽 카드의 필요를 충족시켜주며, AGP 8x의 세 배의 힘을 가져다줄 것이다. 따라서 지금 CAD 워크스테이션이나 다른 고급 그래픽 워크스테이션용으로 구입하는 AGP 카드가 장차 무용지물이 될 수도 있다는 사실을 명심해야 한다.

그렇다면 PCI-E에서 다음 서버 병목 지점은 어디일까? 아마도 메모리 속도와 메모리 상호접속일 것이다. 메모리와 CPU 클럭 사이클간의 일대일 클록 속도는 멀리 사라지고 있다.

한편 인피니밴드(infiniband)는 이제 더 이상 일반 기업에서 채택을 고려할 만한 I/O 기술이 아니다. 이 서버용 채널 기반 상호접속 아키텍처는 주류 컴퓨터 및 네트워킹 업체들로부터 철저히 무시돼 왔는데, 그 이유는 PCI-E와 상호접속 기술의 발전으로 이것이 미결인 채 남겨지게 되었기 때문이다. 예를 들어 인텔은 인피니밴드 개발을 중단했으며, 몇 군데 인피니밴드 신생업체들도 합병되거나 사라져 버렸다. 인피니밴드가 문제가 있는 기술이어서가 아니라 단지 PCI-E의 등장으로 때를 잘못 만난 것뿐이다. 인피니밴드를 기업 데이터 센터용으로 더 이상 생존 가능한 기술로 보기는 힘들지만, 하이엔드 수퍼컴퓨팅 클러스터에서는 쓰임새가 있다.


상호접속 문제없다

PCI-E에서 혼란스러운 한 가지는 이것이 확장 사양이기도 하고 상호접속 사양이기도 하다는 것이다. 과거에는 하이퍼트랜스포트나 래피드IO와 같은 칩 투 칩 아키텍처와 PCI와 같은 확장 기술 사이에 확실한 구분이 있었지만 PCI-E로 인해 그 구분이 희미해졌다.

인텔은 PCI를 통해 프로세서와, 그리고 서로간에 통신하는 칩셋을 만들고 있다. 이것은 확장 슬롯과 마더보드의 칩 사이의 연결에 대한 필요를 없애준다. 따라서 상호접속을 위해서도 PCI-E를 택하지 않을 이유가 없다. PCI-E만이 유일한 게임이 아니며 하이퍼트랜스포트와 래피드IO도 여전히 많은 지지자들을 거느리고 있다.

하이퍼트랜스포트 프로토콜을 만든 곳이자 주요 지지업체이기도 한 AMD는 자사의 옵테론(Opteron) 및 애슬론(Athlon) 64라인 프로세스에 표준 칩 투 칩 상호접속 방안으로 하이퍼트랜스포트를 내장시켰다. IBM과 모토로라는 알카텔이나 루슨트 등과 같은 네트워킹 회사이기 때문에 래피드IO를 밀고 있다.

게다가 하이퍼트랜스포트 2.0은 PCI 익스프레스로의 매핑을 지원하기 때문에 통합이 간편하다. 인텔은 원래부터 PCI-E인 칩셋을 만들고 있으며, 상호접속뿐만 아니라 확장을 위한 네이티브 PCI-E 지원 시스템이 올 하반기면 시장을 강타하게 될 것이다.

래피드IO 상호접속 사양은 래피드IO 트레이드 어쏘시에이션(RapidIO Trade Associaton)에서 관리하고 있다. 이 사양은 임베디드 시스템의 백플레인 I/O용과 대부분의 칩 투 칩 상호접속 기능용으로 널리 사용되고 있다. 이것은 10GB까지 확장되며 최근 래피드패브릭(RapidFabric)이라는 래피드IO의 호환 가능한 추가 버전으로 확장됐다. 래피드패브릭 사양에서는 네트워킹 및 텔레콤 부문의 데이터 플레인 애플리케이션을 위한 저가의 옵션들을 다루고 있다. 래피드IO는 많은 임베디드 시스템에서 볼 수 있겠지만 PC 서버나 워크스테이션 분야에는 영향력이 없다.

하이퍼트랜스포트 사양을 관할하고 있는 곳은 하이퍼트랜스포트 컨소시엄(HyperTransport Consortium)이다. AMD는 하이퍼트랜스포트를 지지하면서 이것을 자사의 서버 및 워크스테이션용 옵테론과 애슬론 64 마이크로프로세서 라인에서의 통신 프로토콜로 만들기까지 했다. VIA나 SIS와 같은 칩셋 제조업체들은 AMD 프로세서용 칩셋의 전체 하이퍼트랜스포트 버전을 내보이기 시작하고 있다. 따라서 구입한 서버나 워크스테이션에 하이퍼트랜스포트 2.0이 있다면 두 가지 기술을 모두 이용할 수 있는데, 그 이유는 하이퍼트랜스포트가 PCI-E로 매핑을 하기 때문이다.

그렇다고 상호접속 옵션으로 고민할 필요는 없다. 칩 투 칩 기술은 업체들에 의해 가려내질 것이다. 기업에서 보다 큰 문제는 서버 확장이며, PCI-E가 서버 확장에 있어 확실한 후계자라는 사실은 의심할 나위가 없다. 그리고 다행히도 그 영토는 전자만큼 넓고 비옥할 것이다. 따라서 PCI-E가 서버에서 내년에 현실화된다면 이 기술뿐만 아니라 당신의 선택이 올바른 구매 결정을 내릴 수 있도록 보장해줄 것이다.
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