Bus System 2탄 - PCI, AGP, PCI-X, PCIe

지난번 글에 이어서 버스 시스템(Bus System) 2탄으로 PCI, AGP, PCI-X, PCIe에 대해서 알아보도록 하겠습니다.

각 규격의 등장 순서는 PCI >> AGP >> PCI-X >> PCIe이며 국내에서는 PCI >> AGP >> PCIe x16 순으로 바뀌어 왔다고 합니다. 순서대로 성능 향상이 있었다고 보면되고 하나씩 살펴보도록 하겠습니다.

1. PCI(Peripheral Component Interconnect Bus), 1992년~2004년(가끔 사용됨)

PCI는 1990년 즈음에 Intel의 아키텍처 개발 연구소에서 비롯하였는데요. 전성기는 펜티엄1~윈도우7까지로 일반적으로 많이 사용되었으며 최근까지도 메인 보드에 드물게 PCI 슬롯을 탑재하고 있습니다. 최근에는 USB방식의 외장형 디바이스 형태로 넘어가면서 조금씩 사라져가고 있는 추세이지만 IEEE 1394, 모뎀, TV 수신카드, 사운드 카드, 랜 카드 등이 PCI 슬롯에 꽂혀 사용되었고 아직까지도 당시에 구매한 PCI 보드를 사용해야하기에 수요가 간간이 있는 편입니다.

Conventional PCI는 표준 PCI라고 부르는데 3.3V와 5V를 사용하는 2가지 타입으로 나뉘며 칸막이 위치가 서로 다릅니다. 3.3V는 상단부쪽에 5V는 하단부쪽에 칸막이가 있는데요. 아래의 그림을 통해 살펴보도록 하겠습니다.

Universal이란 3.3V와 5V 슬롯 모두 호환되는 타입을 말하며 우리가 말합니다. 가정용 PCI 슬롯의 표준은 32비트 5V용으로 아래의 이미지와 같은 형태이고 64비트는 주로 서버용이라고 보면 되겠습니다.

2. PCI-X(Peripheral Component Interconnect eXtended), 1998년

PCI-X(Peripheral Component Interconnect eXtended)는 서버가 더 높은 대역을 이용하기 위해 32비트에서 64비트로 확장한 것으로 PCI 로컬 버스를 강화한 확장 카드 표준이자 컴퓨터 버스입니다. PCI의 더블 와이드 버전이며 클럭 속도가 최대 4배로 동작하지만 비슷한 전기적 구조에 같은 통신 규약을 이용합니다.

모든 PCI-X는 64bit PCI 슬롯과 유사한 슬롯을 사용하는데 주로 사용되는건 66MHz와 133MHz입니다.(66MHz, 100MHz, 133MHz, 266MHz, 533MHz). 32비트 PCI슬롯과 호환이 되도록 만들었으며 32비트 슬롯에 꽂아서 사용할 경우 성능저하가 있다고 보면 되겠습니다.

3. AGP(Accelerated Graphics Port), 1997년~2004년

AGP(Acclerated Graphics Port) 슬롯은 PCI 그래픽 슬롯의 발전 형태로 나왔지만 PCI 슬롯과는 기능이 다르다고 할 수 있는데요.

PCI 슬롯의 경우 위에서 소개했던 타입들(랜카드, 사운드카드 등)처럼 다양한 확장 카드를 꽂을 수 있지만 AGP는 오로지 그래픽 카드 전용 슬롯입니다.

출시 시기에 따라 1.0 >> 2.0 >> Pro >> 3.0 순으로 나뉘고 전송 속도와 사용 전력에 따라 1배속, 2배속, 4배속, 8배속으로 구분됩니다. 여기에서 AGP Pro의 경우 그래픽 작업 전용 컴퓨터에 장착되던 AGP 인터페이스로 규격과 달리 전력 공급을 개선하기 위해 발표된 규격입니다. (슬롯길이도 조금 더 긴 편이다.)

Specification	Voltage	Clock	Speed	Transfer/clock	Rate (MB/s)
AGP 1.0	3.3 V	66 MHz	1x	1	266
AGP 1.0	3.3 V	66 MHz	2x	2	533
AGP 2.0	1.5 V	66 MHz	4x	4	1066
AGP 3.0	0.8 V	66 MHz	8x	8	2133
AGP 3.5*	0.8 V	66 MHz	8x	8	2133

* AGP 3.5는 마이크로소프트가 UAGP(Universal Accelerated Graphics Port)로 공개하였으며 AGP 3.0에 추가 레지스터가 포함됨

AGP 역시 3.3 V와 1.5 V 전용은 홈 위치가 달라 호환이 되지않으며 Universal의 경우 모두 호환된다고 보면 되겠습니다.

Win7의 등장과 함께 2004년도를 시작으로 PCI-Express로 대체되면서 2008년 이후부터는 AGP 카드를 찾는 것이 어려워지게 되었습니다.

4. PCIe(Peripheral Component Interconnect Express), 2004년

Intel, Dell, HP, IBM이 합작하여 PCI의 후속 인터페이스로 발표하였고 2004년부터 적용된 규격입니다. 일반적으로 병렬 방식이 직렬 방식보다 빠르지만 신호 동기화나 지연 등의 문제로 병렬 방식은 고속화가 한계가 있기 때문에 컴퓨터쪽에서 병렬 인터페이스는 사장되어 가고 직렬 인터페이스를 고속화하는 방안으로 바뀌게 되었습니다. USB, IEEE1394 등 전부 직렬 방식으로 대체 되었고, 저장소 인터페이스 역시 병렬 방식에서 직렬 방식인 SATA, SAS로 변경되었다.

PCIe는 PCI와 동일한 유형의 확장 카드를 지원하고 표준 PCI 카드와 역호환성이 있도록 설계되어 기존의 PCI 카드를 계속 사용할 수 있습니다. 다만 이때 표준 PCI카드는 일반적인 PCI 속도로 작동한다고 보면 되겠습니다.

직렬 방식을 사용하면서 단위 명칭을 레인(lane)이라는 독특한 방식의 단위를 사용하는데요. 레인은 x로 줄여서 표기하는데, x앞이 아닌(2x, 4x, 8x) 뒤에 표기하는 것으로(x1, x2, x4, x8, x16) 구분하고 있습니다. × 앞의 숫자 표기는 변수의 2배를 의미하는 2x같은 배수 개념이고 × 뒤에 숫자 표기는 배수 개념보다는 개수 개념으로 더 많이 쓰이기 때문이죠. 최초 버전 기준으로 모두 레인당 대역폭이 250 MB/s으로 (Half-Duplex) 그래픽 카드에 사용되는 PCIe ×16 단자의 경우 250×16 = 4 GB/s (Half-Duplex)의 대역폭으로 동작합니다. 즉, PCIe ×16은 PCIe 인터페이스가 16개의 레인으로 할당되었다는 뜻이죠. PCIe 장치와 호스트는 통신을 시작할 때 최대 지원 속도 정보를 주고받아서 필요한 만큼의 레인을 가져갈 수 있습니다.

PCIe Architecture	Raw bit rate	Interconnect bandwidth	Bandwidth per lane per direction	Total bandwidth for a x16 link
PCIe 1.x	2.5 GT/s	2.0 Gb/s	~ 250 MB/s	~ 8 GB/s
PCIe 2.x	5.0 GT/s	4.0 Gb/s	~ 500 MB/s	~ 16 GB/s
PCIe 3.x	8.0 GT/s	8.0 Gb/s	~ 1 GB/s	~ 32 GB/s
PCIe 4.0	16.0 GT/s	16.0 Gb/s	~ 2 GB/s	~ 64 GB/s
PCIe 5.0	32.0 GT/s	32.0 Gb/s	~ 4 GB/s	~ 128 GB/s
PCIe 6.0	64.0 GT/s	64.0 Gb/s	~ 8 GB/s	~ 256 GB/s