PC를 조립하거나 업그레이드할 때 대부분의 사람들은 GPU, CPU, SSD에만 집중하지만, 이러한 부품들을 연결하는 보이지 않는 고속도로가 PCI Express(PCIe) 레인이라는 사실을 아는 사람은 드뭅니다. PCIe 레인은 GPU와 CPU 간의 통신 속도, 병목 현상 없이 사용할 수 있는 NVMe SSD의 개수, 그리고 차기 업그레이드가 예상대로 작동할지 여부를 결정합니다.
이 글에서는 PCIe 레인이 무엇인지, 어떻게 작동하는지, PCIe Gen4 및 Gen5의 새로운 기능은 무엇인지, 그리고 시스템을 계획할 때 더 현명한 선택을 하는 방법을 자세히 설명합니다.
PCIe 레인이란 무엇인가요?
PCIe 레인은 PCI Express 인터페이스의 기본 통신 채널입니다.
각 레인은 두 쌍의 전선으로 구성되어 있으며, 한 쌍은 데이터 전송용이고 다른 한 쌍은 데이터 수신용입니다. 따라서 PCIe는 전이중 방식(데이터가 양방향으로 동시에 흐를 수 있음)을 지원합니다.
여러 차선을 묶어 더 넓은 연결을 만들 수 있으며, 이는 일반적으로 ×1, ×4, ×8 또는 ×16으로 표시됩니다.
×1: Wi-Fi 카드나 캡처 카드와 같은 소형 확장 카드에 적합합니다.
×4: NVMe SSD 및 M.2 슬롯에서 사용됩니다.
×16: 최대 대역폭을 위해 GPU 전용으로 사용됩니다.
요약하자면, 차선이 많을수록 대역폭이 커집니다.
PCIe 레인이 무엇인지에 대한 자세한 내용은 이전 게시글을 참조하십시오.
CPU 지원 레인과 칩셋 레인 비교
모든 PCIe 레인이 동일한 성능을 제공하는 것은 아닙니다.
최신 시스템에는 PCIe 레인을 공급하는 두 가지 소스가 있습니다.
CPU 레인: 프로세서에 직접 연결됩니다. 가장 낮은 지연 시간과 가장 높은 대역폭을 제공합니다.
칩셋(PCH) 레인: 마더보드의 칩셋을 통해 라우팅되며, 이 칩셋은 링크(인텔에서는 DMI, AMD에서는 Infinity Fabric이라고 함)를 사용하여 CPU에 다시 연결됩니다.
칩셋 레인은 단일 DMI 링크를 공유하기 때문에 NVMe SSD나 캡처 카드와 같은 여러 고속 장치가 대역폭을 놓고 경쟁할 때 병목 현상이 발생할 수 있습니다.
예를 들어, 일반적인 AMD Ryzen 또는 Intel Core CPU는 16~20개의 직접 레인을 제공하며, 일반적으로 다음과 같이 할당됩니다.
GPU용 16레인(x16 슬롯)
메인 NVMe SSD용 4레인
나머지는 칩셋 링크에 사용됩니다.
나머지 모든 것, 즉 USB 컨트롤러, SATA 포트, Wi-Fi 모듈은 칩셋의 속도가 느린 레인을 통해 연결됩니다.
PCIe 세대 및 속도
PCIe의 새로운 세대가 나올 때마다 이전 세대에 비해 레인당 데이터 전송 속도가 두 배로 증가합니다.
수치를 살펴보겠습니다.
(GT/s = 초당 기가전송 횟수)
간단히 말해서:
PCIe Gen4 ×8 슬롯은 Gen3 ×16 슬롯과 거의 동일한 속도를 제공합니다.
Gen5 ×8 슬롯은 이미 Gen4 ×16 속도를 능가합니다. 즉, 더 적은 레인으로도 엄청난 처리량을 제공할 수 있다는 뜻입니다.
이것이 바로 최신 GPU와 SSD가 할당된 레인 수가 더 적더라도 놀라운 성능을 발휘할 수 있는 이유입니다.
PCIe Gen4와 Gen5의 차이점: 엔지니어링의 도약
PCIe Gen5는 단순히 "두 배 빠른" 것만이 아닙니다. 설계하기도 훨씬 더 어렵습니다.
32 GT/s 속도에서는 신호 손실이 매우 중요합니다. 마더보드 제조업체는 다음을 준수해야 합니다.
고품질 PCB 재료(저손실 적층판)
더 짧은 추적 길이
신호 무결성을 유지하기 위한 리드라이버 또는 리타이머
라우팅 중 정밀한 임피던스 제어
Gen5 마더보드가 더 비싼 이유가 바로 이것입니다. 데이터 오류 없이 그러한 속도를 처리하려면 고급 엔지니어링이 필요하기 때문입니다.
PC 조립을 하는 사람들에게 중요한 점은 다음과 같습니다.
3D 렌더링, AI 학습, 멀티 NVMe RAID와 같은 초고대역폭 워크로드를 처리하지 않는 한, 일상적인 작업에서 Gen5의 속도를 체감하기는 어려울 것입니다. 하지만 미래를 대비하는 측면에서는 분명 이점을 누릴 수 있습니다.
실제 사례: 최신 CPU의 레인 할당
최신 인텔 또는 AMD CPU를 사용한 일반적인 구성도를 시각화해 보겠습니다.
[CPU]
│
├── PCIe x16 → GPU
├── PCIe x4 → NVMe SSD(M.2 슬롯)
└── PCIe x4 → 칩셋 링크(DMI/패브릭)
│
├── USB 포트
├── SATA 드라이브
├── 보조 NVMe 슬롯
└── 네트워크/Wi-Fi 카드
두 번째 NVMe 드라이브를 설치하면 마더보드에서 레인을 공유하거나 분할할 수 있으며, 경우에 따라 GPU 대역폭이 ×16에서 ×8로 줄어들 수 있습니다. 일반적으로 이는 게임 성능에 큰 영향을 미치지 않지만(Gen4 ×8 = Gen3 ×16), 마더보드 설명서를 확인하여 어떤 슬롯이 대역폭을 공유하는지 확인하는 것이 중요합니다.
PCIe 레인이 중요한 이유
초고속 부품을 사용하더라도 칩셋에 과부하가 걸리거나 CPU 레인을 비효율적으로 분할하면 대역폭 병목 현상이 발생할 수 있습니다.
차선 관리가 성능에 미치는 영향은 다음과 같습니다.
GPU 대역폭: 렌더링 및 연산 작업에 매우 중요합니다.
저장 대역폭: 특히 RAID 구성에서 NVMe SSD의 전송 속도에 영향을 미칩니다.
추가 카드: 캡처 카드, NIC 및 가속기는 칩셋 레인을 쉽게 포화시킬 수 있습니다.
CPU 레인을 효율적으로 사용하면 각 장치가 프로세서에 빠르고 원활한 경로를 확보할 수 있습니다.
그래서 AMD 스레드리퍼나 인텔 제온 같은 고급 플랫폼은 48~128개의 레인을 제공하며, 이는 멀티 GPU 또는 워크스테이션 구성에 적합합니다.
미래 전망: PCIe Gen6 및 그 이후
다음 단계인 PCIe Gen6는 PAM4(펄스 진폭 변조) 신호 방식을 사용하여 레인당 속도를 64 GT/s로 두 배로 늘릴 예정이며, 이는 신호 전송 방식에 있어 엄청난 변화입니다.
하지만 이로 인해 더욱 큰 설계 과제가 발생합니다.
더 높은 전력 소비량
더 비싼 PCB 재료
오류 수정 필요성 증가 (FLIT 인코딩)
Gen6가 일반 소비자용 PC에 적용되기까지는 시간이 걸릴 수 있지만, 기업용 서버와 데이터 센터에서 먼저 도입되어 차세대 GPU와 SSD의 발전을 위한 발판을 마련할 것입니다.
PC 조립자를 위한 실용적인 팁
레인 공유 여부 확인: 메인보드를 구매하기 전에 어떤 M.2 슬롯이나 PCIe 슬롯이 GPU와 레인을 공유하는지 확인하십시오.
CPU 레인은 중요 장치에 사용하십시오. GPU와 메인 NVMe 드라이브는 항상 CPU 전용 레인을 사용해야 합니다.
Gen5에 너무 집착하지 마세요(아직은). 워크로드가 I/O 작업에 크게 의존하지 않는 한, Gen4는 충분한 대역폭을 제공합니다.
미래를 현명하게 대비하세요: Gen4와 Gen5를 모두 지원하는 마더보드를 선택하면 향후 몇 년 동안 호환성을 보장할 수 있습니다.
냉각과 대역폭의 균형 유지: 고속 PCIe 장치는 추가적인 열을 발생시키므로, 원활한 공기 흐름과 방열판이 필수적입니다.
결론
PCIe 레인은 PC의 혈액순환계와 같습니다. 눈에는 보이지 않지만 매우 중요한 역할을 합니다. CPU가 제공하는 레인 수와 할당 방식을 이해하면 균형 잡힌 시스템을 구축할 수 있고, 숨겨진 병목 현상으로 가득한 시스템을 만들 수 있습니다.
PCIe Gen5가 주류로 자리 잡고 Gen6가 곧 출시될 예정인 만큼, 이러한 레인의 작동 방식을 이해하면 게이밍 PC, 크리에이티브 워크스테이션 또는 고속 스토리지 서버를 구축하든 더욱 현명한 하드웨어 선택을 하는 데 도움이 될 것입니다.
