PCIe 5.0 사양 소개

• PCIe 5.0 사양 소개

PCIe 4.0 규격은 2017년에 완성되었지만, AMD의 7nm Rydragon 3000 시리즈가 출시되기 전까지는 소비자 플랫폼에서 지원되지 않았습니다. 이전에는 슈퍼컴퓨팅, 기업용 고속 스토리지, 네트워크 장치 등에서만 PCIe 4.0 기술이 사용되었습니다. PCIe 4.0 기술이 아직 대규모로 적용되지는 않았지만, PCI-SIG는 더 빠른 PCIe 5.0을 오랫동안 개발해 왔습니다. PCIe 5.0은 신호 전송 속도가 현재 16GT/s에서 32GT/s로 두 배 증가하고 대역폭은 128GB/s에 달할 수 있으며, 버전 0.9/1.0 규격이 완성되었습니다. 또한, PCIe 6.0 표준 문서 버전 0.7이 회원들에게 배포되었고, 표준 개발은 순조롭게 진행되고 있습니다. PCIe 6.0의 신호 전송 속도는 64GT/s로 PCIe 3.0의 8배에 달하며, x16 채널에서 대역폭은 256GB/s를 초과할 수 있습니다. 즉, 현재 PCIe 3.0 x8 속도를 구현하는 데에는 PCIe 6.0 채널 하나만 있으면 됩니다. v0.7 버전 기준으로 PCIe 6.0은 당초 발표되었던 기능 대부분을 구현했지만, 전력 소비는 여전히 개선이 필요한 부분입니다.d, 그리고 이 표준은 새롭게 L0p 전력 구성 기능을 도입했습니다. 물론, 2021년 발표 이후 PCIe 6.0은 아무리 빨라도 2023년이나 2024년에 상용화될 수 있을 것입니다. 예를 들어, PCIe 5.0은 2019년에 승인되었지만 이제야 응용 사례가 나타나고 있습니다.

이전 표준 규격과 비교했을 때, PCIe 4.0 규격은 상대적으로 늦게 출시되었습니다. PCIe 3.0 규격은 2010년에 도입되었는데, 이는 PCIe 4.0이 도입된 지 7년 후입니다. 따라서 PCIe 4.0 규격의 수명은 짧을 것으로 예상됩니다. 특히 일부 업체들은 이미 PCIe 5.0 PHY 물리 계층 장치 설계를 시작했습니다.

PCI-SIG는 두 표준이 당분간 공존할 것으로 예상하며, PCIe 5.0은 AI용 GPU, 네트워크 장치 등 높은 처리량을 요구하는 고성능 장치에 주로 사용됩니다. 이는 PCIe 5.0이 데이터 센터, 네트워크 및 HPC 환경에서 더 많이 사용될 가능성이 높다는 것을 의미합니다. 데스크톱과 같이 대역폭 요구량이 낮은 장치는 PCIe 4.0을 사용할 수 있습니다.

PCIe 5.0의 경우 신호 전송 속도는 PCIe 4.0의 16GT/s에서 32GT/s로 향상되었으며, 인코딩 방식은 128/130을 그대로 사용합니다. 또한 x16 대역폭은 64GB/s에서 128GB/s로 증가했습니다.

PCIe 5.0은 대역폭을 두 배로 늘리는 것 외에도 신호 무결성 향상을 위한 전기적 설계 변경, PCIe와의 하위 호환성 유지 등 다양한 변화를 가져왔습니다. 또한, PCIe 5.0은 장거리 전송 시 지연 시간과 신호 감쇠를 줄이는 새로운 표준으로 설계되었습니다.

PCI-SIG는 올해 1분기에 1.0 버전 사양 개발을 완료할 것으로 예상하지만, 표준을 개발하는 것은 가능해도 단말 장치가 시장에 출시되는 시점을 통제할 수는 없습니다. 따라서 첫 번째 PCIe 5.0 장치가 올해 출시되고 2020년에는 더 많은 제품이 등장할 것으로 예상됩니다. 그러나 더 빠른 속도에 대한 요구로 인해 표준 제정 기관은 차세대 PCI Express를 정의하게 되었습니다. PCIe 5.0의 목표는 가능한 한 짧은 시간 내에 표준 속도를 향상시키는 것입니다. 따라서 PCIe 5.0은 다른 중요한 새로운 기능 없이 단순히 PCIe 4.0 표준보다 속도를 높이는 데 중점을 두고 설계되었습니다.

예를 들어, PCIe 5.0은 PAM 4 신호를 지원하지 않으며, PCIe 표준이 가능한 한 최단 시간 내에 32 GT/s를 지원할 수 있도록 하는 데 필요한 새로운 기능만 포함하고 있습니다.

하드웨어 과제

PCI Express 5.0을 지원하는 제품을 개발할 때 가장 큰 어려움은 채널 길이와 관련된 문제입니다. 신호 전송 속도가 빠를수록 PCB를 통해 전송되는 신호의 캐리어 주파수가 높아집니다. 엔지니어가 PCIe 신호를 전송할 수 있는 범위는 두 가지 유형의 물리적 손상으로 인해 제한됩니다.

• 1. 채널 감쇠

• 2. 핀, 커넥터, 스루홀 및 기타 구조물의 임피던스 불연속성으로 인해 채널에서 발생하는 반사.

PCIe 5.0 규격은 16GHz에서 -36dB 감쇠를 갖는 채널을 사용합니다. 16GHz는 32GT/s 디지털 신호에 대한 나이퀴스트 주파수를 나타냅니다. 예를 들어, PCIe 5.0 신호가 시작될 때 일반적인 피크-투-피크 전압은 800mV일 수 있습니다. 그러나 권장되는 -36dB 채널을 통과한 후에는 개방형 아이파와 유사한 형태를 잃게 됩니다. 송신기 기반 이퀄라이제이션(디액추에이팅)과 수신기 이퀄라이제이션(CTLE 및 DFE의 조합)을 적용해야만 PCIe 5.0 신호가 시스템 채널을 통과하여 수신기에서 정확하게 해석될 수 있습니다. PCIe 5.0 신호의 최소 예상 아이파 높이는 10mV(이퀄라이제이션 후)입니다. 거의 완벽한 저지터 송신기를 사용하더라도 채널의 상당한 감쇠로 인해 신호 진폭이 감소하며, 반사 및 크로스토크로 인한 다른 유형의 신호 손상은 아이파를 복원하기 위해 보완되어야 합니다.