PCI-E: 초기에 알아야 할 8가지 사항

1. PCI Express는 무엇이며 무엇을 의미합니까?

위키피디아의 정의에 따르면, PCI Express(Peripheral Component Interconnect Express)는 공식적으로 PCIe 또는 PCI-e로 약칭되며, 기존의 PCI, PCI-X, AGP 버스 표준을 대체하기 위해 설계된 고속 직렬 컴퓨터 확장 버스 표준입니다. 컴퓨터 내 고속 버스 중 하나인 PCI-E는 데이터 채널일 뿐만 아니라 네트워크 마더보드 인터페이스이기도 합니다. 후자는 제어판의 긴 슬롯 부분입니다.

 

PCIe는 신호가 PCIe를 통해 상호 연결되어 CPU가 다양한 외부 장치와 통신할 수 있도록 하기 때문에 서버 시스템에서 가장 중요한 버스입니다. 데이터의 각 비트를 소형 자동차에 비유하면 PCIe 버스는 양방향 차선과 같습니다. 그러나 PCIe 사양에는 고유한 속도 제한이 있습니다. 즉, 레인이 더 많을수록 속도가 더 빨라질 것입니다. 즉, 더 많은 데이터 트래픽이 전송될 것입니다.

 

2. PCI-E 현황 및 향후 방향

PCIe 6.0 기본 사양은 지금까지 초안 0.5 버전을 출시했으며 PCIe 6.0 표준은 0.5년에 공식 출시될 것으로 예상되는 2021 버전에 대한 해석을 완료했습니다. 그러나 PCIe 6.0 CEM 사양은 아직 PCI-SIG에서 심의 중입니다.  

∆ Blue Lane은 PCIe 버스를 강조합니다. 

한편, 인텔이 지원하는 PCIe 4.0 Ice Lake Xeon-SP CPU는 올해 말 출시를 앞두고 있으며 PCIe 4.0을 지원하는 AMD EPYC CPU는 물론 수많은 ARM CPU가 순차적으로 판매되고 있다. 결과적으로 PCIe 4.0은 2021년 시장의 주류가 되어 케이블 제조업체와 공급업체가 PCI-E 케이블이 어디로 가는지 생각하게 합니다.

 

3. PCIe 대 PCI: PCIe의 진화와 확산 세대

PCI는 1992년에 133MB/S의 PCI 버스 대역폭으로 탄생했습니다. 그 후 인텔은 서버 영역에서 전송 요청에 따라 버스 상태 비트를 64로 올렸습니다. 따라서 데이터 전송 속도가 각각 2Mbps 및 64Mbps인 클럭 ​​속도로 33비트/64Mhz 및 66비트/266Mhz인 533개의 새로운 PCI 버스가 생성되었습니다.

 

그래픽 카드 분야에서 인텔은 1.0년 AGP(Accelerated Graphics Port)를 자체 개발하여 1997비트 버스가 32MHz, 대역폭 66Mbps로 동작하는 "AGP 사양 266"을 출시했습니다. 후속 사양 AGP 2.0은 1.5V 신호를 문서화했으며, 이는 2배 및 4배에서 사용될 수 있고 4배의 고속 속도는 1Gbps에 도달할 수 있습니다. 기술적으로 말해서 AGP는 그래픽 카드와 같은 하나의 장치만 연결할 수 있기 때문에 실제 버스 표준이 아닙니다.

 

서버용 애플리케이션의 경우 IBM, HP, Compaq을 비롯한 일부 제조업체 및 공급업체가 공동으로 PCI-X 표준을 개발하여 1998년에 승인을 받았습니다. 사양 64bit 133Mhz는 PCI가 최대 1GB/s 대역폭을 지원하도록 지정했습니다. 각 방향.

 

사양 PCI-X 2.0 및 PCI-X 3.0은 클럭 속도를 266Mhz에서 533Mhz, 심지어 1GMhz까지 업데이트했습니다. 그러나 그때까지는 PCI-X에도 몇 가지 문제가 있었습니다. 한편으로는 클럭 속도 증가로 인해 병렬 신호 크로스토크가 나타났고, 다른 한편으로는 공유 버스로 인해 리소스 경합이 발생했습니다. 요컨대 사양이 업데이트 되더라도 실제 효과는 이러한 지표를 충족하지 못할 수 있습니다.

∆ PCIe 네트워크 인터페이스 카드

 

이후 인텔은 2001년 인텔 스프링 IDF 컨퍼런스에서 PCI 버스를 대체할 3세대 I/O 기술을 공식 발표했습니다. 이 표준은 인텔이 지원하는 AWG(Arapahoe Working Group)에서 개발되었으며 3세대 I/O, 즉 XNUMXGIO라는 이름이 붙었습니다.

분명히 Intel은 그것이 차세대 I/O 인터페이스 사양을 의미하며 PCI-SIG(PCI Special Interest Group)에 제출되어 승인을 받기 전까지는 PCI-Express라고 부르지 않았다고 밝혔습니다.

 

4. 공통 PCIe 슬롯

PCI-SIG에서 제공하는 사양에 따르면 7/1/2/4/8/12/16 채널에 해당하는 PCI-E 슬롯 x32, x1, x2, x4, x8, x12 및 x16의 32가지 버전이 있습니다. , 그 중 PCI -E x32는 볼륨 문제로 인해 일부 특별한 경우에만 사용되며 해당 대량 생산 제품은 거의 12입니다. PCI-E x2는 주로 서버에 적용됩니다. PCI-E x2는 주로 확장 슬롯이 아닌 내부 인터페이스에 사용되지만 일부 마더보드에서 이 인터페이스를 제공하더라도 PCI-E x2도 기본적으로 PCI-E 슬롯 형태가 아닌 M.XNUMX 인터페이스 형태로 나타납니다. . 물리적 PCI Express 링크에는 1~16개의 레인이 포함될 수 있습니다. "PCIe x8" 연결에는 XNUMX개의 데이터 레인이 있습니다.. 따라서 마더보드의 현재 주류 PCI-E 슬롯은 기본적으로 1개의 PCI-E x4/x8/x16/xXNUMX에 집중되어 있습니다.

 

5. PCI-E의 장점

PCI-e는 PCI와 AGP를 전반적으로 대체하고 고속 직렬 컴퓨터 확장 버스 표준의 통합 상태에 도달합니다. 현재 10GB/s 이상에 달할 수 있는 빅데이터 전송 능력이 장점 중 하나로, 새로운 전송 속도 수준으로 발전할 전망이다. 또한 PCI Express는 PCI Express 1X부터 PCI Express 16X까지 다양한 사양이 있어 향후 일정 기간 등장할 저속 기기와 고속 기기의 수요를 충족시킬 수 있다.

 

∆ 공통 PCIe x1, x4, x8, x16 슬롯 개요

PCI Express(이하 PCI-E) 장치는 상호 연결이라고 하는 논리적 연결을 통해 통신합니다. 또는 링크. 링크는 두 PCI Express 포트 간의 지점 간 통신 채널입니다.. PCI 및 이전 컴퓨터 버스의 공유 병렬 버스 아키텍처와 비교할 때 각 PCI-E 장치에는 고유한 전용 연결이 있으며 전체 버스에서 대역폭을 요청할 필요가 없습니다. 

 

또한 데이터 전송 속도를 매우 높은 주파수로 높일 수 있으며 PCI 장치가 도달할 수 없는 높은 대역폭을 얻을 수 있습니다. 단일 시간 기간 동안 단방향 신호 전송만을 달성할 수 있는 기존 PCI 버스와 계약함으로써 PCI-E의 이중-심플렉스 연결은 더 높은 전송 속도와 품질을 제공할 수 있습니다. 이들의 차이점은 반이중 및 전이중과 유사합니다.

 

6 . 표준 PCIe 크기는 무엇입니까?

PCI-E 인터페이스는 X1, X4, X8, X16 등 버스 비트 폭에 따라 달라지며 내부 인터페이스는 슬롯 모드가 아닌 X2 모드를 사용한다. PCI-E 사양은 1채널 연결에서 32채널 연결까지 다양하며, 데이터 전송 대역폭에 대한 다양한 시스템 장치의 요구 사항을 충족할 수 있는 매우 강력한 확장성을 가지고 있습니다. 게다가 더 짧은 PCI-E 카드는 애플리케이션에서 더 긴 PCI-E 슬롯에 삽입될 수 있으며 PCI-E 인터페이스는 업계에서 이정표로 간주되는 핫 플러그 ​​가능도 지원할 수 있습니다.

 

PCI Express 표준은 링크 너비를 ×1(250MB/s), ×2, ×4, ×8, ×12, ×16 및 ×32로 정의합니다. 하지만 PCI-E의 현황에 따르면, PCI-E x1 PCI-E x 16은 두 가지 주요 사양입니다. 동시에 많은 칩셋 제조업체에서 South Bridge 칩 목록에 PCI-E X1을 추가하고 North Bridge 칩에 PCI-E X16을 추가했습니다. PCI-E가 직렬 포트 데이터 패킷을 통해 데이터를 전송하기 때문에 높은 데이터 전송 속도 외에도 PCI-E 커넥터의 각 물리적 공간은 기존 I/O 사양보다 더 많은 대역폭을 달성할 수 있습니다. 따라서 이것은 생산 비용을 줄이고 PCI-E 장치의 크기를 최소화할 수 있습니다. 또한 PCI-E는 고급 전원 관리, 핫 스와핑, 데이터 동기 전송 및 우선 데이터 전송을 위한 대역폭 최적화도 지원합니다.

 

7. PCI-E 사양에 대한 다양한 버전

 

● PCI 익스프레스 1.0

2003년 PCI-SIG는 레인당 데이터 속도가 1.0MB/s이고 전송 속도가 초당 250기가 전송(GT/s)인 PCIe 2.5a를 도입했습니다. 각 바이트는 10비트(시작 비트 1비트, 데이터 비트 8비트, 끝 비트 1비트)이므로 전송 속도는 2.5G/10=250MB/S(초당 250메가바이트)입니다. 이를 통해 PCI-E 16X의 단방향 전송률은 250MB/S*16=4GB/S, 양방향 전송률은 8GB/S로 계산할 수 있다.

 

● PCI 익스프레스 2.0

PCI-SIG는 2.0년 15월 2007일 PCI Express Base 1 사양의 가용성을 발표했습니다. PCI-E 2.0X(5 표준)는 전송을 위한 단방향 10G 전송 속도를 지정했습니다. 각 바이트는 1비트(시작 비트 8비트, 데이터 비트 1비트, 끝 비트 5비트)이므로 단방향 전송 속도는 10G/500=500MB/S(초당 16메가바이트)입니다. 이를 통해 PCI-E 2.0X(500 규격)의 단방향 전송률은 16MB/S*8=16GB/S, 양방향 전송률은 32GB/S, PCI-E의 선박 속도는 2.0GB/S임을 알 수 있다. 32X(XNUMX 표준)는 XNUMXGB/S입니다.

 

● PCI E 3.0 

2007년 3.0월 PCI-SIG는 PCI Express 8이 초당 1기가 전송(GT/s)의 비트 전송률을 전달할 것이라고 발표했습니다. PCI-E 3.0X(10 표준)는 전송을 위해 단방향 10G 전송 속도를 사용합니다. 각 바이트는 1비트(시작 비트 8개, 데이터 비트 1개, 끝 비트 10개)이므로 단방향 전송 속도는 10G/1000=1000MB/S(초당 16메가바이트)입니다. 따라서 PCI-E X3.0(1000 표준)의 단방향 전송률은 16MB/S*16=32GB/S이고 양방향 전송률은 PCI-E의 양방향 전송률인 32GB/S임을 유추할 수 있습니다. X3.0(64 표준)는 최대 XNUMXGB/S입니다.

∆ 다양한 PCIe 사양: PCI에서 PCIe 6.0까지

● PCI-E 4.0

PCI-SIG는 4.0년 29월 2011일 PCI Express 16을 미리 발표했으며, XNUMX년 XNUMX월 XNUMX일 PCI 익스프레스 3.0. 따라서 16채널 양방향 전송 속도는 이론적으로 512Gb/s, 즉 64GB/s에 도달할 수 있습니다. 또한 PCI-E 4.0 표준은 PCI-E 하드 디스크 드라이브(HDD) 및 PCI-E RAID 카드와 같은 PCI-E 인터페이스가 있는 저장 장치를 최적화하여 PCI-E의 저지연 이점을 활용합니다. 버스.

 

PCI E 4.0 사양에는 Intel이 홍보하는 Thunderbolt의 대안인 OCuLink-2도 도입되었습니다. PCI-E OCuLink는 PCI-E 3.0을 기반으로 개발되었으며 구리 케이블을 연결 매체로 사용하여 최소 8Gb/s(PCI-E 3.0 x1) 및 최대 32Gb/s(PCI-E 3.0) 연결 속도를 제공합니다. x4).

 

● PCI-E 5.0

PCIe 5.0이 신호 속도를 32GT/s로 증가시키면서 이더넷 장치의 신호 속도는 56Gbps에 도달했고 112Gbps를 향해 전환하고 있었습니다. 데이터 전송 속도 측면에서 오늘날 측정 장비는 PCIe 5.0 데이터 신호에 대한 측정 요구를 완전히 충족할 수 있습니다. 실제로 PCIe 5.0 신호는 NRZ에 의해 변조되는 반면 56Gbps 이더넷 신호는 PAM4 기술과 기본 주파수에 의해 변조됩니다.

 

8. 공통 PCIe 슬롯에 대한 링크 속도 및 대역폭 기능

다음 표는 다양한 표준 및 다양한 비트 폭에서 데이터 전송 속도를 보여줍니다.

∆ PCI Express V버전 및 B및 너비 

 

아래 그림은 다양한 PCIe 사양 버전에 지정된 단방향 대역폭/데이터 전송 속도를 강조 표시합니다.

∆ x1, x4, x8, x16의 대역폭  PCIe 슬롯

 

표와 그림에서 PCIe는 3년마다 대역폭을 두 배로 늘린다는 결론을 내릴 수 있습니다.

∆ PCIe 실제 및 I/O 대역폭의 개발 및 예측 

 

결론

PCI Express는 소비자, 서버 및 산업용 애플리케이션에서 마더보드 수준 상호 연결(마더보드 장착 주변 장치 연결용)로 작동합니다. PCIe는 1992년에 탄생한 PCI에서 현재의 PCIe 5.0으로 발전했습니다. 현재 PCI-E 슬롯은 마더보드의 기본 확장 슬롯이 되었습니다. PCI-E 슬롯은 그래픽 카드의 애플리케이션 외에도 독립 사운드 카드, 독립 네트워크 카드, USB 3.0/3.1 인터페이스 확장 카드 및 SSD와 같은 하드웨어에서도 사용할 수 있습니다.