메인보드 하단의 그래픽 카드 연결 단자가 PCIe 단자며, 가장 짧은 1배속에서 최대 16배속까지로 구성된다. PCIe 표준은 그래픽 카드 성능 및 네트워크 속도가 빨라지면서 성능 한계가 높아지고 있으며, 그래픽 카드가 인공지능용 AI 가속기로 쓰이면서 더욱 관심을 받고 있다.

PCI-SIG에 따르면, PCIe 장치가 요구하는 대역폭은 3년마다 약 세 배씩 늘고 있다. 2017년 공개된 PCIe 4.0은 16배속에서 초당 64GB를 지원했고, 2019년 PCIe 4.0 채택 장치가 등장할 시점에는 이미 시장에서 초당 64GB를 요구했다. 이에 따라 PCI-SIG는 2019년에 16배속에서 초당 128GB를 지원하는 PCIe 5.0 규격을 공개했고, 3년 뒤인 2022년에 장치들이 128GB 전송 속도를 요구하기 시작했다.

3년마다 PCIe 장치들이 요구하는 전송 속도가 약 두 배씩 늘어남에 따라 PCI-SIG 역시 흐름에 맞춰 전송 규격을 공개하고 있다. 현재 최신 규격인 PCIe 6.0은 16배속에서 초당 256GB를 지원하며, 오는 2025년 신제품들이 이 속도를 맞출 예정이다.

이번에 공개된 PCIe 7.0 사양은 2025년에 공식 출시되며, 규격 자체는 공개 시점부터 바로 활용할 수 있다. PCI-SIG는 2028년에 해당 규격이 대중화할 것으로 보고 있다. 사양 측면에서는 16배속 구성에서 양방향으로 초당 128GT(기가트랜스퍼)의 비트 전송률과 최대 초당 512GB(기가바이트)의 전송 속도를 지원해 PCIe 6.0 대비 지원 속도를 두 배 늘렸다.

또한 기존 이진 변조 방식과 달리 네 개의 진폭 레벨로 데이터를 전송하는 4레벨 펄스 진폭 변조(PAM4)를 도입해 데이터 전송량을 늘렸고, 이전 세대 PCIe 장치와의 하위 호환성을 유지하면서도 전력 효율성은 강화했다. 네트워크 측면에서는 최대 초당 800G(기가비트) 이더넷을 지원해 데이터센터 급 전송에 대응한다.

PCIe 7.0이 적용된 컴퓨터 하드웨어는 인공지능 및 기계학습, 고성능 컴퓨팅, 양자컴퓨팅, 대규모 데이터 센터 및 클라우드 시장 등 대규모 GPU 및 AI 가속기 등을 활용하는 조건에 쓰일 전망이다.

초당 512GB도 부족한 시대··· PCIe 진보는 계속된다

일반 사용자가 PCIe를 접할 경로는 게이밍 그래픽 카드나 메인보드용 확장 카드 정도다. 이 수준에서는 PCIe 5.0 규격으로도 충분하고, 앞으로 몇 년은 문제없다. 하지만 AI 개발 및 대규모 컴퓨팅 환경에서는 이제 막 상용화를 시작한 PCIe 6.0의 초당 256GB 전송 속도도 작업 환경에서는 여전히 부족한 상황이다.

엔비디아는 지난 2014년에 파스칼 아키텍처를 공개하며 NV링크로 PCIe 기술을 대체하고 나섰다. 자체 규격이어서 장치 확장성은 떨어지지만, 전송 속도가 훨씬 빨라 대규모 환경에서는 NV링크가 널리 쓰인다. 4세대 NV링크는 PVIe 5.0의 7배가 넘는 900GB의 대역폭으로 통신하며, 차세대 GPU와 함께 등장할 5세대 NV링크는 초당 1.8TB로 통신하게 된다.

하지만 NV링크는 엔비디아 자체규격이며, 업계에서도 예외적인 경우다. 엔비디아를 제외한 AMD, 인텔 등 다양한 AI 가속기 제조사와 여러 NPU 제조사들이 PCIe 규격을 이용하며, PCIe 속도 상한에 맞춰 제품을 내놓고 있다. 따라서 PCIe 표준의 상한선이 높아질수록 AI 개발 및 하드웨어의 속도 상한선도 높아지며, 그만큼 AI 시장도 확장된다. 결과적으로 일반 사용자들이 더 빠르고, 폭넓게 AI를 누릴 수 있게 된다.

PCI-SIG는 오는 2025년까지 PCIe 7.0 규격 표준을 확정할 예정이며, 이를 활용하는 하드웨어는 약 3년 뒤인 2028년 전후로 등장할 전망이다. 물론 AI 기술의 발전 속도가 더 빠르다면, PCIe 7.0 제품의 등장 시기도 더 앞당겨질 여지는 있다.

글 / IT동아 남시현 기자 (sh@itdonga.com)