2세대 I/O 버스의 진화 - 64bit PCI, PCI-X, AGP 8X

1. 64bit PCI

64bit PCI는 PCI에서 버스 폭이 64bit로 늘어난 것이다. 그래서 데이터 전송 대역폭 역시 그만큼 늘어나서 33MHz의 64bit PCI는 266MB/s를, 66MHz의 64bit PCI는 533MB/s의 데이터 전송 대역폭을 갖는다.

64bit PCI 슬롯의 모습. 맨 위쪽은 비교를 위한 32bit/33MHz PCI
가운데는 64bit/33MHz PCI, 맨 아래가 64bit/66MHz PCI

대개의 64bit PCI 카드는 66MHz/33MHz에서 모두 동작할 수 있도록 만들어져 있으나 일부 제품 중 33MHz로만 동작할 수 있게 만든것이 있다. 특히 SCSI 컨트롤러 등의 경우 컨트롤러 칩 자체가 66MHz 및 33MHz 동작용으로 구분되서 만들어지는 것이 있기 때문에 주의할 필요가 있다.(괴롭게도 필자가 33MHz로만 동작하는 64bit PCI 슬롯 방식의 SCSI 컨트롤러를 쓰고있다. -_-;;; 그래서 AMD760MPX 보드로 바꾸지를 못하고 있다는 슬픈 전설이...) 그래서 서버용 메인보드 중에서는 33MHz/64bit PCI 슬롯과 66MHz/64bit PCI 슬롯을 모두 갖추고 있는 제품이 존재한다.

Supermicro사의 펜티엄 III 듀얼보드, P3TDE6
Copyright(c) by Supermicro

64bit PCI는 일반적으로 확장카드와 확장슬롯 모두 하위호환성을 유지하게 만들어진다. 다음의 사진을 보자.

넷기어사의 기가비트 이더넷 컨트롤러 GA620
Copyright(c) by Netgear

이 제품은 33MHz 및 66MHz 환경에서 모두 사용할 수 있도록 만들어져 있다. 즉, PCI 슬롯 부분에서 홈이 파여 있는 부분이 앞뒤에 모두 있음을 알 수 있다. 그리고, 대개 이러한 제품의 경우 64bit PCI가 아닌, 일반적인 32bit PCI 슬롯에서도 정상적으로 동작한다. 32bit PCI 슬롯에 꼽으면 뒤쪽 부분이 남는데, 이 때 이 부분은 동작하지 않게 된다. 그래서 사용자는 기존의 환경에서 큰 변동이 없이 보다 고급 하드웨어로의 이행을 보다 쉽게 할 수 있다.

그러면, 64bit PCI의 시스템상의 토폴로지는 어떻게 구성될까? 간단히 생각할 수 있는 것은 64bit PCI가 가지는 높은 데이터 전송 대역폭으로 인해서 별도의 브릿지를 사용할 것이라는 점이다.

64bit PCI를 사용하는 경우에는 일반적으로 64bit PCI 컨트롤러를 별도로 장착한다.(예외적으로 칩셋 자체가 64bit PCI 컨트롤러를 내장한 AMD760 칩셋의 경우는 별도의 컨트롤러 칩이 없다) 또한, 이러한 구조 하에서 최대한의 성능을 확보하기 위해 하나의 64bit PCI 컨트롤러에는 3~4개 이상의 64bit PCI가 연결되는 경우가 거의 없으며, 대개의 경우 이러한 연결도 PCI 브릿지와 64bit PCI 버스 사이에는 P2P(point to point)로 구성된다. 물론, 64bit PCI 컨트롤러와 노스브릿지 사이에는 1GB/s 또는 2GB/s의 대역폭을 가지는 고속 버스로 구성되어 있어서 64bit PCI 디바이스의 성능을 최대한 발휘하도록 만들어진다.

그래서 64bit PCI가 적용된 메인보드의 경우 컴포넌트가 상당히 많아지고 복잡해지기 때문에 가격이 상당히 비싸진다. 그 결과, 주로 서버용 제품군에만 적용된다.

2. PCI-X

64bit PCI로도 발전하고 있는 다양한 대역폭을 소화해내기 여러운 것이 사실이다. 당장 Ultra320 SCSI만 하더라도 단일채널에서 320MB/s, 그리고 듀얼채널에서는 640MB/s의 데이터 전송속도를 가지게 되어서 64bit PCI가 가질 수 있는 최대 데이터 전송 대역폭인 533MB/s를 가볍게 넘겨버린다. 또한, Gigabit 이더넷 컨틀러의 경우도 듀얼채널(위에 나온 넷기어사의 GA620이 대표적 사례)만 되어도 약 250MB/s의 대역폭을 요구하기 때문에 33MHz의 64bit PCI가 가질 수 있는 최대 대역폭에 근접한다.

이러한 문제점을 해결하기 위해서 등장한 것이 바로 PCI-X이다. PCI-X는 지난 1999년 9월에 1.0 버전의 규격이 완성되었고, 얼마전 PCI-X 2.0 규격이 등장하였다. 기본적으로 PCI-X는 64bit PCI를 그대로 계승하며, 완벽한 하위호환성을 가진다. 즉, 슬롯의 형태가 64bit PCI와 동일하다. 단, 여기에는 5V 동작은 규정되어 있지 않아서 3.3V 동작방식의 PCI만이 지원된다.

PCI-X 슬롯은 기존의 64bit/66MHz PCI와 동일하다.

PCI-X는 기존의 64bit/66MHz PCI에서 동작클럭을 100MHz, 133MHz로 향상시킨 것이라고 생각하면 거의 정확하다. 그래서 데이터 전송대역폭은 100MHz 동작에서 800MB/s, 그리고 133MHz 동작에서 1.06GB/s라는 방대한 규모를 자랑한다.

연결 토폴로지 역시 64bit PCI와 거의 유사하다. 아래의 사진을 보자.

Supermicro사의 XeonI 듀얼보드, P4DP8
Copyright(c) by Supermicro 

이 사진 역시 슈퍼마이크로의 메인보드이다.(슈퍼마이크로사가 이런 엽기적인 제품을 주로 만든다. 이 회사는 오히려 일반 사용자용 메인보드에는 별 관심이 없다.) PCI-X 슬롯으로 도배가 되어 있는 것을 볼 수 있는데, 그 아래쪽으로 2개의 P64H2 PCI-X 컨트롤러가 2개 위치해 있다. 일반적인 메인보드라면 전체 PCI 슬롯이 하나의 컨트롤러의 제어를 받지만, 이 메인보드의 경우 PCI 슬롯이 총 여섯개임에도 2개의 컨트롤러에 의해서 제어되고 있다. 그 이유는 앞서 64bit PCI에서 설명했던 바와 같다.

PCI-X 2.0은 현재 규격만 발표된 상태이며 아직 보드에 적용된 제품은 없다. PCI-X 2.0은 앞으로 등장할 고성능 하드웨어들을 지원하기 위해서 266MHz, 533MHz라는 높은 동작클럭을 통해 2GB/s, 4GB/s라는 방대한 데이터 전송 대역폭을 구현한다.

지금 존재하는 하드웨어로는 PCI-X 133의 데이터 전송 대역폭을 넘길 일이 없지만, 곧 등장할 10Gb 파이버채널, 10Gb 이더넷, 인피니밴드 등이 단일 채널에서 1~GB/s의 방대한 대역폭을 요구하게 된다. 따라서 이를 받쳐주기 위해서는 그보다 강력한 성능을 가지는 버스가 필요하며, 그러한 요구에 의해서 만들어진 것이 PCI-X 2.0이다.

PCI-X 2.0은 기존의 PCI-X 및 64bit PCI와 완벽한 하위호환성을 유지하면서 높은 데이터 전송 대역폭을 구현하며, 데이터 신뢰도를 높이기 위한 ECC 기법 등이 적용된다.

3. AGP 8X

AGP 8X는 점점 강력해지는 그래픽카드들이 요구하는 방대한 대역폭을 지원하기 위해서 만들어진 규격이다. 기본 동작클럭은 AGP 1X와 동일하지만 ODR(Octa Data Rate) 기법을 적용하여 한번의 클럭에서 8개의 데이터를 전송하여 AGP 1X에 비해서 8배인 2.13GB/s의 데이터 전송 대역폭을 갖는다. 이 과정에서 새로운 전송방식을 사용하지만, 기존과 마찬가지로 0V~0.8V의 신호폭(swing)을 갖는다.

그래서 기존의 AGP 2.0 규격의 커넥터와 그대로 호환된다. 다만, AGP 4X까지는 1.5V, 3.3V의 동작이 모두 허용되었던 것에 반해서 AGP 8X는 1.5V의 동작만이 허용되기 때문에 AGP 8X 슬롯은 모두 현행의 845/850 칩셋 등에서 볼 수 있는 1.5V 전용 슬롯이 된다.

현재 VIA P4X400 등의 칩셋에 의해서 지원되기 시작하고 있으며, NVIDIA의 NV18/28 등의 그래픽 칩셋 역시 이 인터페이스를 지원할 예정이어서 내년 초가 되면 본격적으로 AGP 4X의 자리를 대체하게 될 것이다.