다음은 내가 맡는다. 차세대 버스 전쟁. 2부

	2003.08.27

Part. 3. 차세대 버스는 내가 주인공. 그렇다면 이른바 차세대 버스의 주인공이 되기 위해서는 갖춰야할 전제조건은 무엇일까? 첫째 조건은 뭐니 해도 지금 버스의 가장 큰 문제점인 대역폭을 해결해야 할 것이다. 이런 차세대 버스는 기가비트 네트워크나 IEEE1394 정도는 여유 있게 다룰 수 있는 대역폭을 갖춰야 한다는 기본 명제가 있다. 예전의 버스구조와는 차원이 다른 게임을 하는 것이다. 물론 어차피 전기적인 신호로 데이터를 주고받는 지금의 구조에서 대역폭을 늘리는 가장 좋은 방법은 비트수를 늘리거나 클럭을 높이는 것이다. 이 두 가지 가운데서도 보다 쉬운 것은 클럭을 높이는 것이다. 문제는 지금의 전기적인 신호를 이용하는 기판방식에서는 대략 10GHz정도가 한계라는 것이 전문가들의 의견이다. 따라서 클럭을 높이는 것은 실제 효율을 감안하면 이보다는 떨어지지만 지금의 메가헤르츠(MHz) 대신 기가헤르츠(GHz)를 쓴다는 점은 확실히 다른 점이다. 앞서 살펴본 대로 비트수를 늘릴 경우 전체적인 전송단위가 무척 커지게 된다. 데이터 비트수를 늘리면 대역폭을 높일 수는 있지만, 한번에 비트수가 너무 커지게 되면 이를 다루는 것이 그리 쉽지 않게 된다. 1GB의 용량을 한번에 다루는 것보다는 500MB로 둘로 나눠 이를 전송하고 다시 묶는 것이 적어도 지금의 PC수준에서는 보다 효과적이라고 할 수 있다. 여기에 경제성과 호환성을 결코 무시할 수 없다. 완벽히 새로운 구조의 버스를 설계하는 것도 문제는 없지만 이럴 경우 그래픽카드를 비롯한 거의 모든 PC 부품이 달라진다는 것은 심각한 문제이다. 아무리 성능이 좋아도 PC는 PC라는 개념을 생각하면 지나치게 비싼 제품은 도저히 경쟁력이 없다고 할 수 있다. 여기에 호환성이라는 점까지 생각하면 기존의 버스와 완전히 새로운 구조보다는 지금 버스를 최대한 활용하면서 확장시키는 것을 먼저 떠올리는 것도 무리는 아니다. 마지막으로 이제 버스구조는 단지 PC의 내부구조에 머물지 않는다는 점이다. 누군가가 PC는 고급 가전제품이라고 말했듯이 PC의 버스구조는 되도록 IT가전기기와 문제없이 어울릴 수 있는 구조로 바뀌는 것이 좋다. 물론 단순히 PC내부구조라 생각하면 이런 복잡함은 필요치 않다고 생각할 수도 있지만, 점점 단순해지고, 효율적으로 변하는 최근의 PC구조를 생각하면 기왕이면 버스 역시 내부/외부를 가리지 않고 단순하면서도 다른 가전제품에서도 쓸 수 있는 구조라면 더욱 효과적일 것이다.

구분 PCI Express(3GIO) 인피니밴드 하이퍼 트랜스포트 Rapid IO 클럭(MHz) 2500 2500 1600 250-1,000 비트수 8/10 - 32 8/16 대역폭(GB/s) 2.5 7.5 12.8 0.266 차세대 버스의 대표주자. PCI Express » PCI Express는 무엇보다 뛰어난 호환성이 최고의 장점이다. 본디 3GIO로 알려졌던 PCI Express의 가장 큰 장점은 이름에서도 알 수 있듯 지금의 PCI버스를 확장한 것이라는 점이다. 이런 특징은 지금의 시스템 구조에서 변화는 크지 않기에 경제적인 부담을 덜 수 있다는 점이 무엇보다 큰 장점이다. 대신 Express라는 이름처럼 대역폭과 이에 따른 성능은 확실한 차이가 있다. 이런 특징 때문에 3세대 IO버스라고 불리기도 한다. 이는 또한 PCI Express라는 구조가 그리 거창한 것이 아님을 알게 한다. 즉, 지금의 버스구조에서 PCI, AGP와 인텔의 허브링크를 대신하는 정도에 최종적인 목표를 두고 있는 내부 전용 구조이다. 물론 이를 통해 IEEE1394나 USB 2.0, 기가비트 랜카드의 제 성능을 보인다는 아주 현실적이고 단순 명료한 구체적인 목표를 가지고 있다. » 지금의 PCI슬롯을 확장했다는 것이 무엇보다 큰 장점이다. PCI익스프레스는 크게 호스트 브리지, 스위치와 IO디바이스로 나뉘어 있다. PCI버스와 가장 큰 차이점은 호스트 브리지가 메모리브리지와 IO브리지로 완전히 분리된다는 점이다. 지금의 브리지 구조를 계승하면서도 보다 효과적인 것이다. » 그래픽을 비롯한 주요 포인트는 PCI Express로 연결한다. 블록 다이어그램을 살펴보면 여전히 PCI Express라는 이름의 버스에서도 PCI가 남아있음을 알 수 있다. 이는 호환성 측면에서 100% PCI Express로만 바꾸는 것은 무리가 있기 때문인데, 결국 어느 정도 시간이 지나면 궁극적으로는 PCI는 사라질 것이다. 또한 단순히 PC수준에 머무는 것이 아니라 서버나 워크스테이션에도 적용할 수 있다. 또한 인텔이 강력하게 주도하고 있다는 점은 PCI Express의 또 다른 장점이다. 인텔은 결코 단순한 CPU제조사가 아니라, PC를 비롯한 각종 컴퓨터의 규격을 정하기도 한다. 이렇듯 영향력이 큰 인텔이 주도하는 규격이라는 점은 PCI Express의 미래가 상당히 밝다는 것을 말해준다. 물론 인텔이 주도하는 규격이라고 100% 성공하는 것은 아니지만, 상당한 힘이 되는 것은 사실이다. PCI에 뿌리를 두고 최고 2.5GB/s의 대역폭을 갖춰 » PCI Express를 이용한 메인보드와 그래픽카드 시제품. 빠르면 올 겨울 전에 만나볼 수 있을 것이다. 한가지 재미있는 것은 인텔이 주도하는 PCI Express이지만 상당부분은 AMD가 주도한 하이퍼트랜스포트의 장점을 갖추고 있다는 점이다. PCI Express의 경우 2개의 단방향 P2P(Point to Point)링크를 쓰며 높은 클럭에서 노이즈를 최대한 줄이기 위한 Differential Signal을 쓰고 있다. 이는 이미 시리얼ATA에서 선보인 것이다. 이를 통해 대역폭은 2.5GB/s-10GB/s정도를 보여준다. 이런 특징은 하이퍼트랜스포트에서도 보았던 것으로 상대적으로 시작이 늦었던 PCI Express가 다른 차세대 규격의 장점을 따왔다고 볼 수 있다. PCI 익스프레스의 장점은 넉넉한 대역폭과 PCI의 뒤를 이어 호환성과 만들기 좋다는 것에서 그치지 않는다. 간단하고 쓰기 쉽다는 것도 PCI Express의 또 다른 장점이다. 구조 자체가 매우 간단하기에 상당히 효과적이라는 평가를 받는다. 대신 핀 사이의 대역폭을 늘려 효율성을 높이는 전략이다. 따라서 가장 기본적인 8비트 전송의 경우에도 2.5GB/s라는 실로 엄청난 효율을 보이고 있다. » 2개의 신호로 데이터를 전송하는 단순한 구조이다. 신호를 살펴보면 단순한 2개의 신호로 송/수신을 구분한다. 비트수는 8비트 또는 10비트를 이용한다. 물론 이 과정에서 인코딩을 거치는 것은 필수적이다. 이는 시리얼ATA와 매우 비슷한데, 직렬연결의 장점이라 할 수 있다. PCI Express의 또 다른 장점은 신호선을 쌍으로 더할 수 있다는 점이다. 기본이라 할 수 있는 1X, 2X, 4X 등으로 최대 32X까지 늘릴 수 있다. 이런 과정을 통해 당연히 대역폭은 늘어날 수 있다. 내부 전용버스에 PCI에 기본을 둔 점은 장점이자 약점 » PCI에 뿌리를 두고 있다는 점은 장점이자 약점이기도 하다. 냉정하게 말한다면 PCI Express는 PCI버스가 진화한 형태이다. 이런 까닭에 PCI버스를 완전히 대신한다는 뚜렷한 목표를 가지고 있지만, 반대로 기존 PCI버스와 함께 쓰이게 된다. 때문에 단순 명료한 시그널 체계가 복잡해진다는 것이 문제가 된다. 한마디로 호환성 때문에 효율성이 떨어진다는 것이다. 여기에 PCI Express는 다른 경쟁상대에 비해 확장성이나 유연성이 적다는 단점이 있다. 내부 전용버스라는 점은 이해된다고 하더라도, PCI Express의 가장 큰 문제점은 앞으로 발전의 여지가 그리 크지 않다는 점이다. 경쟁 상대들이 차세대 버스로는 낡았다고 말하는 근거도 바로 여기에 있다. 비교불허. 하이퍼 트랜스포트. » AMD가 주도하지만 열려있는 규격이라는 점이 장점이다. 이미 앞선 1부에서 살펴본 하이퍼트렌스포트는 차세대 버스 가운데 가장 먼저 상용화가 되었다는 영광스러운 훈장을 가지고 있다. 여기에 인텔이 아닌 AMD가 주도한 규격이라는 것도 주목할만한 점이다. 사실 인텔은 CPU뿐만 아니라 컴퓨터의 여러 규격에도 적지 않은 영향력을 행사하고 있는데, 후발주자라고 할 수 있는 AMD에서 먼저 상용화된 버스를 만들었다는 점은 AMD 역시 만만치 않은 기술력을 가지고 있음을 잘 보여주는 대목이다. 1997년에 처음으로 공개되고 99년쯤에 확정된 이 규격의 가장 큰 특징은 역시 기존의 규격과는 다른 P2P방식이라는 점이다. 처음 LDT(Lightning Data Transfer)라는 이름으로 알려졌듯, 빛의 속도로 빠르게 데이터를 연결한다는 야심에 찬 목표를 가지고 있다. 지금처럼 하이퍼트렌스포트라는 멋진 이름을 갖게 된 것은 2001년 2월의 일이며, 브로드컴, 시스코, 엔비디아, 썬 마이크로시스템즈 등 주요 업체들을 시작으로 지금은 100개 이상의 관련 업체들의 지지를 받고 있을 정도로 인기있는 규격이기도 하다. P2P방식의 뛰어난 성능과 안정성을 갖춰 이렇듯 많은 제조사들이 하이퍼트랜스포트를 지지하는 가장 큰 이유 가운데 하나는 높은 안정성을 들 수 있다. 이는 하이퍼트랜스포트가 기존의 PCI버스나 ISA버스 같은 공유 버스와는 달리 디바이스들이 1대1로 연결되는 이른바 P2P 방식이기 때문이다. 기존의 공유 버스의 경우 컴포넌트끼리 연결할 때 데이터 전송량이 많아지면, 배선이 복잡해지고 당연히 만들기도 어려워진다. 대신 P2P방식의 경우 근본적으로 공유를 하는 부분이 없으므로 이런 문제가 없다. 게다가 같은 P2P라고 하더라도 계속해서 사슬처럼 연결하는 데이지 체인 방식의 공유 버스 기능을 갖추고 있어 여러 개의 하이퍼트랜스포트 입출력 디바이스를 하나의 채널에 연결할 수 있다. » P2P방식으로 간단한 구조라는 것은 적지 않은 장점이다. 하이퍼트랜스포트의 버스는 2개의 단방향 P2P형 링크로 구성되며, 각각의 링크 버스의 대역폭은 필요에 따라 2비트에서 최고 32비트의 구성을 갖는다. 여기서 각각의 링크는 업 또는 다운의 오직 한 방향으로만 이용된다. 대신 버스 대역폭을 바꿔줌으로써 대역폭의 비대칭 설계도 가능하다. 데이터는 하나의 패킷으로 묶여 전송된다. 시리얼ATA나 PCI Express와 마찬가지로 하이퍼트랜스포트 역시 데이터 전송방식은 디퍼런셜 시그널(Differential Signal)을 이용한다. 노이즈에 비교적 강하고, 고속 전송을 할 수 있다는 여러 특징이 있기 때문이다. 참고로 USB와 IEEE1394 역시 이 방식으로 데이터를 전달한다. » 하이퍼트렌스포트 역시 디퍼런셜 전송방식을 쓴다. 디퍼런셜 전송에서는 실제 데이터를 전송하는 신호선이 단 두 개이다. 그 가운데 한쪽 신호를 반전시켜 전송하고, 수신 측에서는 두 신호의 차이에 따라 데이터를 수신한다. 이는 저전압으로 작동할 때 필연적인 노이즈 영향을 줄이기 위함이다. 덕분에 노트북과 같이 전력소비량이 적은 시스템이나 서버 같이 안정성을 우선하는 시스템에서도 쉽게 적용할 수 있다는 것이 장점이다. » CPU를 연결할 때와 다른 IO디바이스를 연결할 때 속도를 달리 할 수 있다. IO디바이스 접속의 경우 최소 2비트를 기준으로 단방향 200MB/s, 양방향 400MB/s의 대역폭을 갖는다. 비트수를 늘려 8비트의 경우에는 단방향 800MB/s, 양방향 1.6GB/s로 훨씬 넓게된다. CPU를 연결하는 곳에서는 16비트 버스 폭으로 단방향 3.2GB/s, 양방향 6.4GB/s의 상당히 넓은 대역폭을 구성할 수 있다. 전송요구량이 많은 곳에서는 단순한 구성으로, 반대로 전송대역폭이 많이 필요한 곳에서는 이를 늘릴 수 있는 이른바 가변적인 설계방식은 매우 유연하다는 평가를 받을 수 있다. 언제나 무리를 주는 구성이 아니라 상황에 따라 능동적으로 변신할 수 있다는 의미이다. 그럼에도 불구하고 직렬연결의 특성상 간단한 구성이라 2비트 폭의 경우 전체 핀 수는 24핀에 불과하다. 그 가운데서도 실제 데이터 전송에 쓰이는 것은 16개로 비교적 적은 편이다. 만일 양방향 8비트로 구성해도 핀 수는 55핀에 신호선은 40개로 간단하다. 32비트, 33MHz PCI 버스의 경우 신호선만 49-62개라는 것을 생각하면, 그보다 12배의 대역폭을 적은 신호선으로 구성할 수 있다는 것은 대단한 장점이다. 응용범위가 넓고 구조가 간단한 것이 장점 많은 기업들이 하이퍼트렌스포트에 주목하는 또 다른 이유는 이것이 단지 PC 내부버스에 그치지 않는다는 점이다. 물론 본디 PC, 그것도 서버를 위한 기술에서 시작되었음에도 불구하고, 성능이 뛰어나면서도 만들기도 쉬워 PC는 물론 네트워크, 셋톱박스, 게임기, 모바일기기 등 다양한 분야에 적용할 수 있다. 대신 본디 서버용의 버스라는 한계 때문에 스카시나 USB, IEEE1394처럼 케이블로 외부 디바이스를 연결하지는 못한다. 또한 PCI 버스처럼 슬롯으로 확장카드를 연결하지도 않는다. 이는 하이퍼트랜스포트가 CPU와 칩셋, 또는 칩셋 사이, 칩셋과 컨트롤러 디바이스를 연결하는 내부 기초가 된다는 뜻이다. 따라서 하이퍼트랜스포트는 기존의 PCI 버스나 앞으로 설명할 인피니밴드(InfiniBand) 심지어 PCI Express같은 다른 인터페이스와 경쟁관계가 아닌 상호 보완 관계에 있다고 할 수 있다. » 하이퍼트렌스포트가 쓰인 엔포스2. 아직은 칩셋 사이만 하이퍼트렌스포트를 쓰고 있다. 이미 엔포스와 엔포스2라는 AMD용 칩셋이 하이퍼트렌스포트를 쓰고 있으며, MS의 게임기 X박스 역시 엔포스와 거의 비슷한 구조기에 하이퍼트랜스포트로 칩셋이 연결된다. 얼마전 선보인 SiS의 일부 칩셋에도 이 기술이 쓰이고 있다. 물론 종가집이라 할 수 있는 AMD역시 64비트 CPU인 옵테론과 애슬론64의 시스템버스로 하이퍼트랜스포트를 쓰고 있거나 쓸 예정이다. » 하이퍼트렌스포트가 적용된 제품들. 광 대역폭을 갖춘 인피니밴드(InfiniBand) 지금껏 다룬 PCI Express나 하이퍼트렌스포트가 기초적인 수준의 안쪽 버스라면 인피니밴드는 분명 새로운 버스이기는 하지만, 안쪽보다는 시스템 바깥에 쓰이는 것이라 할 수 있다. 본디 인텔, 델, 히다찌, 썬 마이크로시스템 등이 제안한 NGIO(Next Generation I/O)와 컴팩, HP, IBM, 3Com 등이 제안한 퓨처IO를 하나로 합친 것이다. USB나 IEEE1394처럼 각각의 시스템들이 서로 다른 인터페이스로 연결되는 것을 통일된 버스를 통해 연결하는 것을 목표로 하고 있다. 당연히 지금보다는 빠르고 전송률이 좋아야 한다는 것은 기본적인 명제이다. » 붉은 선으로 표시된 부분이 인피니밴드로 연결되는 부분이다. 이런 전제조건을 갖고 있는 인피니밴드는 스위칭 구조로 되어 있다. 최신 인터페이스답게 시리얼방식으로 연결된다. 따라서 주된 쓰임새는 메인보드의 버스구조가 아니라, 서버, 광 채널, 스카시, 레이드, 라우터, 허브 등 각각의 디바이스들을 인피니밴드를 써서 연결하는데 쓰인다. » 매우 깔끔한 인터페이스라는 것은 큰 장점이다. 직렬연결의 특성상 보다 정확한 전송을 위해 인코딩 방식을 쓰며, 2.5Gbps의 전송속도를 가진다. TX, RX 단의 방향마다 한 쌍의 +/-신호를 갖고 있으며, 4개의 라인을 묶어 Wide라고 부른다. 12Wide의 경우 TX, RX 각각 12개에 모두 48라인으로 구성된다. 이때의 전송대역폭은 약 30GB정도이다. 이 정도 대역폭과 속도는 지금의 기판구조로는 사실상 감당하기 어려운 수준이다. 처음부터 인피니밴드가 외부 버스, 특히 네트워크에 주로 쓰이는 것도 이런 까닭이 숨어 있다. » 1-wide / 4-wide / 12-wide. 연결된 Wide에 따라 모양새도 다르다. 이런 인피니밴드의 장점은 무엇보다 매우 세밀한 방식이라는 점이다. 덕분에 노스사이에 데이터 전송과정에서 별다른 충돌이나 트러블이 없다는 점이다. 그러면서도 한꺼번에 여러 링크를 할 수 있다는 점도 장점이다. 일찌감치 3Com 등의 네트워크 전문기업에서 주목하는 이유가 바로 여기에 있다. 1-wide에서 12-wide까지 다양한 형태가 있듯 유연성을 가지고 있다. 즉, 필요한 만큼 대역폭을 늘려 쓰면 그만이다. 여기에 범용적이면서 통일되어 있어 혹시 규격이 달라지더라도 처음부터 모두 바꾸는 것이 아니라, 특정 블록만 더하면 업그레이드를 할 수 있다. 매우 경제적이라는 뜻이다. 다만 처음부터 지나칠 정도로 통신만을 위한 버스라는 느낌이 드는 것도 사실이다. 다른 버스들이 자리를 잡으면서 이런 느낌은 더하다. 하지만 외부 연결용이라는 장점도 함께 갖추고 있어 주목받는 버스임에는 틀림없어 보인다. 과연 주인공은 누가 될 것인가? 지금껏 살펴본 차세대 버스들은 각각 다른 제조사들이 다른 생각과 필요에 의해 만든 것이다. 따라서 같은 잣대로 이를 제어보는 것은 미안한 일이다. 어떤 경우에는 두 방식이 불편한 동거를 할 수도 있을 것이다. 지금처럼 강력한 성능의 PC를 꿈꾸었던 이들이 과연 얼마나 될까? 버스는 가장 기본적인 PC의 밑바닥을 담당한다. » 이미 이런 모습의 PC도 쓰이고 있다. 기초가 튼실한 집이 거센 비바람에 무너지지 않듯, 듬직한 성능과 최신 사양을 갖춘 버스들의 치열한 격전 속에 우리가 꿈꾸지 못했던 새로운 PC가 등장할지 그 누가 알 것인가!