PCIe 3.0·4.0·5.0 SSD 차이, 게임에서 체감될까?: NVMe SSD 속도 가이드

지난 저장장치 가이드에서는 HDD와 SATA SSD, NVMe SSD의 차이를 먼저 살펴보고, 그다음에는 500GB·1TB·2TB·4TB 가운데 어느 정도의 SSD 용량이 필요한지를 정리했다.

용량까지 결정하고 실제 NVMe SSD를 고르기 시작하면 이번에는 또 다른 숫자가 눈에 들어온다.

PCIe 3.0, PCIe 4.0, PCIe 5.0.

고성능 제품을 기준으로 보면 PCIe 3.0 SSD에서는 순차 읽기 3,000MB/s대, PCIe 4.0 SSD에서는 7,000MB/s가 넘는 숫자를 볼 수 있다.
PCIe 5.0으로 올라가면 10,000MB/s를 훌쩍 넘는 제품도 있다.

숫자만 보면 답은 간단해 보인다.
PCIe 5.0이 가장 빠르니까 그냥 5.0을 사면 되는 것 아닐까?

그런데 실제 게임용 PC를 맞추려고 보면 이야기가 조금 달라진다.
PCIe 5.0 SSD가 PCIe 4.0 SSD보다 벤치마크에서는 훨씬 빠른데도, Windows를 사용하거나 게임을 실행할 때는 그 차이가 숫자만큼 크게 느껴지지 않을 수 있다.

그렇다면 SSD에서 PCIe 세대는 무엇을 의미하고, 실제로 어느 정도까지 신경 써야 할까?

PCIe 3.0·4.0·5.0의 숫자는 무엇을 의미할까?

PCIe는 PCI Express의 약자다.
NVMe SSD뿐 아니라 그래픽카드나 여러 확장장치가 시스템과 데이터를 주고받을 때 사용하는 고속 인터페이스다.

그리고 PCIe 뒤에 붙는 3.0, 4.0, 5.0은 이 인터페이스의 세대를 나타낸다.
세대가 올라가면서 한 번에 전달할 수 있는 데이터의 양도 증가한다.
PCI-SIG에 따르면 PCIe의 신호 전송률은 한 lane을 기준으로 다음과 같이 증가한다.

• PCIe 3.0 → 8 GT/s
• PCIe 4.0 → 16 GT/s
• PCIe 5.0 → 32 GT/s

즉 세대가 한 단계 올라갈 때마다 대역폭이 약 두 배씩 증가하는 구조다.

여기에서 또 하나 등장하는 것이 x4다.
일반적인 소비자용 M.2 NVMe SSD 제품 설명을 보면 흔히 PCIe 4.0 x4 또는 PCIe 5.0 x4처럼 적혀 있다.
여기에서 x4는 데이터를 전달하는 PCIe lane을 네 개 사용한다는 뜻이다.

쉽게 생각하면 PCIe 세대가 도로의 한 차선이 얼마나 많은 데이터를 처리할 수 있는지를 의미하고, x4는 그런 차선을 네 개 사용한다고 생각할 수 있다.

PCIe 세대별 대역폭은 얼마나 차이가 날까?

일반적인 x4 NVMe SSD를 기준으로 단순하게 정리하면 대략 다음과 같다.

규격	신호 전송률	x4 기준 이론적 최대 대역폭
PCIe 3.0 x4	8 GT/s	약 3.9GB/s
PCIe 4.0 x4	16 GT/s	약 7.9GB/s
PCIe 5.0 x4	32 GT/s	약 15.8GB/s

PCIe 3.0에서 4.0으로 올라가면 대역폭이 약 두 배가 되고, PCIe 4.0에서 5.0으로 올라가면 다시 약 두 배가 된다.
PCI-SIG 역시 각 세대가 8, 16, 32 GT/s로 증가한다고 규정하고 있다.
그래서 SSD 제조사들이 표시하는 최고 순차 읽기 속도도 이 범위 안에서 세대가 올라갈수록 커진다.

실제 제품을 예로 들면 삼성 970 EVO Plus 같은 PCIe 3.0 x4 NVMe SSD는 순차 읽기가 최대 약 3,500MB/s였고, PCIe 4.0 x4 기반 990 PRO는 최대 약 7,450MB/s의 순차 읽기 성능을 제공한다.
PCIe 5.0 세대의 고성능 제품에서는 순차 읽기가 14,000MB/s를 넘어가는 제품도 이미 나와 있다.

따라서 단순한 최고 속도만 놓고 보면 세대 차이는 분명하다.
PCIe 5.0 SSD는 실제로 PCIe 4.0 SSD보다 훨씬 높은 최대 전송 성능을 낼 수 있다.

그런데 여기에서 중요한 것이 하나 있다.
SSD 벤치마크의 최고 속도와 우리가 컴퓨터를 사용하면서 느끼는 속도는 같은 것이 아니다.

7,000MB/s가 14,000MB/s가 되면 컴퓨터도 두 배 빨라질까?

그렇지는 않다.

SSD 제품 설명에서 가장 크게 표시되는 숫자는 보통 순차 읽기 속도다.
예를 들어 7,000MB/s, 12,000MB/s, 14,000MB/s 같은 숫자다.

순차 읽기는 큰 데이터를 연속된 형태로 읽는 상황에서 SSD가 얼마나 빠르게 데이터를 처리할 수 있는지를 보여주는 중요한 성능 지표다.
대용량 영상 파일을 읽거나 복사하고, 거대한 프로젝트 데이터를 다루는 작업에서는 이런 높은 순차 전송 속도가 실제 작업 시간에 영향을 줄 수 있다.

하지만 Windows를 실행하고 프로그램을 열고 게임을 시작하는 과정에서는 하나의 거대한 파일만 순서대로 계속 읽는 것이 아니다.
수많은 작은 파일을 읽기도 하고, 데이터를 메모리로 옮긴 뒤 CPU나 GPU가 처리하기도 하며, 압축된 데이터를 풀어야 하는 경우도 있다.

결국 전체 작업 시간은 SSD 하나의 최고 순차 읽기 속도만으로 결정되지 않는다.
그래서 SSD의 순차 읽기 속도가 두 배가 되었다고 해서 Windows 부팅이 정확히 두 배 빨라지거나, 게임 로딩 시간이 절반으로 줄어드는 것은 아니다.

그렇다면 게임에서는 PCIe 5.0 SSD가 훨씬 빠를까?

게임용 PC를 조립하는 사람에게 가장 궁금한 부분은 아마 이것일 것이다.

PCIe 4.0과 PCIe 5.0 SSD를 사용하면 게임에서 실제 차이를 느낄 수 있을까?

먼저 저장장치는 게임 로딩에 분명히 영향을 줄 수 있다.
게임을 실행하거나 새로운 맵으로 이동할 때는 SSD에서 텍스처, 모델, 오디오 같은 각종 데이터를 읽어 메모리로 가져와야 하기 때문이다.
HDD에서 SSD로 바꿨을 때 게임 로딩이 크게 빨라질 수 있는 것도 이런 이유다.
NVMe SSD 역시 SATA SSD보다 훨씬 높은 대역폭과 낮은 I/O 오버헤드를 사용할 수 있다.

하지만 이미 빠른 NVMe SSD끼리 비교할 때는 이야기가 조금 달라진다.

PCIe 4.0 SSD의 순차 읽기가 7,000MB/s이고 PCIe 5.0 SSD가 14,000MB/s라고 해서 게임 로딩도 정확히 두 배 빨라진다고 볼 수는 없다.
게임의 로딩 과정에는 저장장치뿐 아니라 CPU의 처리, 압축 해제, 메모리와 GPU로 데이터를 전달하는 과정 그리고 게임 자체가 데이터를 불러오도록 설계된 방식까지 함께 관여하기 때문이다.

Microsoft의 DirectStorage 역시 단순히 SSD의 최고 순차 읽기 속도만 올리는 기술이 아니다.
DirectStorage는 운영체제의 I/O 오버헤드를 줄이고 NVMe의 높은 병렬 처리 능력을 활용해 많은 저장장치 요청을 효율적으로 처리하도록 설계되어 있다.
Microsoft는 DirectStorage의 주요 목표 가운데 하나로 NVMe 저장장치의 높은 대역폭을 활용하면서 CPU 사용량을 줄이는 것을 설명하고 있다.

즉 최신 게임에서 저장장치의 역할이 중요해지고 있는 것은 맞지만, ‘게임 성능 = SSD의 MB/s 숫자’ 라고 단순하게 볼 수는 없다.

DirectStorage가 있으면 PCIe 5.0이 꼭 필요할까?

DirectStorage라는 이름 때문에 최신 게임을 하려면 PCIe 5.0 SSD가 필요하다고 생각할 수도 있다.

하지만 DirectStorage의 핵심은 PCIe 5.0이라는 특정 세대를 요구하는 것이 아니라 NVMe 저장장치의 구조와 높은 I/O 처리 능력을 활용하는 것에 가깝다.
Microsoft가 안내하는 Windows 11의 DirectStorage 요구 조건에서도 NVMe SSD와 DirectX 12 기반의 호환 GPU 등을 명시하고 있을 뿐, PCIe 5.0 SSD를 필수로 요구하지는 않는다.

또한 Windows 11의 BypassIO 역시 NVMe 저장장치에서 파일 읽기 과정의 CPU 오버헤드를 줄여 차세대 게임의 I/O 요구를 처리하기 위한 기반 기술이다.

따라서 ‘DirectStorage 지원 = 반드시 PCIe 5.0 SSD 필요’ 라고 생각할 필요는 없다.
오히려 게임이 DirectStorage와 같은 기술을 실제로 어떻게 활용하도록 만들어졌는지가 중요하다.

PCIe 3.0 SSD는 이제 너무 느린 걸까?

PCIe 5.0 SSD가 등장한 지금 PCIe 3.0이라는 숫자를 보면 상당히 오래된 기술처럼 느껴진다.

하지만 이미 PCIe 3.0 NVMe SSD를 사용하고 있다면 무조건 교체해야 하는 것은 아니다.
고성능 PCIe 3.0 x4 SSD도 순차 읽기 속도가 약 3,500MB/s 수준까지 올라갈 수 있다.
실제로 삼성 970 EVO Plus는 PCIe Gen3 x4에서 최대 3,500MB/s의 순차 읽기를 지원했다.
이는 SATA SSD의 500MB/s대보다 훨씬 높은 수준이다.

일반적인 웹서핑이나 문서 작업, 프로그램 실행, 게임처럼 저장장치의 최대 순차 읽기 대역폭을 계속 사용하는 것이 아닌 작업에서는 PCIe 3.0 NVMe SSD도 여전히 충분히 빠르게 느껴질 수 있다.

따라서 현재 PCIe 3.0 NVMe SSD를 잘 사용하고 있고 용량에도 문제가 없다면 단순히 5.0이 나왔으니까 이제 3.0은 바꿔야 한다라고 생각할 필요는 없다.
특히 게임용 PC라면 SSD 업그레이드에 돈을 쓰기 전에 CPU와 GPU 중 어디에 더 많은 예산을 쓰는 것이 좋은지, RAM 같은 다른 부품이 실제 성능을 제한하고 있는지도 함께 생각해볼 필요가 있다.

PCIe 4.0 SSD는 왜 지금도 좋은 선택일까?

새 PC를 조립한다면 PCIe 4.0 NVMe SSD는 상당히 균형 잡힌 선택이다.
고성능 PCIe 4.0 SSD는 순차 읽기 속도가 7,000MB/s 이상까지 올라갈 수 있다.
예를 들어 삼성 990 PRO는 PCIe 4.0 x4 기반으로 최대 7,450MB/s의 순차 읽기 성능을 제공한다.
이 정도의 성능은 일반적인 PC 사용은 물론이고 게임, 영상 편집과 같은 고성능 작업에서도 상당히 높은 수준이다.
그리고 중요한 것은 PCIe 5.0 SSD와 비교해 벤치마크의 최고 숫자는 낮더라도 모든 실제 작업에서 그 차이가 그대로 나타나는 것은 아니라는 점이다.

그래서 일반적인 게임용 PC를 기준으로 생각한다면 PCIe 4.0 SSD는 여전히 먼저 고려해볼 만한 선택이다.
특히 같은 예산에서 SSD 세대를 올리느라 용량을 줄여야 한다면 고민할 필요가 있다.

예를 들어 2TB PCIe 4.0 SSD와 1TB PCIe 5.0 SSD 사이에서 고민하는 상황이라면, 게임과 일반 사용이 중심인 사용자에게는 2TB PCIe 4.0 SSD의 넉넉한 공간이 실제 사용에서 더 편리할 수도 있다.

저장장치 가이드 ②에서 용량을 먼저 정했던 이유도 이 때문이다.

그렇다면 PCIe 5.0 SSD는 누가 사용하면 좋을까?

PCIe 5.0 SSD가 필요 없는 제품이라는 뜻은 아니다.
PCIe 5.0은 PCIe 4.0보다 두 배 높은 인터페이스 대역폭을 제공하며, 실제 고성능 소비자용 SSD에서도 10,000MB/s를 훨씬 넘는 순차 전송 성능을 구현할 수 있다.
PCI-SIG 기준으로 PCIe 5.0은 lane당 32GT/s를 지원해 PCIe 4.0의 16GT/s보다 대역폭이 두 배다.

이런 성능이 유용한 작업도 분명히 있다.

예를 들어

• 매우 큰 영상 파일을 반복적으로 읽고 쓰는 경우
• 고해상도 영상 편집 작업
• 대용량 데이터셋을 자주 처리하는 경우
• 여러 대용량 파일을 지속적으로 이동하는 작업
• 저장장치 처리 속도가 실제 작업의 병목이 되는 환경
• 최고 수준의 PC 성능 자체를 원하는 경우

라면 PCIe 5.0 SSD의 높은 대역폭을 활용할 가능성이 커진다.

특히 수십 GB에서 수백 GB 단위의 데이터를 자주 이동하는 작업에서는 몇 초의 차이가 반복적으로 쌓일 수 있기 때문에 높은 순차 전송 속도의 가치가 커질 수 있다.

반대로 인터넷과 문서 작업, 게임이 대부분이라면 PCIe 5.0 SSD의 높은 벤치마크 숫자를 매 순간 체감하기는 어렵다.

따라서 PCIe 5.0은 무조건 사야 하는 SSD라기보다 높은 저장장치 대역폭을 실제로 사용할 수 있는 작업에서 가치가 커지는 SSD 라고 생각하는 편이 맞다.

PCIe 5.0 SSD는 발열도 확인해야 한다

고성능 SSD로 갈수록 함께 확인해야 할 요소 가운데 하나가 발열이다.

고성능 NVMe SSD는 컨트롤러와 NAND 플래시가 많은 데이터를 빠르게 처리하면서 열이 발생할 수 있다.
고성능 NVMe SSD에서는 제조사들도 컨트롤러와 히트스프레더, 별도의 히트싱크 등을 이용해 열 관리에 신경 쓰고 있다.
따라서 특히 고성능 PCIe 5.0 SSD를 선택한다면 메인보드의 M.2 방열판을 사용할 수 있는지, SSD 자체에 히트싱크가 필요한 제품인지도 함께 확인하는 편이 좋다.
특히 작은 PC나 노트북처럼 내부 공간과 공기 흐름이 제한적인 환경에서는 단순히 최고 읽기 속도만 보고 SSD를 선택하지 않는 것이 좋다.

PCIe 5.0 SSD를 PCIe 4.0 슬롯에 꽂으면 어떻게 될까?

PCIe의 장점 가운데 하나는 세대가 달라도 서로 호환될 수 있도록 설계되어 있다는 점이다.
예를 들어 PCIe 4.0 NVMe SSD를 PCIe 3.0까지만 지원하는 슬롯에 장착하더라도, 해당 슬롯이 NVMe SSD를 지원한다면 일반적으로 사용할 수 있다.
다만 이 경우 SSD가 PCIe 4.0 제품이라고 해도 실제 연결은 PCIe 3.0 속도에 맞춰 동작한다.

반대의 경우도 마찬가지다.
PCIe 3.0 SSD를 PCIe 4.0 슬롯에 장착한다고 해서 SSD 자체가 PCIe 4.0 성능을 내는 것은 아니다.
SSD와 슬롯은 서로 공통으로 지원하는 가장 높은 PCIe 세대에 맞춰 연결되기 때문이다.

따라서 PCIe 5.0 SSD를 PCIe 4.0 슬롯에서 사용하면 SSD 자체는 정상적으로 사용할 수 있지만 PCIe 5.0의 전체 대역폭을 활용할 수는 없다.
쉽게 말하면 PCIe 세대가 다르다고 무조건 사용할 수 없는 것은 아니지만, 더 빠른 SSD를 장착해도 실제 연결 속도는 SSD와 슬롯이 함께 지원하는 범위 안에서 결정된다.

다만 실제 M.2 슬롯에서는 메인보드 제조사에 따라 지원하는 PCIe 세대와 lane 구성, NVMe 지원 여부, 다른 슬롯과의 대역폭 공유 방식 등이 달라질 수 있으므로 SSD를 구입하기 전에 메인보드 설명서를 확인하는 것이 가장 정확하다.

PCIe 세대만 보고 SSD를 고르면 안 되는 이유

여기까지 보면 SSD를 선택하는 기준도 다시 조금 복잡해진다.

PCIe 5.0이라고 적혀 있다고 해서 모든 PCIe 4.0 SSD보다 무조건 더 좋은 SSD라고 단정할 수 있을까?

그렇지는 않다.
PCIe 세대는 SSD가 사용할 수 있는 인터페이스의 최대 대역폭을 알려줄 뿐이다.
실제 SSD의 성능과 품질에는 그 외에도 여러 요소가 관여한다.
예를 들어 같은 PCIe 4.0 SSD라도 제품마다 성능과 가격이 다르다.
NAND 플래시의 종류가 다를 수도 있고, DRAM을 탑재했는지 여부도 다르다.
일정 용량 이상을 연속으로 쓰기 시작했을 때 속도가 크게 떨어지는 제품도 있고, 내구성을 나타내는 TBW도 제품에 따라 차이가 있다.

따라서 PCIe 5.0은 무조건 좋은 SSD, PCIe 4.0은 그보다 낮은 SSD 라고 단순하게 비교하면 안 된다.
PCIe 세대는 SSD를 평가하는 여러 기준 가운데 하나일 뿐이다.

이 부분은 다음 편에서 조금 더 자세히 살펴볼 필요가 있다.

결국 PCIe 3.0·4.0·5.0 중 무엇을 고르면 될까?

아주 단순하게 정리해보면 이렇다.

이미 PCIe 3.0 NVMe SSD를 사용하고 있다면

속도나 용량에서 특별한 불편이 없다면 세대 숫자만 보고 반드시 교체할 필요는 없다.

새 일반용 PC나 게임용 PC를 조립한다면

PCIe 4.0 NVMe SSD를 먼저 기준으로 생각해볼 수 있다.
높은 성능을 제공하면서도 일반적인 게임과 PC 사용에서 충분한 저장장치 성능을 확보할 수 있다.

대용량 영상·전문 작업을 자주 한다면

PCIe 5.0 SSD의 높은 순차 전송 성능이 실제 작업 시간을 줄이는 데 도움이 될 수 있다.

최고 사양의 PC를 만들고 싶다면

메인보드가 PCIe 5.0 M.2를 제대로 지원하고 예산과 발열 문제가 없다면 PCIe 5.0 SSD를 선택할 이유도 충분하다.

하지만 게임용 PC라는 이유 하나만으로 PCIe 5.0 SSD가 반드시 필요한 것은 아니다.

벤치마크 숫자보다 중요한 것은 내 사용 방식이다

PCIe 3.0에서 4.0으로, 다시 5.0으로 올라가면서 SSD가 사용할 수 있는 대역폭은 계속 커졌다.
고성능 제품의 순차 읽기 성능도 대략 3,500MB/s 수준에서 7,000MB/s 이상으로, 이제는 10,000MB/s를 훨씬 넘어가는 수준까지 올라왔다.

그렇다고 컴퓨터를 사용하는 모든 순간이 같은 비율로 빨라지는 것은 아니다.
SSD에서 데이터를 읽는 것 외에도 CPU와 메모리, GPU, 프로그램의 구조와 데이터 처리 과정이 함께 관여하기 때문이다.
그래서 저장장치를 고를 때는 ‘어느 제품의 MB/s 숫자가 가장 큰가?’보다 ‘내가 하는 작업에서 이 속도를 실제로 사용할 수 있는가?’를 먼저 생각하는 것이 좋다.

일반 사용자라면 PCIe 4.0 NVMe SSD도 상당히 높은 성능을 제공한다.
게임용 PC에서도 용량과 가격을 함께 고려한다면 PCIe 4.0이 더 합리적인 선택이 될 수 있다.
반대로 대용량 파일을 반복적으로 처리하는 전문 작업에서는 PCIe 5.0의 높은 대역폭이 실제 장점으로 이어질 수 있다.

결국 가장 최신 세대가 항상 나에게 가장 좋은 SSD라는 뜻은 아니다.

그리고 PCIe 세대까지 결정하고 나면 SSD를 고를 때 마지막으로 또 다른 용어들이 등장한다.

TLC, QLC, DRAM, HMB, TBW.

같은 2TB PCIe 4.0 NVMe SSD인데도 어떤 제품은 더 비싸고, 어떤 제품은 훨씬 저렴한 이유가 여기에 숨어 있다.

다음 저장장치 가이드에서는 SSD의 TLC·QLC 차이부터 DRAM·HMB, TBW까지 실제 SSD를 구입할 때 확인해야 할 스펙을 정리해보려 한다.