고성능 컴퓨팅의 연결을 간소화하는 접이식 PCI Express 익스텐더 어셈블리

컴퓨팅 응용 분야에서 요구되는 대역폭 및 데이터 전송률은 10여 년간 매해 증가해 왔습니다. 선두 분야에서는 대역폭 수요가 약 3년마다 두 배로 증가하고 있습니다. 이러한 증가는 전기 통신 서비스, 클라우드 컴퓨팅 서비스, 정보 기술 제공업체의 연평균 성장률(CAGR) 45%에 기인하며 특히 은행, 보안, 보험 분야에서 두드러집니다. 또한 대규모 언어 모델(LLM)을 기반으로 하는 인공 지능(AI) 회사는 계속적으로 사업을 확장하고 있습니다. AI 지원 검사 및 자율 차량을 비롯한 산업 자동화도 증가하는 대역폭과 빨라지는 데이터 속도에 대한 수요 증가에 기여하고 있습니다.

이러한 응용 분야에 고속 데이터를 공급하기 위한 인프라는 유선 네트워크와 무선 네트워크를 모두 포함합니다. 그러나 고성능 컴퓨팅(HPC)의 하드웨어 내에서는 고속 테스트 장비 및 게임, 중앙 프로세서와 주변 장치 간의 연결이 계속적으로 증가하는 데이터 전송률을 지원해야 합니다.

PCIe의 강력한 성능

중앙 프로세서에 연결된 네트워크 장치나 부품에는 데이터를 빠르고 정확하게 전송할 수 있는 간소화된 방법, 즉 주변 기기 부품 상호 연결(PCI) 기술이 필요합니다. 서버 및 데이터 센터, 자동차 및 산업, 워크스테이션을 비롯한 다양한 컴퓨팅 시장 분야에서는 빠르고 신뢰할 수 있는 데이터 전송을 보장하기 위해 PCI Express(PCIe) 점대점 직렬 아키텍처를 사용합니다.

PCI-SIG(Peripheral Component Interconnect Special Interest Group)는 PCIe 기술을 위한 개방형 산업 표준의 개발 및 관리를 책임지는 약 900개 회원 회사로 구성된 컨소시엄입니다(그림 1).

그림 1: PCI-SIG의 PCI 연결 부품 사양은 2003년 이후 데이터 전송률의 지속적인 증가를 지원해 왔습니다(이미지 출처: PCI-SIG).

이 조직은 2003년 3G 무선 표준의 요구 사항을 충족하는 2.5GT/s(초당 기가 전송)를 지원하기 위해 PCIe 1.0을 발표했습니다. 이후의 업데이트는 이전 버전과의 호환성을 보장하면서 매년 I/O 처리량 증가를 위한 길을 닦았습니다. 예를 들어 PCIe 5.0 사양에 따라 구축된 장치는 레인당 32.0GT/s에 도달할 수 있으며, 이는 스트리밍 및 에지 컴퓨팅에 필요한 5G 네트워킹과 호환됩니다.

이러한 더 높은 처리량은 AI 및 에지 처리, 산업 자동화, 테스트 장비, 게임에 필요한 낮은 지연을 지원합니다. 또한 PCIe 기술의 점대점 아키텍처는 고급 컴퓨팅 응용 분야를 위한 핵심 고려 사항인 전력 효율적인 성능을 지원합니다.

HPC 부품의 냉각 유지

최신 PCLe 기술로 지원되는 향상된 데이터 전송률과 전력 효율성을 갖추었어도, 실시간 금융 사기, AI LLM 시스템, 계산 유체 역학(CFD)과 같은 HPC 응용 분야에는 다중 병렬 프로세서가 필요합니다. 이러한 요구 사항을 충족하면서 열 및 공간 제약 조건을 관리하는 것은 쉬운 일이 아니며, 부품과 프로세서를 연결하는 데이터 케이블이 공기 흐름에 필요한 경로와 공간을 두고 경쟁하는 경우에는 특히 그렇습니다.

이런 환경에서 HPC 설치 설계자는 3M의 8KDx 계열 제품과 같은 평면형 접이식 PCIe 익스텐더 어셈블리로 전환합니다(그림 2).

그림 2: 3M의 8KDx 계열 PCIe 5.0 익스텐더 어셈블리는 얇고 유연한 케이블로, 되접을 수 있습니다(이미지 출처: 3M).

8KDx 계열은 PCIe 5.0 표준에 따라 설계되었으며 이전 PCIe 표준에 맞게 설계된 시스템과 하위 호환이 가능합니다. 이 제품은 x8 및 x16 버전으로 제공되며, 각각 8개 및 16개 컨덕터 전선이 지원됩니다. 스트래들 실장 및 표면 실장(SMT) 종단을 사용할 수 있습니다.

은도금 30AWG 컨덕터 전선은 전체 두께 0.74mm로 구현되는 연속 라미네이팅 구조의 실드 내에 정밀하게 배치됩니다. 컨덕터 쌍이 나선형 실드에 세로로 래핑된 전통적 전선과 비교하여, 8KDx 계열 익스텐더는 더 얇고 더 유연합니다. 유연성이 뛰어난 설계를 사용하면 중요 공기 흐름을 차단하지 않으면서 여러 PCIe 익스텐더를 함께 번들로 묶고 접을 수 있습니다(그림 3).

그림 3: 연속 라미네이팅 구조의, 정밀하게 배치된 30AWG 컨덕터를 사용하여 8KDx 계열은 공기 흐름을 차단하지 않고 부품을 연결할 수 있습니다(이미지 출처: 3M).

고속 테스트 장비 동기화

HPC 응용 제품은 대규모 데이터 세트를 처리하기 위해 병렬 처리에 의존하지만, 고속 테스트 장비는 프로세서, 신호 생성기, 그래픽 카드 및 기타 주변 장치(예: 오실로스코프)를 연결해야 합니다. 이러한 시스템에는 유효한 테스트 데이터를 보장하기 위해 동기화된 신호 및 낮은 지연이 필요합니다.

단일 클록에 대한 신호 동기화 또는 다중 클록 동기화는 PCIe 3.0, 4.0, 5.0 표준으로 지원됩니다. 8KDx 계열과 같이 이러한 표준에 따라 구축된 기술은 128b/130b 인코딩을 기반으로 합니다. 이 인코딩 프로토콜에서 패킷에는 패킷의 시작과 끝을 표시하는 2비트로 구분되는 128비트의 정보가 포함되어 있습니다. 시작 비트와 끝 비트는 클록 동기화와 오류 감지를 가능하게 하며, 패킷의 나머지 비트를 데이터 전송에 사용할 수 있도록 합니다.

8KDx 계열 PCIe 익스텐더는 데이터 속도 및 무결성을 더욱 보장하기 위해 87±5Ω 임피던스의 컨덕터를 사용합니다. 이 컨덕터는 PCIe 3.0, 4.0, 5.0 표준에 따라 제작된 시스템의 기본 85Ω 임피던스와 연결할 경우 임피던스 불일치 및 신호 반사를 최소화합니다.

또한, 테스트 엔지니어는 8KDx 계열 어셈블리의 유연성과 공간 효율적 설계의 이점을 자신 있게 활용할 수 있습니다. 테스트를 통해, 접히지 않은 케이블과 비교할 때 접이식 케이블은 신호 무결성이 저하되지 않음을 확인할 수 있습니다(그림 4).

그림 4: 신호 무결성 테스트를 통해 최대 5회 접을 경우 8KDx 계열 PCIe 익스텐더에 손실이 증가하지 않음을 확인할 수 있습니다(이미지 출처: 3M).

게임에 화려함을 더하다

동기화 및 낮은 지연도 고성능 게임 설정에 매우 중요합니다. 종종 맞춤형으로 제작되는 이 구성은 중앙 프로세서를 그래픽 처리 장치(GPU), 사운드 카드, 인터넷 연결을 위한 이더넷 카드에 연결하여 모든 연결에서 높은 데이터 전송률 및 클록 동기화를 유지합니다. 이를 달성하기 위해, 맞춤형 게임 설정을 구성하는 사람들은 8KDx 계열 PCIe 5.0 익스텐더를 사용합니다(그림 5).

그림 5: 8KDx 계열 PCIe 익스텐더 어셈블리는 맞춤형 게임 시스템의 부품 간에 저지연, 동기화 연결을 제공합니다(이미지 출처: 3M).

8KDx 계열 PCIe 익스텐더는 또한 게임 시스템 설계자가 고성능 프로세서 및 주변 장치에서 발생하는 열을 관리하는 데 도움을 줄 수 있습니다. 이 익스텐더는 낮은 높이과 유연성에 더해, 다양한 케이블 길이로 제공됩니다. 표준 길이는 0.25m 및 0.5m이지만 0.125m, 0.75m, 1m도 쉽게 구할 수 있습니다. 또한, 3M과의 파트너십을 통해 맞춤형 길이, 접힘, 종단을 개발할 수 있습니다. 게임 시스템 설계자는 8KDx 익스텐더의 길이, 유연성, 간소화된 설계의 이점을 활용하여, 게임 문화의 중요한 부분인 맞춤형 게임 시스템의 미학을 향상시킬 수 있습니다(그림 6).

그림 6: 8KDx 계열 PCIe 익스텐더 어셈블리는 게임 시스템의 미학에 기여하며, 고속 데이터 전송 및 열 관리를 실현합니다(이미지 출처: 3M).

결론

고성능 컴퓨팅, 고속 테스트, 맞춤형 게임 응용 분야에는 모두 고속 데이터 전송, 낮은 지연, 높은 신호 무결성이 필요합니다. 동시에, 이러한 응용 분야에서는 공간이 제약적인 경우가 많으므로 케이블 라우팅 및 열 관리가 중요합니다. 유연한 접이식 8KDx 계열 PCIe 5.0 익스텐더 어셈블리는 최대 64GT/s의 전력 효율적이고, 동기화된 데이터 전송을 결합하며 공간 활용 및 공기 흐름을 최대화합니다.