엔터프라이즈 데이터 센터 장비에 고성능 모듈식 연결을 구현하는 방법

엔터프라이즈 및 클라우드 데이터 센터와 차세대 통신 인프라에서 대용량 데이터 응용 분야를 지원하기 위해 서버, 스토리지, 네트워킹 장비를 설계할 때, 필요한 데이터 전송률 수용할 수 있는 콤팩트한 연결 솔루션을 제공해야 하는 과제가 어렵게 다가올 수 있습니다. 이러한 데이터 전송률에는 4레벨 펄스 진폭 변조(PAM4), 주변 장치 부품 상호 연결 익스프레스(PCIe) 4세대 및 5세대, 비휘발성 메모리 익스프레스(NVMe), 직렬 연결 SCSI(SAS), 소형 폼 팩터 플러그형(SFP) 및 쿼드 SFP(QSFP) 사양을 사용하는 최대 초당 56Gbps의 고속 신호가 포함됩니다.

해당 응용 분야에서는 높은 수준의 신호 무결성(SI), 모듈성 및 확장성을 제공하고 유지보수 및 수리가 용이하여 가동 중단 시간을 최소화하는 슬림하고 비용 효율적인 커넥터가 필요합니다. 또한 다양한 상호 운용성과 SI 요구 사항을 지원하기 위해 낮은 삽입 강도와 92Ω, 85Ω 및 95Ω과 같은 임피던스로 여러 결합 주기를 제공할 수 있는 커넥터가 필요합니다.

이 블로그에서는 PAM4, PCIe, NVMe, SAS, SFP, QSFP의 산업 표준 및 SI 요구 사항을 소개하고 이에 대해 간략하게 설명합니다. 그런 다음 PCIe를 적합한 응용 제품의 예로 사용하여, 고밀도 서버, 스토리지 및 네트워킹 장비에서 임피던스 선택의 중요성과 슬림 카드 에지 및 케이블 커넥터 솔루션의 필요성에 대해 이야기합니다. 이 과정에서, 엔터프라이즈 및 클라우드 데이터 센터 장비의 고성능 콤팩트 모듈식 연결에 사용할 수 있는 Amphenol의 몇 가지 Mini Cool Edge 커넥터 옵션을 살펴보겠습니다.

표준 준수 및 SI 인증 획득

Mini Cool Edge 커넥터 사양은 서버 및 스토리지 장치용 직각, 양측 실장 및 직교식의 커넥터를 포함하는 스토리지 네트워킹 산업 협회(SNIA)의 소형 폼 팩터(SFF) TA1002 표준을 충족합니다. 이 표준은 반도체 드라이브(SDD) 및 네트워크 인터페이스 카드(NIC) 3.0 응용 분야를 위해 EDSFF(엔터프라이즈 및 데이터 센터 표준 폼 팩터) 및 OCP(Open Compute Project) 위원회에서 각각 채택되었습니다.

플라이오버 응용 분야용으로 특별히 설계된 Mini Cool Edge 0.60mm IO OverPass^TM 솔루션은 지연 시간이 짧은 Gen Z 시스템 아키텍처도 지원하여 성능이 뛰어나고 향상된 SI를 제공합니다. 이 커넥터는 매우 안정적이고 균형 잡힌 임피던스와 고속 연결에 필요한 SI를 가능하게 하는 삽입 손실, 반사 손실 및 누화와 같은 S 파라미터를 갖추고 있습니다. 1m의 전송 거리에서 애드인 카드(AIC) 및 최대 56Gbps PAM4, PCIe Gen 4 및 Gen 5의 케이블로 연결된 응용 제품을 모두 지원합니다. 임피던스 옵션에는 85Ω(G97 계열), 92Ω(G42 계열), 95Ω(G98 계열)이 있습니다. PCIe, NVMe, SAS, SFP(+) 및 QSFP 사양을 충족하며 다양한 수의 핀으로 제공됩니다.

앞에서 언급한 바와 같이, Mini Cool Edge 커넥터는 많은 인터페이스 사양을 지원합니다. 하지만 이 블로그의 나머지 부분에서는 PCIe 인터페이스에 필요한 설계 시의 고려 사항에 대해 설명합니다.

어떤 임피던스가 필요한가요?

인쇄 회로(PC 기판) 트레이스와 비아를 포함하여 PCIe 인터페이스용 고속 상호 연결을 설계할 때는 다양한 요소를 고려해야 하며, 커넥터는 이 중 가장 중요한 요소에 속합니다. SI를 유지하는 것은 콤팩트한 모듈식 연결 솔루션을 설계할 때 매우 중요하며, 이를 위해서는 올바른 임피던스를 선택이 필수적입니다.

최적의 임피던스 결정을 복잡하게 만드는 것은 다양한 유형의 PCIe 상호 연결입니다. 예를 들어 미드플레인-마더보드(MB) 플라이오버, 칩-칩 플라이오버, 칩-외부 입력/출력(I/O) 등이 있습니다(그림 1). 이러한 상호 연결에는 한쪽 또는 양쪽 끝에 IC 패키지가 있을 수 있으며 프로세서 기판, 라이저 또는 애드인 카드와 같은 여러 개의 PC 기판이 포함될 수 있습니다. 그리고 PCIe 카드 전기 기계(CEM) 연결도 있습니다. 85Ω 임피던스에 대한 요구 사항은 CEM 사양을 사용하는 시스템과 카드의 상호 운용성을 보장하여 결합된 모든 장치에 대해 그에 부합하는 임피던스를 보장합니다. 그러나 85Ω이 PCIe의 절대적인 요구 사항은 아닙니다.

그림 1: 플라이오버 상호 연결은 다양한 형태를 취하며 높은 SI를 지원해야 합니다. (이미지 출처: Amphenol)

CEM 상호 운용성이 필요하지 않은 경우에는 어떻게 하나요?

CEM 상호 운용성은 많은 PCIe 응용 분야에서 필수 사항이 아닙니다. PCIe 사양에 따르면 85Ω 요구 사항은 커넥터, 케이블, 비아 및 기타 상호 연결에 반드시 적용되는 것은 아닙니다. CEM 상호 운용성을 위해서만 필요합니다. 상호 운용성이 필요하지 않은 경우, 상호 연결 임피던스의 선택은 SI 우선순위에 따라 달라집니다. 예를 들어 삽입 손실이 최우선 고려 사항이라면 92Ω 또는 95Ω과 같은 더 높은 임피던스가 나은 선택이 될 수 있습니다.

SI를 최적화하려면 다양한 임피던스 선택이 필요할 뿐만 아니라, 왼쪽 및 오른쪽 출구, 직각(RA) 및 직선 상호 연결 등 다양한 기계적 설계를 지원할 수 있는 폭넓은 물리적 커넥터 구성이 필요합니다(그림 2). 올바른 플라이오버 커넥터 및 케이블 솔루션은 PC 기판 트레이스와 비교하여 높은 SI로 더 긴 상호 연결 길이를 가능하게 하고, 유지보수 및 수리를 간소화하면서 모듈성과 확장성을 지원합니다.

그림 2: 다양한 물리적 구성을 갖춘 커넥터는 특정 응용 분야의 패키징 요구 사항을 지원합니다. (이미지 출처: Amphenol)

콤팩트 PCIe 커넥터

PCIe 상호 연결을 설계할 때 Amphenol의 Mini Cool Edge IO OverPass^TM 커넥터를 사용할 수 있습니다. 이 슬림형 커넥터는 모듈식이고, 확장 가능하며, 수리가 쉽고, 비용 효율적인 시스템 설계에 대한 새로운 접근 방식을 제공합니다. 0.60mm 피치 및 최대 56Gbps PAM4/PCIe, Gen 4/PCIe 및 Gen 5/PCIe의 고속 신호 지원과 함께 다음과 같은 주요 기능이 있습니다.

• 수직 및 직각 구성(그림 3).
• 직선, 직각 및 좌우 측면 케이블 출구.
• 1.0m의 전송 거리에서 최대 56Gbps 신호를 지원합니다.
• 동일한 커넥터로 케이블 및 카드 에지 설계를 지원할 수 있습니다.
• 몇 가지 임피던스 선택에는 92Ω(74접점 G42V12312HR과 같은 G42 계열), 85Ω(148접점 G97R26312HR과 같은 G97 계열) 및 95Ω(38접점 G98V11312HR과 같은 G98 계열)이 있습니다.
• 핀당 최대 0.6N의 결합력과 핀당 최소 0.06N의 분리력으로 250회의 결합 주기를 견딜 수 있습니다.

그림 3: 수직(아래쪽) 및 직각(위쪽) Mini Cool Edge IO 커넥터의 피치는 0.60mm입니다. (이미지 출처: Amphenol)

결론

서버, 스토리지, 네트워킹 장비와 같은 엔터프라이즈 데이터 센터 장비를 위한 PCIe 상호 연결을 설계하는 경우, Amphenol의 Mini Cool Edge IO OverPass^TM 제품군이면 충분합니다. Amphenol의 Mini Cool Edge IO OverPass TM 제품군은 다양한 산업 표준을 충족하고 SI 요구 사항을 지원하는 다양한 커넥터 옵션을 제공하는 동시에 모듈식, 확장성, 수리하기 쉬운 구성을 위한 비용 효율적인 솔루션을 제공합니다.