데이터의 지속적인 급증과 컴퓨팅 집약적인 애플리케이션의 폭발적인 성장으로 인해 전통적인 전자 상호 연결 기술은 고대역폭, 낮은 대기 시간, 에너지 절약과 같은 다차원적 요구를 충족하는 데 있어 점차 한계를 드러내고 있습니다. 이러한 맥락에서 광 상호연결 기술은 고유한 성능 이점으로 인해 점차 업계의 초점이 되고 있으며 미래 데이터 센터 상호연결 기술의 돌파구로 여겨지고 있습니다.
업계에서 널리 채택되는 고속 직렬 지점 간 상호 연결 표준인 PCIe는 탄생 이후 많은 반복과 업그레이드를 거쳐 이제 CPU, GPU, FPGA 및 컴퓨터 장치와 같은 컴퓨팅 장치 간의 필수적인 상호 연결 브리지가 되었습니다. SSD. PCIe 7.0 표준은 데이터 전송 속도를 놀라운 32GB/s(레인당)로 높입니다.
PCI-SIG는 7.0년 2022월 US Developers Conference(US DevCon)에서 PCI Express 0.3 사양에 대한 지속적인 진전을 발표했습니다. 버전 2023은 7.0년 0.5월에 출시되었습니다. 최신 개발 내용은 PCIe 2025 verXNUMX가 출시되었고, 공식 SPEC 사양은 XNUMX년에 출시될 것이라고 발표했습니다.
가속 컴퓨팅이 주류가 되면서 시스템에서 PCIe 연결의 역할이 더욱 중요해졌습니다. 서버 및 컴퓨팅 포드 내의 여러 그래픽 처리 장치(GPU) 또는 가속기에서 복잡한 컴퓨팅 작업을 확장하려면 직접적인 GPU-GPU 통신이 중요합니다. 고성능 컴퓨팅에서 확장 가능한 개방형 아키텍처에 대한 필요성이 커지고 있다는 인식이 업계 내에서 커지고 있습니다. 인공 지능 및 데이터 집약적 애플리케이션이 계속해서 발전함에 따라 이러한 기술에 대한 수요가 증가할 것으로 예상되므로 PCIe 7.0은 차세대 인터페이스 IP의 중요한 구성 요소가 됩니다.
I/O 대역폭은 3년마다 두 배로 증가합니다.
AI 훈련, 대규모 데이터 분석, 실시간 렌더링 등의 애플리케이션에서는 데이터 전송 속도와 효율성이 시스템 성능을 결정하는 핵심 요소입니다. PCIe 128이 제공하는 7.0GT/s 대역폭은 이전 세대의 두 배입니다. 이는 데이터가 GPU 간에 더 빠르게 흐를 수 있을 뿐만 아니라 보다 효율적인 리소스 할당 및 워크로드 밸런싱을 지원한다는 의미입니다. 예를 들어 대규모 기계 학습 모델 훈련 시나리오에서는 여러 GPU가 PCIe 7.0을 통해 직접 연결되므로 훈련 시간이 크게 단축되고 모델 반복 속도가 향상되어 새로운 알고리즘과 서비스의 개발 및 배포가 가속화됩니다.
AMD/Broadcom, AMD Infinity 패브릭 확장
PCIe 프로토콜은 대기 시간 성능을 최적화하지만 대규모 데이터 센터 내에서 거리와 상호 연결 수준이 늘어나면 대기 시간이 누적됩니다. 데이터 전송률이 증가함에 따라 상호 연결 전력 소비가 점점 더 두드러지고 전반적인 에너지 효율성과 열 설계에 문제가 발생합니다.
이러한 환경에서 데이터센터 내 및 서로 다른 데이터센터 간의 고속 데이터 전송에 대한 요구가 급격히 증가했습니다. 딥 러닝, 머신 러닝과 같은 AI 애플리케이션은 막대한 양의 데이터 처리가 필요하며 실시간 성능과 대역폭에 대한 요구 사항이 매우 높습니다. 기존 구리선 매체 PCIe 버스는 전송 거리, 대역폭 확장 및 신호 무결성에 물리적 제한이 있어 대규모 데이터 센터 간의 장거리 고대역폭 데이터 전송 요구 사항을 충족하기 어렵습니다.
따라서 업계에서는 소위 PCIe over Optics 기술이라고 불리는 광 링크에 PCIe 프로토콜을 적용하는 방법을 모색하기 시작했습니다. 이 기술은 광섬유의 대용량, 저손실, 장거리 전송 특성을 활용하여 PCIe 신호를 전송용 광신호로 변환하여 기존 구리선 인터페이스의 거리 및 속도 병목 현상을 극복합니다.
PCI-SIG는 또한 기존 PCIe 생태계와의 원활한 통합을 달성하기 위해 광학을 통한 PCIe 표준 개발에 전념하는 PCIe 광학 작업 그룹을 설립했습니다. 예를 들어 Synopsys는 OpenLight와 같은 광자 기술 공급업체와 협력하여 지원 광학 솔루션을 개발하고 있습니다.
7.0Gbps의 광학 장치를 통한 종단 간 PCle 128
PCIe over Optics 솔루션에는 일반적으로 다음과 같은 주요 링크가 포함됩니다.
- 광전 변환: 첫째, 데이터가 광섬유를 통해 전송될 수 있도록 고급 전기 광학 트랜시버를 사용하여 서버 마더보드의 전기 신호를 광 신호로 변환합니다.
- 고성능 컨트롤러 및 PHY: 전용 고성능 PCIe 컨트롤러 및 물리층 칩(PHY)을 설계하여 최신 PCIe 표준을 지원하고 광 인터페이스와의 연결을 최적화하여 광 전송 후 데이터의 무결성과 정확성을 보장합니다.
- 광학 엔진: 낮은 대기 시간과 전력 소비를 유지하면서 다중 채널, 전이중 데이터 전송 기능을 제공하는 Nubis XT1600 선형 광학 엔진과 같은 고효율 광학 엔진을 사용합니다.
- 장거리 무손실 전송: 광섬유는 전자기 간섭의 영향을 받지 않기 때문에 킬로미터 수준의 무손실 전송을 달성할 수 있으며, 서버 클러스터 간의 연결 범위를 크게 확장하고 데이터 센터의 장비를 더 넓은 공간에 보다 유연하게 분산시킬 수 있습니다. 데이터 통신 성능에 영향을 미칩니다.
- 모듈화 및 표준화: 일부 솔루션은 맞춤형 제품일 수 있지만 전반적인 추세는 모듈화 및 표준화를 향한 것입니다. 이를 통해 다양한 제조업체의 제품이 서로 호환되도록 보장하고 데이터 센터 운영자가 이를 보다 쉽게 유연하게 선택하고 기존 또는 미래에 통합할 수 있습니다. 데이터 센터 아키텍처.
PCI-SIG DevCon 2024에서 Cadence는 차세대 PCIe 7.0 표준을 위해 설계된 광 연결 솔루션을 시연했습니다. 이는 광학 기술을 기반으로 한 업계 최초의 PCIe 7.0 시연으로, 데이터 전송 속도와 상호 연결 기술에서 큰 도약을 이룬 성과입니다.
Cadence는 8채널 PHY(물리적 계층 인터페이스)와 완전한 7.0채널 컨트롤러를 포함하는 테스트 칩을 위한 완전한 하위 시스템을 구축했습니다. 컨트롤러를 테스트 칩에 통합하면 특성화 및 스트레스 테스트의 효율성과 정밀도가 크게 향상됩니다. 케이던스 PCIe XNUMX PHY IP 다이어그램:
케이던스 PCIe 7.0 PHY IP 다이어그램
Cadence는 고객이 실제 애플리케이션에서 사용하는 광범위한 구성을 포괄하는 전체 프로토콜 스택을 하나의 단위로 시뮬레이션하고 테스트할 수 있습니다. 이를 통해 실제 작업 조건을 보다 포괄적으로 시뮬레이션하고 설계 프로세스 초기 단계에 존재할 수 있는 문제를 식별 및 해결할 수 있어 고객이 시스템에서 직면할 수 있는 다양한 위험을 크게 줄일 수 있다는 것이 가장 큰 장점입니다. 온칩(SoC) 설계.
전체 프로토콜 스택 시뮬레이션 및 테스트
Cadence는 지연 시간이 짧고 타이밍이 없는 선형 광 연결을 포함하여 실제 애플리케이션 조건에서 128GT/s PCIe 7.0 IP의 강력한 전송(TX) 및 수신(RX) 기능을 성공적으로 시연했습니다.
Cadence 팀은 이 고급 인터페이스의 속도 잠재력을 입증했을 뿐만 아니라 이틀 간의 논스톱 시연을 통해 약 3E-8의 매우 안정적인 사전 전달 오류 수정(pre-FEC) 비트 오류율(BER)을 유지했습니다. 이 값은 PCIe 사양에서 요구하는 1E-6보다 훨씬 낮습니다. 즉, 극한 조건에서도 시스템이 충분한 중복성을 제공하여 정확한 데이터 전송을 보장하고 후속 RS 오류 수정 코딩을 위한 충분한 공간을 확보할 수 있음을 의미합니다. 이는 데이터 전송 중 작은 오류가 발생하더라도 시스템이 자체적으로 수정하고 데이터 무결성을 보장할 수 있음을 의미합니다.
Cadence가 표시한 수신단 PAM4 아이 다이어그램 히스토그램에서 신호의 선형성과 마진이 우수하다는 것을 알 수 있으며 이는 고속 데이터 전송을 처리할 때 높은 안정성과 신뢰성을 반영합니다. 넓고 선명한 아이 다이어그램은 장거리 전송 후에도 신호가 높은 품질을 유지할 수 있음을 나타내며, 이는 복잡한 시스템 환경에서 효율적인 데이터 교환을 보장하는 데 중요합니다.
이번 시연은 PCIe 7.0 기술의 잠재력에 대한 강력한 증거일 뿐만 아니라 고속 데이터 전송 분야에서 광학 상호 연결 기술의 새로운 혁신을 예고합니다. 고속에서 기존 구리 케이블의 신호 감쇠 및 간섭 문제를 극복함으로써 광학 연결은 특히 고성능 컴퓨팅(HPC), 인공 지능(AI) 및 데이터와 같은 분야에서 PCIe 7.0의 광범위한 적용을 위한 새로운 문을 열어줍니다. 데이터 전송 속도와 대기 시간에 대한 요구 사항이 매우 높은 센터.
PCIe 7.0 표준의 발전과 상용화로 이러한 광연결 솔루션은 차세대 컴퓨팅 플랫폼과 데이터센터 아키텍처의 핵심 구성요소가 되어 전체 산업을 보다 효율적이고 빠른 데이터 처리 시대로 이끌 것으로 예상됩니다.