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직렬 분석기의 진화는 어디까지인가!

PCI Express 2.0 시대에 대응한 새로운 직렬 분석기 솔루션

PCI Express (PCIe)는 현재 PC를 중심으로 직렬 통신 장치로써 가장 활발하게 사용되고 있다. 지난 1월 공식 발표된 PCIe 2.0 스펙은 고대역 애플리케이션 지원을 위해 전송 비트 레이트를 기존의 2.5 GT/s에서 5.0 GT/s로 크게 확장시켰다.

PCIe (PCI Express)는 가장 최근에 도입된 외부 장치 연결 표준으로 알려졌다. 이 버스는 PCI와 소프트웨어적으로 호환되며 PCI에 비해 더 높은 가능 대역폭과 확장성을 가진다. PCIe 규격은 PCI와 마찬가지로 PCI-SIG에 의해 관리되고 있다.

PCIe 장치와 시스템 간의 연결은 “link”라고 하며 이 “link”는 “lane” 이라고 하는 양방향성, 직렬 (1bit) point-to-point 연결구조로 되어 있다. 한 lane은 동시에 초당 250MB의 데이터를 양방향으로 전송하는 성능을 가진다. 한 link는 동시에 여러 lane을 사용할 수 있고, 모든 PCIe 규격의 link는 “x1″으로 표시하는 하나의 lane을 최소한 지원 해야 한다.
더 높은 가능 대역폭을 지원하기 위해 PCIe 장치 및 시스템은 동시에 여러 lane을 사용하는 link를 지원 할 수 있다. 예를 들어 “x16″은 16 lane을 사용하는 link를 의미한다. PCIe 카드 및 슬롯은 하나의 lane을 추가하기 위해 2개의 전기 신호선이 추가되어 설계된다. x1, x4, x8, 및 x16 link의 카드와 슬롯이 통용된다.

PCIe 2.0 스펙, 2007년 1월 공식 발표

PCIe 구조는 마치 LAN 장치 처럼 각 link는 컴퓨터내의 중앙 허브에 연결되며 네트웤 처럼 순차 처리된다. 이는 모든 장치가 동일 한 양방향성 병렬 버스로 공유되는 PCI 구조와 상반되는 것이다. 일정 타이밍에 의해 구동되는 병렬 구조가 아니기 때문에 PCIe는 더 원거리로 간편하게 데이터를 전송 할 수 있는 것이다. 따러서 PCI-SIG는 PCIe를 사용하는 컴퓨터의 외장 장치를 연결하는 케이블 규격을 개발하여 발표하고 있다.

현재 PCIe는 기존 1.0 스펙에 이어 2.0 스펙이 발표되고 적용 제품이 활발하게 출시되고 있는 중이다. PCIe 2.0 스펙은 지난 2006년 10월에 PCI-SIG 멤버를 대상으로 공개된 후, 2007년 1월 15일에 정식 릴리스되었다. 최근에는 3.0에 대한 논의가 한장 진행중이며, 2010년에는 PCIe 3.0 스펙을 적용한 8GT/s대의 제품이 시장에 출시될 것으로 기대된다.

최고의 PCIe 2.0 로직 애널라이저 솔루션 제공

테스트, 계측 및 모니터링 장비의 세계 선두 공급업체인 텍트로닉스(대표 박영건)는 PCI Express(PCIe) 1.0 및 2.0 디자인 테스트 및 검증을 위한 새로운 TLA7S16 와 TLA7S08 직렬 분석기를 발표했다. 새로 출시된 텍트로닉스 직렬 분석기 제품은 다른 경쟁 프로토콜 분석기 제품과는 달리 크로스 버스 분석과 함께 상세한 PCIe 2.0 프로토콜 정보를 제공한다. 또한 업계에서 가장 완벽한 PCIe 테스트 솔루션을 강화시켜 차세대 고속 컴퓨팅 플랫폼 개발을 실현시켜 준다.

PCI Express 2.0 은 컴퓨터, 스토리지, 통신 산업에 기능 개선을 도입한다. 속도를 2.5 GT/s 에서 5.0 GT/s로 개선하는 것이 주된 기능 강화이다. PCIe 2.0와 관련한 가장 중요한 검증 과제는 두 배 속도로 신호를 캡처하고, 전력 관리를 검증하고, 크로스 버스 분석을 수행하는 것이다. 전력 관리를 위해 사용되는 레인의 수 또는 “링크 폭(link width)” (최대 16 레인), 링크 속도(2.5 GT/s에서 5.0 GT/s까지), 유휴 상태 등이 가능한 최대한 전력을 절약하기 위해 다이내믹하게 조절되어 결정된다. 노트북에 실행된 경우 배터리 수명을 연장하기 위해서나 서버 시스템에 실행된 경우 에너지를 절약하기 위해서든 시스템에서 전력 관리는 매우 중요하다.

PCI Express 2.0

PCIe 2.0은 물리(전기 및 로직 서브 블럭), 데이터 링크 및 트랜잭션 레이어 등 3개의 레이어로 이루어진 아키텍처이다. 링크 폭, 초기화, 속도 조절(negotiation) 등이 물리적 레이어의 로직 서브 블럭 내에서 수행된다. 데이터 링크 레이어는 링크에 전송된 데이터가 정확한지 확인하고, 링크에서 패킷이 확실하게 전송되도록 하는 책임을 맡는다. 마지막으로, 트랜잭션 레이어는 요청/완료 트랜잭션, 트랜잭션 레이어 패킷 플로우 컨트롤, 메시징 등의 구성을 담당한다.

텍트로닉스의 기술 솔루션 담당 이사인 지트 림(Jit Lim)은 “PCIe 2.0은 디자인 엔지니어들에게 새로운 일련의 검증 과제를 제시한다”면서 “시스템 내의 다른 버스에서 전파되었을 수도 있는 포착하기 어려운 문제를 발견하기 위해서는 완벽한 시스템 가시성을 확보하는 것과 함께 물리적 레이어 이벤트를 검증할 수 있는 기능이 매우 중요하다. 이를 위해서는 다이내믹하게 변화하는 모든 상태에서 PCIe 신호를 습득할 수 있는 테스트 장비가 필요하다. 이번에 새로 출시된 텍트로닉스 TLA7S08 및 TLA7S16 직렬 분석기는 PCIe 1.0 및 2.0 디자인 디버그와 검증에 가장 뛰어난 테스트 솔루션”이다.

직렬 분석기 외에도 PCIe 2.0 프로토콜의 모든 레이어를 테스트 및 검증하기 위해서 P6716/P6708 미드-버스 프로브와 사전 공개된 슬롯 인터포저 프로브 (pre-release slot interposer probes)도 함께 새로 출시되었다. 새로운 분석기는 텍트로닉스 TLA7000 시리즈 로직 애널라이저에 플러그 되어 일반 용도 신호와 메모리 및 컴퓨터 프로세서 등의 기타 시스템 인터커넥트를 디버그하고 상호 연결하는 기능을 부가한다.

인텔의 기술 이니셔티브 & 산업 마케팅 담당 이사인 짐 파파스(Jim Pappas)는 “올 후반 제품 및 플랫폼 도입이 예정되어 있는 가운데 업계에서 PCI Express 2.0 롤아웃을 시작하고 있다”면서 “적절한 운영 및 상호 운용성을 보장하는 기능이 우수하고 포괄적인 테스트 솔루션은 PCI-Express 2.0이 지속적으로 성공하는데 매우 중요한 역할을 한다. 텍트로닉스는 포괄적인 테스트 솔루션을 제공함으로써 PCI Express 2.0 제품 출시 실현에 중요한 역할을 해오고 있다”고 말했다.

전력 관리

PCI Express 2.0 링크 폭 및 속도 조절을 하기 위해서는 프로토콜 분석 툴 과는 달리 로직 분석 장비가 상세한 데이터를 제공할 수 있는 곳에서 물리적 레이어의 로직 서브 블럭을 디버깅해야 한다. 새로 출시된 텍트로닉스 TLA7S08 및 TLA7S16 직렬 분석기는 x1, x4 링크 또는 x8 링크를 각각 따로 습득할 수 있다. 양방향 x16 링크에는 TLA7S16 직렬 분석기가 2개 이용된다.

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PCIe 2.0 링크는 다이내믹하게 폭(레인 수)을 변경할 수 있다. 예를 들어 8 레인 링크 (x8)는 전력을 덜 소모하는 4레인 (x4)로 변경 될 수 있으며 다시 시스템이 필요로 하는 경우는 x8로 변환 될 수 있다. 또한, PCIe 2.0 규격에서는 링크가 2.5 Gb/s 에서 5 Gb/s까지 속도를 다이내믹하게 조절할 수 있어 PCIe 1.0 및 2.0 표준 모두 지원 할 수 있다. 뿐만 아니라, 링크가 사용되지 않을 때는 짧은 시간 동안 유휴 전력 상태로 들어 갈 수가 있다. 이러한 폭 및 속도 변화와 전력 관리 상태 변화 시 링크 운영이 적절하게 이루어 지는지 검증하는 것이 매우 중요하다. 새로운 텍트로닉스 직렬 분석기는 다른 제품과 달리 이러한 링크 프로세스의 운영을 검증하고 디버깅하는 기능이 갖추어져 있다.

크로스 버스 분석

전자 시스템이 점점 더 복잡해 지면서 이를 디자인하는 데 있어서 병렬 및 고속 직렬 버스를 통합하는 것이 점차 일반적인 현상이 되고 있다. 많은 경우에 있어 PCIe 버스만 관찰하여 시스템 레벨 이슈를 디버깅 한다는 것은 불가능 하다. 이와 같은 경우를 하나 예로 들자면, PCIe 링크가 프로세서에 메모리 읽기 요청을 보내는 경우로, 이에 대해 해당 프로세서는 메모리 읽기 요청을 DDR메모리로 보낸다.

만약 DDR 메모리가 다른 메모리 어드레스에서 읽기 요청을 수행하게 되면 정확하지 않은 데이터가 PCIe 링크로 전송되고 따라서 결과적으로 시스템 움직임이 부정확해 진다. 텍트로닉스 TLA7000 로직 애널라이저는 단일 테스트 플랫폼을 이용하여 PCIe, 프로세서, 메모리 간 상호 작용을 시간으로 연동할 수 있는 유일한 툴이다.

PCI-Express 2.0 프로빙

TLA7S08 및 TLA7S16 직렬 분석기는 일련의 직렬 획득 프로브를 통해 그 기능이 보완된다. 미드 버스 프로브를 유연하게 혼합해서 사용할 수 있는 설계자들은 P6708 반치폭(half-width)과 P6716 전폭(full-width) 미드 버스 프로브의 우수한 전기 성능을 통해 혜택을 얻을 수 있다. 또한 좁은 링크 폭으로 보드 면적을 최소화 하는 P6708 풋프린트를 활용할 수 있다.

많은 경우에 있어, 설계 시에 프로브 접근성은 고려되지 않는다. 엔지니어들은 종종 OEM이나 ODM이 디자인한 플랫폼 상에서 자신의 실리콘을 디버깅해야 하며, 이런 경우 플랫폼에는 프로브 액세스 포인트가 없는 경우가 많다. 슬롯 인터포저는 그래픽 카드나 호스트 채널 어댑터 카드 등 PCIe 슬롯을 이용하는 기기에 사용하는 대안적인 프로빙 방법이다. 사전 공개된 슬롯 인터포저는 x1, x4, x8 및 x16 링크 폭으로 출시 되었다.

포괄적인 테스트 솔루션

텍트로닉스 TLA7000 시리즈 로직 애널라이저, TLA7S16 및 TLA7S08 직렬 분석기, P6716/P6708 미드 버스 프로브, 사전 공개된 슬롯 인터포저 등은 물리, 데이터 링크, 트랜잭션 레이어 등 PCIe 프로토콜의 모든 레이어를 테스트 및 검증하는데 이용된다.

물리적 레이어의 로직 서브 블럭 아래에는 전기 서브 블럭이 있다. 텍트로닉스는 업계 최고 DSA70000 실시간 및 DSA8200 샘플링 오실로스코프, AWG7000 임의 파형 발생기, 완벽한 테스트 소프트웨어 등으로 구성된 가장 기능이 우수한 PCIe 2.0 테스트 솔루션을 전기 서브 블럭에 제공한다. 이러한 텍트로닉스의 차세대 측정 툴은 엔지니어들이 PCIe 2.0으로 야기된 테스트 과제들을 해결할 수 있도록 도와준다. 차세대 장비와 애플리케이션 소프트웨어 솔루션은 완전히 새롭고 포괄적인 고속 직렬 데이터 테스트 벤치의 일부를 구성한다.

아이씨엔 매거진 2007년 10월호

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