PCI Express 솔루션을 내장하고 있는 버텍스-5 LXT 디바이스는 획기적으로 전력소모를 절감하고 PCI 설계 면적까지 줄일 수 있다.
글│나브넷 라오(Navneet Rao) 기술 마케팅 매니저, 자일링스

멀티미디어 기능을 선호하는 최종 사용자들이 빠르게 증가함에 따라 아이팟(iPoD) 비디오나 유튜브(You-Tube)와 같은 블로그 사이트에 관심을 기울여야 할 것 같다. 사용자들이 이 같은 유형의 데이터를 많이 소비함에 따라 보다 효과적인 저장 기능과 더욱 빠른 커넥티비티 속도가 중요한 요소로 부각되고 있다.

오늘날 메가헤르츠 논쟁은 그 초점이 프로세싱 속도에서 고속 인터커넥트로 이동하면서 초당 기가비트 수준으로 대체되었으며 대표적인 시리얼 표준이 되었다. 이와 같은 표준을 결정짓는 핵심적인 시장의 요구조건은 다음과 같다:

- 확장 가능한 성능

- 다양한 모델에 적용할 수 있는 확장 가능한 기능 세트(칩-투-칩, 백플레인, 케이블)

- 다양한 마켓 영역과 애플리케이션에 적합한 인터커넥트

- 보편화인 양산기술로 비용 효율적인 솔루션 구현

새롭게 등장하고 있는 핵심적인 시리얼 표준 중 하나인 PCI Express(PCIe)는 PCI와 PCIX에서 확장 가능한 경로를 제공하기 위해 지난 2002년 도입된 3세대 I/O 인터커넥트이다(표 1참조). PCIe는 이미 PC 산업에서 표준 인터커넥트로 자리잡고 있으며, 다른 애플리케이션 분야에서도 급속하게 세력을 확장하고 있다(그림 1). PCIe는 확장가능성 및 확장 가능한 기능세트를 제공하며, 다양한 마켓에 적용이 가능하고 비용 효과적이다. PCIe의 주요 특징은 다음과 같다.

- 레인당 2.5Gbps 라인 속도로 양방향 통신을 제공하는 고속 시리얼 표준

- 모듈식 설계가 가능한 계층형 패킷 기반 아키텍처

- 보다 쉽게 확장이 가능해 대역폭을 크게 향상(80GB 정도) - 1, 2, 4, 8, 16, 32 레인

- 신뢰성, 전력 관리, 핫 플러그 등 향상된 기능

- 가상 채널, 트래픽 클래스, QoS (Quality of Service) 등을 통한 차세대 3차원/멀티미디어 트래픽 지원

- 새로운 폼 팩터 및 혁신적인 설계를 통해 사용이 편리하며, 다양한 마켓 분야를 겨냥한 애플리케이션 구현 가능

- 기존 PCI 아키텍처와 인프라를 지원함으로써 소프트웨어 보존 가능

PCI Express의 빠른 확산과 Design Win, 성공적인 고객 피드백의 증가는 고객의 애플리케이션에서 PCI Express 고유의 장점을 이해하는 원동력으로 작용하고 있다. 미래의 문제를 해결하고 급변하는 시대에 부합할 수 있는 솔루션을 개발할 수 있도록 자일링스는 하드와이어드된 PCI Express 엔드포인트 블록을 집적한 버텍스(VirtexTM)-5 LXT 디바이스를 발표했다(그림 2). PCIe 엔드포인트 블록은 다음과 같은 완벽한 기능과 특성을 제공한다:

PCIe 기반 v1.1 사양 준수 및 완벽한 기능 제공

- 컨피규러블 성능이 우수한 PCIe 엔드포인트 솔루션

PCI 플러그-페스트에서 호환성 및 상호운영성 테스트 통과

(www.pcisig.com/developers/compliance_program/integrators_list/pcie)

1-, 2-, 4-, 혹은 8-레인 구현 지원

모든 핵심적인 요구조건 준수

- 전기적 시그널링

- 프로토콜(CRC, 자동 재시도)

- QoS

- 핫 플러그 가능

Xilinx£ RocketIOTM GTP 트랜시버 블록 사용

- PCI Express 전기 지원

- 100MHz 다이렉트 레퍼런스 클럭

리소스 절약

- 모든 버텍스-5 LXT 디바이스에 집적

- GTP 트랜시버와 인접

설계 편의성

- 설계 주기 단축

- 간단하고, 직관적으로 알 수 있는 설계 플로우

저가격 및 저전력

컨피규러블 블록 RAM을 이용한 패킷 버퍼링

- Rx 버퍼

- Tx 버퍼

- 재시도 버퍼

쉽게 통합할 수 있도록 레이어 인터페이스로 트랜잭션을 간단히 처리

통계 및 모니터링을 위해 패브릭에서 신호처리 가능

- 신용 상태, 최대 지불경비 규모, 오류 신호

QoS를 위한 2개의 가상 채널 지원

- 연속, 가중 연속 혹은 엄격한 우선순위

버텍스-5 LXT PCIe 블록으로 설계

PCI Express는 PC 산업에 폭넓게 채택되면서 상당한 성장 가능성을 보여주고 있다. 또한 버텍스-5 LXT FPGA 기반 PCIe 엔드포인트의 장점을 이용한다면 엔지니어들은 새로운 마켓에서 PCI Express 확산을 주도할 수 있을 것이다.

보다 빠른 시장출시: 기존의 ASSP 제품들은 최신 PCIe 표준을 지원하지 않는다. 따라서 FPGA를 이용하면 독보적인 병렬 인터페이스와 PCIe 사이의 브릿징이 가능하다. 또한 PCI Express 표준을 추가하는 형태로 기능을 발전시켜 나가고 있기 때문에 광범위한 시장기반이 창출되기 전까지는 ASIC/ ASSP로 구현하지는 않을 것이다. 지난 2006년 9월 인텔 개발자 포럼에서 인텔과 IBM이 발표한 최신 󰡐Geneseo󰡑 아키텍처가 적절한 사례가 될 것이다. 자일링스도 두 기업이 제안한 이러한 형태에 행보를 같이 하고 있으며, 이는 새롭게 부상하고 있는 애플리케이션에서 PCIe 아키텍처를 확장시키는데 기여할 것이다.

저전력 및 공간 절감: 고성능을 필요로 하지만 보다 작은 폼 팩터 설계를 필요로 하는 애플리케이션은 버텍스-5 LXT 솔루션을 이용하면 된다.(그림 3) PCIe 엔드포인트 블록은 상당한 수준의 전력감소는 물론 비용절감까지 달성하면서 보다 작은 디바이스를 구현할 수 있다.
 

레거시 및 이종 표준과 PCIe 브릿징: PCI Express에 최적화된 새로운 폼 팩터로 레거시 애플리케이션을 이동할 경우 레거시 표준과 PCI Express 간의 브릿징 기능이 필요하다. 새로운 버텍스-5 LXT 플랫폼은 이러한 전환은 물론 다른 시리얼 표준과도 브릿징할 수 있도록 커스터마이제이션 및 로직 리소스를 제공한다.

확장 가능한 솔루션: PCI Express 프로토콜은 그대로 유지되지만 프로토콜 그 자체와 사용 모델은 빠르게 진화하고 있다. 버텍스-5 LXT PCIe 엔드포인트 블록으로 설계를 하게 되면, 동일한 버텍스-5 제품군 안에서 1, 4, 8 레인까지 링크 폭을 확장할 수 있다. 이를 통해 시스템과 장비의 향후 업그레이드 또한 가능하다. 또한 PCIe가 기본적으로 레거시 PCI 및 PCI-X 아키텍처와 호환이 가능하기 때문에 버텍스-5 LXT FPGA 기반 PCIe 솔루션으로 설계하고 확장함으로써 투자된 소프트웨어를 보호하고 인프라의 수명을 연장시킬 수 있다.

폼 팩터 지원: 버텍스-5 LXT RocketIO GTP 트랜시버는 경쟁사의 FPGA/ASSP 솔루션에 비해 상당한 전력 상의 장점을 제공한다. 이를 통해 설계자들은 새로운 시장에서도 버텍스-5 FPGA를 고려할 수 있을 것이다. 또한 확장 가능한 로직 용량으로 다른 솔루션을 위한 멀티플 폼 팩터를 지원하기 위해 65nm FPGA가 제공하는 고유의 장점을 활용할 수 있다. 예를 들어, 애드-인-카드 폼 팩터 데스크톱 솔루션은 비슷하거나 동일한 FPGA 리소스를 사용해 저전력 익스프레스 카드(Express Card) 폼 팩터로 확장 가능하다. 반대로, 버텍스-5 LXT FPGA에서 데스크탑 카드 폼 팩터 PCIe 솔루션은 ATCA, uTCA, 서버 I/O 모듈과 같은 고성능 폼 팩터 솔루션으로 전환할 수 있도록 쉽게 확장이 가능하다.

PCIe 엔드포인트 블록이 내장된 버텍스-5 LXT FPGA는 표 2에서 보는 것처럼 모든 폼 팩터 애플리케이션을 쉽게 설계할 수 있다. 그림 5와 6은 버텍스-5 LXT PCIe 엔드포인트 블록을 이용해 멀티플 소스 트래픽 및 PCI Express 프로토콜 브릿징을 통합한 애플리케이션을 개괄적으로 나타낸 것이다.

결론

PCIe 엔드포인트 블록과 RocketIO GTP 트랜시버를 통합하고 있는 버텍스-5 LXT 플랫폼은 완벽한 기능과 완전한 호환성을 제공하는 PCIe 솔루션을 구현함으로써 최상의 가치를 실현시켜 준다. 더 이상 IP 라이센스 비용을 지불할 필요가 없으며, 보다 적은 로직 리소스와 보다 낮은 전력으로 최상의 솔루션을 구현할 수 있다. 이제 여러분은 소프트 IP를 선택할 수 있고 50%의 전력소모에 불과한 보다 작은 FPGA 디바이스를 활용해 획기적인 가격절감 또한 달성할 수 있다.

하드 타입으로 통합된 블록은 쉽게 이용이 가능하기 때문에 설계시간을 단축할 수 있고 이미 보장된 기능을 통해 안정적인 시스템을 구현할 수 있다. 고속, 저전력 65nm FPGA 상에 집적된 뛰어난 PCIe 성능을 제공하는 버텍스-5 LXT 플랫폼은 가장 효과적인 PCIe 시스템을 개발할 수 있는 새로운 시대를 열어가고 있다.

자료제공: 월간 반도체네트워크 2007년 05월호>