데이터 센터용 커넥터 설계

인공지능(AI)은 지난 몇 년간 너무나 많은 관심을 받아, 현대 생활의 거의 모든 영역에서 AI나 머신러닝(ML)의 혜택을 받지 못하고 있습니다. 이러한 성장은 데이터 센터에 막대한 수요를 불러일으켰습니다. 그들의 아키텍처는 점점 증가하는 데이터 양에 대응하기 위해 변화했으며, 이를 지원하는 인프라도 데이터 센터 환경에서 신뢰할 수 있는 통신을 제공하기 위해 병행적으로 진화해 왔습니다.

따라서 데이터 센터는 진화하는 워크로드에 발맞추기 위해 고속, 저지연 연결 솔루션을 도입해야 합니다. 분할이라는 새로운 경향이 이 필요성을 더욱 중요하게 만들었습니다.

일반적인 아키텍처는 각 프로세서에 자체 메모리를 제공합니다. 이로 인해 지연 시간은 낮게 유지되지만 메모리 자원의 비효율적 사용이 발생합니다. 요구사항이 시간에 따라 달라지면서, 한 프로세서는 활동이 적은 기간이 있고 다른 프로세서는 과부하가 걸릴 수 있습니다. 그 결과 과부하된 모듈은 메모리 용량이 부족한 반면, 인접한 모듈은 여유 메모리를 가지고 있는 상황이 발생합니다.

분해는 각 프로세서의 메모리를 제거하여 더 효과적으로 사용할 수 있는 단일 자원을 생성합니다. 하지만 이러한 메모리와 프로세서의 물리적 분리는 고성능 연결성의 필요성을 강조합니다.

데이터 센터를 위한 PCIe 설계 고려사항

최신 데이터 센터 아키텍처의 연결성을 선택할 때, 엔지니어들은 AI 혁명의 현재와 미래 요구를 지원할 수 있는 구성 요소를 선택해야 합니다. 하지만 이것이 커넥터 선택에 영향을 미치는 유일한 고려사항은 아닙니다. 엔지니어는 커넥터가 필요한 데이터 처리량을 감당할 수 있고, 장기 사용에도 내구성이 있으며, 간단한 업그레이드를 위한 기존 시스템과의 호환성을 보장해야 합니다. 주변 구성 요소 인터커넥트 익스프레스(PCIe)^®)는 최신 AI 애플리케이션을 구동하는 데이터 센터 내 고속 내부 데이터 전송을 위한 핵심 상호 연결입니다.

운영자들이 또 한 가지 중요한 관심사는 열 관리입니다. 컴퓨팅 파워 수요가 증가함에 따라 일부 랙은 최대 100kW까지 소모하고 있습니다. 이 전력 증가는 장비에서 발생하는 열도 비슷하게 증가시킵니다. 데이터 센터를 냉각하는 데 필요한 노력은 전체 운영 비용의 최대 40%를 차지할 수 있습니다.^[1]미국 난방냉방 및 냉방 엔지니어 협회(ASHRAE) 지침에 따르면, 데이터 센터의 권장 주변 온도는 64.4°F에서 80.6°F(18°C에서 27°C) 사이입니다.^[2]에너지 비용이 상승함에 따라 많은 운영자들이 이제 그 범위의 고가에서 운영하고 있습니다.

커넥터는 열 관리에서 큰 역할을 합니다. 현대 인쇄회로기판(PCB)에서 가장 큰 부품 중 하나로서, 크기와 위치는 공기 흐름에 영향을 미치고 시스템의 냉각 유지에 직접적인 영향을 미칠 수 있습니다.

온도가 커넥터 성능에 미치는 영향을 이해하는 것도 중요합니다. 활성 부품의 높은 밀도나 고르지 않은 냉각은 핫스팟을 만들 수 있습니다. 커넥터는 안전뿐만 아니라 커넥터 자체의 효율성을 유지하기 위해 높은 온도에 영향을 받지 않아야 합니다. 고온에서는 커넥터를 통과하는 전류를 줄여 추가 열이 발생하지 않도록 해야 합니다.

이는 설계자들이 기존 인프라와의 호환성을 균형 있게 유지하여 시스템의 성능을 극대화하고 사용 중인 시스템의 냉각 필요성을 균형 있게 유지해야 함을 의미합니다. 커넥터는 이러한 고려사항에 필수적입니다.

차세대 PCIe 커넥터

현대 엔지니어를 돕기 위해 Amphenol FCI는 PCI Express Gen 5 Flip CEM 카드 엣지 커넥터를 출시했습니다. 표준 PCIe 인터페이스를 사용하여 이미 운용 중인 이전 세대의 장비 배열과의 호환성을 보장합니다 (그림 1).^[3]하지만 Gen 5 커넥터의 설계 특징은 최신 데이터 센터 애플리케이션에 중요한 장점을 제공합니다.

그림 1:Amphenol FCI PCI Express Gen 5 Flip CEM 카드 엣지 커넥터는 기존 장비와 호환되며 PCB 차단 구역에서 최대 19.5%의 공간을 절약할 수 있습니다. (출처: Mouser Electronics)

전통적인 PCIe 커넥터는 두 줄의 접점이 서로 180° 방향으로 배열되어 있어 PCB 크기가 커넥터 본체보다 큽니다. 반면, Amphenol Flip CEM 설계는 두 접점 행을 같은 방향으로 정렬하여 PCB 사용량을 최대 19.5%까지 줄입니다. 그 결과 PCB 가장자리 가까이에 배치해야 하는 용도에 이상적인 커넥터가 탄생했습니다.

Amphenol Gen 5 PCIe 커넥터는 기존 장비와 호환되며 최대 32GT/s까지 완전한 Gen 5 기능을 제공합니다. 견고한 설계는 현재 데이터 센터의 요구를 지원하며, 기술이 계속 발전함에 따라 명확한 업그레이드 경로를 제공합니다.

결론

AI 혁명은 더 많은 데이터에 대한 수요를 촉진하고 있습니다. 데이터 센터 아키텍처는 오늘날의 요구를 충족할 뿐만 아니라 미래의 요구를 수용할 만큼 견고하고 유연하도록 진화하고 있습니다.

Amphenol은 PCIe 인터페이스 개선에 다년간 전문성을 쌓았으며, 진화하는 데이터 센터 요구를 지원하면서도 기존 장비와의 호환성을 유지하기 위해 Gen 5 Flip 커넥터를 개발했습니다.

저자

데이비드 파이크

출처

[1]https://restservice.epri.com/publicdownload/000000003002028905/0/Product
[2]https://www.ashrae.org//File%20Library/Technical%20Resources/Bookstore/ASHRAE_TC0909_Power_White_Paper_22_June_2016_REVISED.pdf
[3]https://www.mouser.com/new/amphenol/amphenol-pcie-cem-card-edge-connectors/