Intel Xeon CPU 및 PCI Express Gen 3 기술로 테스트 및 측정 시스템의 성능 극대화

개요

본 문서에서는 Intel Xeon 8 코어 프로세서로 구동하는 업계 최초의 PXI Express 임베디드 컨트롤러 및 PCI Express Gen 3 기술 및 높은 대역폭을 갖춘 업계 최초의 하이브리드 PXI 섀시에 대해 설명합니다. 본 섀시와 컨트롤러를 통합함으로써 기존의 고성능 PXI 플랫폼에 비해 최고 2배의 처리 능력과 시스템 대역폭을 구현할 수 있습니다. 뿐만 아니라 지속적으로 변화하는 요구사항을 충족할 수 있는 모듈형이라는 특징까지 더하면 모든 테스트 및 측정 시스템에 적합한 완벽한 PXI 솔루션을 완성할 수 있습니다.

PXI에 대해 자세히 알아보고 싶으십니까? e-키트를 다운로드하여 자동화 테스트에 적합한 업계 최고의 PC 기반 모듈형 플랫폼에 대해 자세히 확인하십시오.

목차

  1. NI PXIe-8880 Intel Xeon 기반 임베디드 컨트롤러
  2. NI PXIe-1085 24 GB/s 섀시
  3. NI PXIe-8830mc 코프로세서 모듈
  4. 주요 어플리케이션 영역
  5. 자세히 알아보기


그림 1. NI PXIe-1085 24 GB/s 섀시: NI PXIe-8880 Intel Xeon 기반
임베디드 컨트롤러 및 다양한 모듈형 계측기를 탑재

위로

NI PXIe-8880 Intel Xeon 기반 임베디드 컨트롤러

NI는 Intel과의 공조를 통해 서버 등급의 성능을 자랑하는 Intel Xeon 프로세서를 테스트 및 측정 시장에 선보였습니다. NI PXIe-8880 임베디드 컨트롤러에는 8개의 코어와 최고 24 GB의 DDR4 메모리가 탑재되어 있으며, PCI Express Gen 3의 24개 레인이 백플레인에 연결되어 있습니다. 따라서 엔지니어 및 과학자들은 이전 세대의 컨트롤러와 비교하여 최대 2배의 처리 성능과 대역폭을 활용할 수 있게 되었습니다.

컨트롤러 기술 요약

  • Intel Xeon E5-2618L v3 프로세서
  • 2.3 GHz (베이스) 및 3.4 GHz (터보 부스트)
  • 8개의 물리적 코어 및 16개의 로직 CPU 코어
  • 8 GB DDR4 1866 MHz RAM (표준); 최고 24 GB
  • 최고 24 GB/s 시스템 대역폭 (각 방향)
  • 240 GB, 1.8 인치 SSD 하드 드라이브
  • 2 USB 3.0, 4 USB 2.0, 1 Display Port v1.2
  • 2 Gigabit Ethernet, GPIB, SMB 트리거
  • Windows 7 64 비트 또는 LabVIEW Real-Time OS

NI PXIe-8880 모델 페이지의 리소스 탭을 클릭하여 사용자 상세 매뉴얼 및 스펙 확인


그림 2. (좌측) Intel Xeon 프로세서와 RAM을 탑재한 NI PXIe-8880 임베디드 컨트롤러를 분해한 이미지
(우측) 주변장치가 있는 NI PXIe-8880 임베디드 컨트롤러의 전면 이미지

성능 벤치마크

새로운 NI PXIe-8880 컨트롤러의 진정한 가치를 이해하려면 CPU 처리 성능을 확인해야 합니다. 대부분의 테스트 및 측정 시스템은 연산 집약적인 어플리케이션에 사용되므로, 프로세서의 성능에 집중하여 CPU 벤치마크를 수행했습니다. 차트 1을 살펴보면 8 코어 Intel Xeon E5-2618L v3 프로세서를 탑재한 NI PXIe-8880이 이전 세대의 PXIe-8135 쿼드 코어 Intel Core i7-3610QE 보다 CPU 성능이 76퍼센트 우수한 것으로 나타났습니다.


차트 1. NI PXIe-8880은 이전 세대 NI PXIe-8135보다 CPU 성능이 76퍼센트
우수한 것으로 나타났습니다.

또한, NI PXIe-8880이 테스트 및 측정 소프트웨어(예, LabVIEW 그래픽 기반 시스템 디자인 소프트웨어)와 함께 사용되면 어떤 성능을 구현하는지 주목해야 합니다. 테스트 및 측정 시 일반적으로 사용되는 프로세서 집약적인 측정은 빠른 푸리에 변환(FFT)입니다. 하단의 차트 2에서 살펴보면 새로운 NI PXIe-8880은 이전 세대의 NI PXIe-8135 쿼드 코어 Intel Core i7-3610QE 프로세서와 비교하여 91퍼센트 더 많은 FFT를 수행하였습니다. 여기서 주목할 점은 LabVIEW는 원래 멀티스레드 어플리케이션 소프트웨어이기 때문에, PXIe-8880 임베디드 컨트롤러의 Intel Xeon 프로세서의 8개 코어를 최대한 활용한다는 사실입니다.



차트 2. NI PXIe-8880은 이전 세대인 NI PXIe-8135 임베디드 컨트롤러와 비교하여
91퍼센트 더 많은 LabVIEW FFT를 연산합니다.

“최신 Intel Xeon 프로세서의 채택은 Intel/NI 협력 관계의 새로운 전기가 되었습니다. 사물 인터넷의 시장 출시 시간을 단축하고 테스트 비용을 절감하기 위해서는 프로세싱 성능을 극대화해야 하며, PXI에 대한 Ni의 접근 방식은 높은 성능을 구현하기 위해 매우 중요합니다.”

- Shahram Mehraban
Intel 산업용 사물 인터넷 (IoT) 시장 개발 부문
디렉터

위로

NI PXIe-1085 24 GB/s 섀시

1997년 PXI 표준이 처음 발표된 이래로 NI는 고객 어플리케이션의 I/O 포인트 및 성능을 충족하기 위한 다양한 고성능 섀시의 포트폴리오를 지속적으로 제공함으로써 혁신의 발판을 공고히 하는 데 큰 역할을 했습니다. 최신 섀시 출시를 통해 NI는 PCI Express Gen 3 기술에 기반한 최초의 PXI 섀시를 제공함으로써 이전 세대 섀시와 비교하여 2배의 슬롯 개수 및 시스템 대역폭을 제공합니다.

섀시 기술 요약

  • PCI Express Gen 3 기술을 탑재한 PXI Express
  • 16개 하이브리드 슬롯, 1개 PXI Express 시스템 타이밍 슬롯, 1개 시스템 슬롯
  • 최고 24 GB/s 시스템 대역폭 (각 방향)
  • 최고 8 GB/s 슬롯 대역폭 (각 방향)
  • 탈부착 가능한 파워 셔틀; 총 925 W 시스템 전력
  • 슬롯당 38.25 W 전력 및 냉각
  • 선택 가능한 랙 장착 키트

NI PXIe-1085 24 GB/s 모델 페이지의 리소스 탭을 클릭하여 사용자 상세 매뉴얼 및 스펙 확인



그림 3. NI PXIe-1085 24 GB/s 섀시 전면 모습

PXI Express 스펙

지난 몇십 년간 고객 어플리케이션이 갈수록 복잡해지고 보다 높은 처리량 및 대역폭이 요구됨에 따라 PXI 스펙은 이러한 요구를 충족하기 위해 변화를 거듭하였습니다. PXI는 원래 PCI 기술에 기반하였으며 132 MB/s의 데이터 대역폭을 제공했습니다. 그 후 PXI 스펙은 PCI Express 기술을 활용함으로써 PXI Express로 변모하였습니다. 즉, 레인이라고 불리는 송수신 연결쌍을 통해 시리얼 방식으로 데이터를 보냄으로써 데이터는 PCI Express Gen 1 기술 사용시 방향별로 250 MB/s로 데이터를 전송하게 됩니다. 여러 레인이 결합되어 x4, x8 및 x16 링크를 형성하여 대역폭을 늘립니다.

그 후 대역폭은 PCI Express Gen 2 기술을 통해 레인당 500 MB/s로 증대되었습니다. PCI Express Gen 3 기술에 기반한 업계 최초의 섀시인 PXIe-1085 24 GB/s 섀시가 출시됨에 따라, 레인 대역폭이 레인당 1 GB/s로 두 배로 늘었으며 24개의 데이터 레인(x24)을 통해 방향별로 총 24 GB/s 데이터가 컨트롤러에서 PXI Express 백플레인으로 전송됩니다. (차트 3 참조)

이 때, 앞서 설명한 시스템 대역폭은 시스템 컨트롤러와 섀시 간 전송되는 데이터 양만을 처리할 수 있다는 사실을 명심해야 합니다. 주변 모듈 사이에 피어 투 피어(P2P) 통신을 활용하면 섀시에서 전송되는 데이터의 총량을 대폭 늘릴 수 있습니다. 한 예로, 시스템 컨트롤러로 8 GB/s로 스트리밍하는 세 개의 주변 모듈과 8GB/s로 P2P 통신을 활용하는 7쌍의 모듈의 경우, 이론상의 총 시스템 대역폭은 한 방향으로 80 GB/s, 양방향으로 160 GB/s이 됩니다. 그러나 실제의 시스템 대역폭은 여러 요인 (메모리 대역폭, PCIe 패킷 크기 및 오버헤드, 한방향/양방향 트래픽 등)에 따라 달라집니다.

차트 3. 24개의 데이터 레인(x24)에 기반한
PXI 및 PXI Express 각 제품의 시스템 대역폭

모든 하이브리드 슬롯

섀시 통신 기술이 최신 PC 기술을 적용하여 발전함에 따라, PXI 주변 모듈은 PXI에서 PXI Express로 변모하여 PCI Express 통신 버스의 기능을 활용하게 됩니다. PXI 모듈과 PXI Express 모듈 간의 상호 연동을 보장하기 위해 PXI 스펙에 하이브리드 슬롯이 추가되었습니다. 본 하이브리드 슬롯을 사용하면, 하이브리드 연동 가능한 PXI 또는 PXI Express 주변 모듈을 PXI 섀시에 삽입하여 사용할 수 있고 하이브리드 연동 PXI 모듈에 대한 기존의 투자를 활용할 수 있습니다. 12 GB/s NI PXIe-1085 새시와 마찬가지로 24 GB/s 섀시에는 18 슬롯(1개의 시스템 컨트롤러 + 17개 주변 슬롯)과 16개의 하이브리드 슬롯이 있습니다.

PXI 백플레인 기술

기존 계측 플랫폼과 비교하여 PXI 플랫폼을 사용하는 주요 장점은 일반적으로는 외부 케이블인 트리거링, 전력, 참조 클럭 및 데이터 버스를 PXI 섀시 백플레인에 통합할 수 있다는 점입니다. PCI Express Gen 3 기술에 기반한 NI PXIe-1085 24 GB/s 섀시에서 주목할만한 특징은 그림 4에서 볼 수 있듯이 두 개의 Gen 3 스위치를 실행했다는 점입니다. 본 스위치는 모듈 간, 또는 모듈과 컨트롤러 간 정보 라우팅을 담당합니다.



그림 4. NI PXIe-1085 24 GB/s 섀시 후면-
PCI Express Gen 3 스위치를 확인하기 위해 파워 셔틀을 제거한 모습

위로

NI PXIe-8830mc 코프로세서 모듈

PXI 플랫폼의 최신 스펙은 PXI MultiComputing (PXImc) 스펙입니다. 즉, 두 개 또는 그 이상의 지능형 시스템이 PCI Express를 통해 데이터를 교환할 수 있도록 하는 스펙입니다. 과거에는 NI PXIe-8383 주변 슬롯을 사용하여 원격 프로세서(예, 워크스테이션 컴퓨터)에 물리적으로 연결할 수 있었습니다. 하지만, 임베디드 코프로세서 모듈인 새로운 NI PXIe-8830mc를 모든 종류의 PXI Express 주변 슬롯에 직접 설치하면, 프로세싱 기능을 신속히 추가할 수 있습니다. 예를 들어, 18슬롯 섀시에서 NI PXIe-8880과 8개의 NI PXIe-8830mc 코프로세서 모듈과 결합하면 총 40개의 코어를 사용할 수 있습니다.

코프로세서 모듈 요약

  • Intel Core i7-4700EQ 프로세서
  • 4개의 코어 및 8개의 논리 코어
  • 2 USB 2.0, 1 Gigabit Ethernet LAN 포트
  • 4 GB (1 x 4 GB DIMM) 단일 채널 1600 MHz DDR3 RAM
  • 데이터 전송(한 방향)을 위한 최고 4GB/s 이론상 (실제 2.7 GB/s) 대역폭
  • 코프로세서 모듈과 CPU 간 총 5 μs (SW+HW

PXIe-8830mc 모델 페이지의 리소스 탭을 클릭하여 사용자 상세 매뉴얼과 스펙 확인



그림 5. 고대역폭, 신호 처리용 RF 계측기를 탑재한 PXI 시스템. 슬롯 6과 7에 NI PXIe-8830mc 코프로세서 모듈이 탑재되어 4개의 처리 코어가 추가됨.

“지난 20여년 동안 자동화 테스트에 사용되는 계측기가 박스형 계측기에서 PXI 플랫폼으로 전환되는 경향이 두드러졌습니다. 뿐만 아니라 최근 Intel Xeon 프로세서가 PXI에 탑재됨에 따라, PXI 플랫폼은 고성능 어플리케이션에 보다 활발히 채택될 것으로 전망합니다.”

- Jessy Cavazos
Frost & Sullivan 측정 및 계측
전문 매니저

위로

주요 어플리케이션 영역

하단의 주요 어플리케이션 영역 이외에도, 새로운 섀시 및 컨트롤러는 모든 종류의 연산 집약적 또는 고대역폭 테스트 및 측정 어플리케이션에 적합하며, 고성능을 유지하면서 향후 확장이 필요한 어플리케이션에도 적격입니다.

무선 테스트

1978년에 AMPS 프로토콜이 실행된 이래로 무선 통신 프로토콜은 데이터 전송을 위해 보다 높은 대역폭이 필요하게 되었습니다. 다시 말해, 디바이스에 실행된 프로토콜을 검증하기 위한 테스트 시스템은 반드시 대규모 데이터 세트를 수집, 분석, 표현할 수 있어야 합니다. 테스트 시스템의 평균 수명이 5년-7년인 것을 감안할 때, 무선 테스트 엔지니어들이 모듈형 방식을 채택하게 되면 새로운 프로토콜이 도입될 때마다 소프트웨어와 하드웨어를 업데이트하기 위한 리툴링(retooling) 비용을 최소화할 수 있습니다.

반도체 테스트

NI 반도체 테스트 시스템(STS)과 같은 반도체용 테스트 시스템은 대규모 데이터 세트를 소비하지는 않지만, 테스트 스루풋을 높이기 위해 여러 세트의 데이터를 병렬로 사용해야 합니다. 이러한 멀티사이트 테스트 스루풋에 가장 중요한 요소는 테스트 시스템의 병렬 테스트 효율성(PTE)인데, 이 값은 주로 고정된 값입니다. 하지만, NI STS와 같은 모듈형 방식을 사용하면 8 코어 Intel Xeon 프로세서와 강력한 테스트 관리 소프트웨어(NI TestStand 등)를 추가할 수 있어 손쉽게 PTE를 늘릴 수 있고 따라서 반도체 테스트의 생산 스루풋을 높일 수 있습니다.

5G 프로토타이핑

5세대 (5G) 셀룰러 시스템의 프로토타입을 제작하기 위해서는 강력한 성능의 신호 처리, 긴밀한 동기화, 제어 기능 및 초당 멀티기가비트 데이터 속도를 얻을 수 있는 I/O 개수가 필요합니다. LabVIEW Communications System Design Suite와 같은 강력한 소프트웨어와 함께, NI PXIe-8880 컨트롤러와 NI PXIe-1085 24 GB/s 섀시가 제공하는 멀티코어 처리 및 높은 대역폭을 활용하면 모든 프로토타이핑에 이상적인 플랫폼이 완성됩니다.

NI PXI를 기반으로 미래에도 사용 가능한 테스트 및 측정 시스템 구축

지난 20여년 동안 우리가 예측한 것보다 훨씬 많은 기술 혁신이 이루어졌습니다. 1G에서 2G 셀룰러 통신으로 전환되는 데에는 약 18년이 걸렸지만 3G에서 LTE로의 전환에는 6년도 채 걸리지 않았습니다. 아날로그-디지털 컨버터의 속도는 수 백 MS/s에서 수 십 GS/s로 높아졌습니다. 사물 인터넷(Internet of Things; 모든 "사물"에 대한 인지, 연산 및 통신이 가능하다는 개념)의 경우 지속적으로 도입된다면 그 영향은 실제로 어마어마할 것입니다.

그러나 혁신을 이루기 위해서는 여러 조건이 따릅니다. 설계 환경 하에서 "제대로 작동"하는 것에 그치지 않고 사용자가 제품 사용을 시작했을 때 "제대로 작동"하게 하려면 여러 단계의 테스트와 측정이 필요하며, 매년 높은 대역폭과 처리량이 요구되고 있는 실정입니다. 제품의 품질을 어느 정도 포기하는 것은 바람직하지 않지만, 매년 신제품을 출시하면서 하드웨어와 소프트웨어를 추가할 때 막대한 시간과 비용을 소비하는 것 역시 결코 좋다고 볼 수 없습니다. 제품 혁신의 미래를 예측하기란 불가능하지만 유연성과 확장성을 겸비한 아키텍처를 선택하는 일은 가능합니다. 변화하는 요구를 충족할 수 있는 모듈형의 NI PXIe-8880 임베디드 컨트롤러, NI PXIe-1085 24 GB/s 섀시 및 다양한 모듈형 계측기를 갖춘 NI PXI 플랫폼은 모든 테스트 및 측정 어플리케이션에 적합한 완벽한 선택입니다.

위로