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

^{그림 1: PXIe-1085 24GB/s 섀시 (PXIe-8880 Intel Xeon 기반 임베디드 컨트롤러 및 다양한 모듈형 계측기 탑재)}

NI는 Intel과 협력하여 Intel Xeon 프로세서의 서버급 성능을 테스트 및 측정 시장에 제공했습니다. PXIe-8880 임베디드 컨트롤러는 8개의 코어, 최대 24GB의 DDR4 메모리, 24개 레인의 PCI Express Gen 3 백플레인 연결을 제공합니다. 이를 통해 엔지니어와 과학자들은 이전 세대 컨트롤러에 비해 처리 능력과 대역폭을 최대 2배까지 높일 수 있습니다.

컨트롤러 기술 개요

• Intel Xeon E5-2618L v3 프로세서
• 2.3GHz (기본) 및 3.4GHz (터보 부스트)
• 8개의 물리적 CPU 코어와 16개의 논리적 CPU 코어
• 8GB DDR4 1866MHz RAM (표준), 최대 24GB
• 최대 24GB/s의 시스템 대역폭 (각 방향)
• 240GB, 1.8인치 SSD 하드 드라이브
• USB 3.0 2개, USB 2.0 4개, 디스플레이 포트 v1.2 1개
• 기가비트 이더넷 2개, GPIB 1개, SMB 트리거
• Windows 7 64비트 또는 LabVIEW Real-Time OS

^{그림 2: (좌) Intel Xeon 프로세서가 노출되고 2-8GB RAM 업그레이드가 적용된 PXIe-8880 임베디드 컨트롤러 분해도. (우) 주변기기가 장착된 PXIe-8880 임베디드 컨트롤러의 전면도}

성능 벤치마크

새로운 PXIe-8880 컨트롤러의 가치를 이해하려면 CPU의 성능을 이해해야 합니다. 대부분의 테스트 및 측정 시스템은 그래픽 처리보다는 계산 처리를 더 많이 요구하기 때문에 프로세서 중심의 CPU 벤치마크를 사용했습니다. 차트 1은 8코어 Intel Xeon E5-2618L v3 프로세서가 탑재된 새로운 PXIe-8880이 CPU Mark 벤치마크에서 이전 세대 PXIe-8135 쿼드 코어 Intel Core i7-3610QE 프로세서보다 76% 더 나은 성능을 발휘함을 보여줍니다.  

^{차트 1: PXIe-8880은 이전 세대 PXIe-8135 임베디드 컨트롤러와 비교하여 76%의 CPU Mark  성능 향상을 보였습니다.}

또한 PXIe-8880을 LabVIEW 그래픽 시스템 설계 소프트웨어와 같은 테스트 및 측정 소프트웨어와 함께 사용할 때 성능이 어떤지도 확인해야 합니다. 테스트 및 측정에 일반적으로 사용되는 프로세서 집약적인 측정은 고속 푸리에 변환(FFT)입니다. 아래 차트 2에서, 새로운 PXIe-8880은 벤치마크 시간 동안 이전 세대 PXIe-8135 쿼드 코어 Intel Core i7-3610QE 프로세서보다 91% 더 많은 FFT를 계산할 수 있음을 알 수 있습니다. LabVIEW는 기본적으로 멀티스레딩을 제공하는 소프트웨어이므로 PXIe-8880 임베디드 컨트롤러의 Intel Xeon 프로세서의 8개 코어를 최대한 활용합니다.

^{차트 2: PXIe-8880은 이전 세대 PXIe-8135 임베디드 컨트롤러와 비교하여 LabVIEW FFT를 91% 더 많이 계산합니다.}

“최신 Intel Xeon 프로세서의 사용은 NI와의 협력에 있어 새로운 이정표입니다. 사물 인터넷은 시장 출시 시간을 단축하고 테스트 비용을 절감하기 위해 가능한 최고의 처리 능력을 필요로 하며, PXI에 대한 NI의 접근 방식은 이러한 목표를 달성하는 데 매우 중요합니다.” 

- 샤흐람 메흐라반(Shahram Mehraban)
산업용 IoT 시장 개발 부문 디렉터
Intel

NI는 PXIe-839x 원격 제어 제품군의 출시를 통해 데스크탑, 워크스테이션, 또는 서버에서의 호스트 제어에 대해 이전 솔루션보다 2배 이상의 대역폭을 제공합니다. PCIe-8398 호스트 인터페이스 카드는 16레인의 PCI Express Gen 3 연결을 통해 단일 포트 PXIe-8398 또는 듀얼 포트 PXIe-8399 원격 제어 모듈과 통신합니다. 모듈식 케이블 연결 및/또는 PXIe-8394 버스 확장 모듈을 사용하면 여러 데이지 체인 및 스타 토폴로지를 통해 높은 처리량의 시스템으로 확장할 수 있습니다.

PCI Express Gen 3 원격 제어 제품군 개요

• PXIe-8398 단일 포트 x16 원격 제어 모듈
• PXIe-8399 듀얼 포트 x16 원격 제어 모듈
• PCIe-8398 단일 포트 x16 호스트 인터페이스 카드
• PXIe-8394 x8 버스 확장 모듈

멀티섀시 토폴로지에 대한 추가 정보는 PXI 원격 제어 및 시스템 확장 제품 브로슈어를.

^{그림 3: PXIe-8398 원격 컨트롤 모듈과 PCIe-8398 호스트 인터페이스 카드는 함께 PXI Express 섀시를 호스트 PC에 연결합니다.}

1997년 PXI 표준이 도입된 이래, NI는 고객의 I/O 포인트 및 성능 요구사항을 충족하는 광범위한 고성능 섀시 포트폴리오를 지속적으로 제공함으로써 혁신의 기반을 구축하는 데 핵심적인 역할을 담당해 왔습니다. NI는 PCI Express Gen 3 기술을 기반으로 하는 최초의 PXI 섀시를 출시하여 엔지니어에게 이전 세대 섀시 2배의 슬롯과 시스템 대역폭을 제공합니다.

섀시 기술 개요

• PCI Express Gen 3 기술 기반 PXI Express
• 하이브리드 슬롯 16개, PXI Express 시스템 타이밍 슬롯 1개; 시스템 슬롯 1개
• 최대 24GB/s 시스템 대역폭 (각 방향)
• 최대 8GB/s 슬롯 대역폭 (각 방향)
• 착탈식 파워 셔틀, 925W 총 시스템 전력
• 38.25W의 전력 및 슬롯당 냉각 기능
• 랙 장착 키트 (옵션)

^{그림 4: 비어 있는 PXIe-1085 24GB/s 섀시의 전면.}

PXI Express 스펙

지난 수십 년 동안 고객 어플리케이션의 복잡성과 처리 성능 및 대역폭에 대한 요구가 증가함에 따라 PXI 스펙은 이러한 요구를 충족하도록 발전되었습니다. 초기에 PXI는 PCI 기술을 기반으로 하였고 132MB/s의 데이터 대역폭을 제공했습니다. 이후 이 사양은 레인이라고 하는 송수신 연결 쌍을 통해 데이터를 직렬로 보내는 PCI Express 기술을 활용하여 PXI Express로 발전했습니다. 이는 PCI Express Gen 1 기술에서 방향당 250MB/s의 속도를 제공했습니다. 여러 레인은 함께 x4, x8 및 x16 링크를 형성하여 대역폭을 증가시킵니다.

이후 PCI Express Gen 2 기술에서 레인당 500MB/s로 증가했습니다. PCI Express Gen 3 기술을 기반으로 하는 업계 최초의 섀시인 PXIe-1085 24GB/s 섀시의 출시와 함께, 레인 대역폭은 레인당 1GB/s로 두 배 증가했으며, 24개의 데이터 레인(x24)을 통해, 아래 차트 3과 같이 방향당 총 24GB/s의 데이터를 컨트롤러에서 PXI Express 백플레인으로 전송할 수 있습니다.

이전 단락에서 설명한 시스템 대역폭은 시스템 컨트롤러와 섀시 사이에서 전송할 수 있는 데이터의 양만 설명한다는 점에 유의해야 합니다. 주변 모듈 사이에서 P2P(Peer-to-Peer) 통신을 사용하는 경우, 섀시에서 전송할 수 있는 데이터의 총량은 극적으로 증가합니다. 예를 들어, 3개의 주변 모듈이 8GB/s의 속도로 시스템 컨트롤러로 스트리밍하고 8GB/s의 속도로 P2P를 활용하는 7쌍의 모듈이 있는 경우, 이론적으로 총 시스템 대역폭은 단일 방향에서 80GB/s, 양방향으로 160GB/s가 됩니다. 실제 시스템 대역폭은 메모리 대역폭, PCIe 패킷 크기 및 오버헤드, 트래픽이 단방향인지 양방향인지와 같은 여러 요인에 따라 달라집니다.

^{차트 3: 24개의 가용 데이터 레인(x24)을 기반으로 하는 각 세대 PXI 및 PXI Express의 시스템 대역폭}

모든 하이브리드 슬롯

최신 PC 기술을 통합하는 섀시 통신 버스의 발전과 함께, PXI 주변 모듈은 PCI Express 통신 버스 기능을 활용할 수 있도록 PXI에서 PXI Express로 발전했습니다. PXI와 PXI Express 모듈 간의 호환성을 보장하기 위해 PXI 스펙은 하이브리드 슬롯을 추가했습니다. 이 슬롯을 사용하면 하이브리드 호환 PXI 또는 PXI Express 주변 장치 모듈을 PXI 섀시에 삽입하고 하이브리드 호환 PXI 모듈에 대한 이전 투자를 활용할 수 있습니다. 이전 12GB/s PXIe-1085 섀시와 마찬가지로 24GB/s 모델은 16개의 하이브리드 슬롯이 있는 18슬롯 섀시(시스템 컨트롤러 1개 + 주변 장치 슬롯 17개)입니다.

PXI 백플레인 기술

기존 계측에 비해 PXI 플랫폼의 주요 이점은 일반적으로 외부 케이블이 필요한 트리거링, 전원, 참조 클럭 및 데이터 버스를 PXI 섀시 백플레인에 통합할 수 있다는 점입니다. PCI Express Gen 3 기술을 기반으로 하는 PXIe-1085 24GB/s 섀시의 경우, 그림 5와 같이 2개의 Gen 3 스위치를 구현한 것이 핵심 혁신입니다. 이 스위치들은 모듈에서 모듈로, 그리고 모듈과 컨트롤러 사이에서 정보의 라우팅을 처리합니다.

^{그림 5: PCI Express Gen 3 스위칭 기술을 확인할 수 있도록 파워 셔틀을 제거한 PXIe-1085 24GB/s 섀시의 후면.}

PXI 플랫폼에서 최근 개발된 PXI MultiComputing(PXImc) 스펙은 두 개 이상의 지능형 시스템이 PCI Express를 통해 데이터를 교환할 수 있도록 합니다. 과거에는 PXIe-8383 주변 장치 슬롯을 사용하여 워크스테이션 컴퓨터와 같은 원격 프로세서에 물리적으로 연결할 수 있었습니다. 새로운 PXIe-8830mc는 임베디드 코프로세싱 모듈로, 어떤 PXI Express 주변 슬롯에나 직접 설치하여 시스템에 프로세싱 성능을 빠르게 추가할 수 있습니다. 예를 들어, 18슬롯 섀시에서 PXIe-8880을 8개의 PXIe-8830mc 코프로세싱 모듈과 결합하여 총 40개의 물리적 코어를 얻을 수 있습니다.

코프로세싱 모듈 개요

• Intel Core i7-4700EQ 프로세서
• 4개의 물리적 코어와 8개의 논리적 코어
• USB 2.0 2개, 기가비트 이더넷 LAN 포트 1개
• 4GB (1 x 4GB DIMM) 단일 채널 1600MHz DDR3 RAM
• 최대 4GB/s의 이론상(2.7GB/s 실제) 대역폭 데이터 전송 (단방향)
• 코프로세싱 모듈과 메인 CPU 사이의 총 5μs (SW+ HW) 지연

^{그림 6: 고대역폭, 신호 처리용 RF 계측기를 탑재한 PXI 시스템. 슬롯 6과 7에 PXIe-8830mc 코프로세싱 모듈이 탑재되어 4개의 프로세싱 코어가 추가됨.}

“지난 20년 동안 우리는 기존의 계측에서 자동화 테스트를 위한 PXI 플랫폼으로의 점진적인 변화를 목격했습니다. Intel Xeon 프로세서 기술이 추가됨에 따라 고성능 분야에서의 PXI의 채택은 더 증가할 것으로 예상합니다.”

- 제시 카바조스(Jessy Cavazos)
산업 매니저, 측정 및 계측
Frost & Sullivan

아래의 주요 응용 분야 외에도 새로운 섀시 및 컨트롤러 솔루션은 연산 집약적이거나 고대역폭 테스트 및 측정 어플리케이션은 물론 성능 저하 없이 미래 확장이 필요한 모든 어플리케이션에 이상적입니다.

무선 테스트 

1978년 AMPS 프로토콜이 구현된 이후로, 무선 통신 프로토콜은 데이터 전송을 위해 계속해서 더 많은 대역폭을 요구해 왔습니다. 이는 디바이스에서 이러한 프로토콜의 구현을 검증하기 위해 구축된 테스트 시스템이 계측기로부터 많은 양의 데이터를 수집, 분석 및 제시할 수 있어야 함을 의미합니다. 테스트 시스템의 평균 수명이 5년에서 7년인 상황에서, 무선 테스트 엔지니어는 새로운 프로토콜이 구현될 때마다 소프트웨어와 하드웨어를 업데이트하기 위한 도구 교체 비용을 줄이기 위해 모듈식 접근 방식을 채택하고 있습니다.

반도체 테스트

NI STS(반도체 테스트 시스템)와 같은 반도체용 테스트 시스템은 많은 양의 데이터를 사용하지 않지만, 테스트 처리량, 즉 시간당 부품 수를 늘리기 위해서는 많은 데이터 세트를 병렬로 처리해야 합니다. 멀티 사이트 테스트 처리량에 가장 큰 기여를 하는 것은 테스트 시스템의 병렬 테스트 효율성(PTE)이며 일반적인 시스템에서는 고정적입니다. 그러나 NI STS와 같은 모듈식 접근 방식의 경우, 8코어 Intel Xeon 프로세서를 추가할 수 있는 기능과 TestStand 같은 강력한 멀티코어 테스트 관리 소프트웨어가 PTE를 증가시켜 반도체 테스트 엔지니어에게 생산 처리량을 증가시킬 수 있는 경제적인 접근 방식을 제공합니다.

5G 프로토타이핑

5세대(5G) 셀룰러 시스템의 프로토타이핑은 강력한 신호 처리, 긴밀한 동기화, 제어 기능, 초당 멀티 기가비트 데이터 속도를 달성할 수 있는 I/O 포인트를 필요로 합니다. LabVIEW Communications System Design Suite과 같은 강력한 소프트웨어와 함께, PXIe-8880 컨트롤러 및 PXIe-1085 24GB/s 섀시의 멀티 코어 프로세싱 및 고대역폭은 모든 프로토타이핑 플랫폼을 위한 이상적인 출발점을 제공합니다.

NI PXI의 기반 위에서 미래 지향적인 테스트 및 측정 시스템 구축하기

지난 20년은 우리가 예측할 수 있었던 것보다 더 많은 기술 혁신을 불러왔습니다. 1G에서 2G 셀룰러 통신으로 이동하는 데 대략 18년이 걸렸지만, LTE는 불과 6년 만에 3G를 대체했습니다. 우리는 아날로그-디지털 변환기가 수백 MS/s에서 수십 GS/s로 발전하는 것을 보았습니다. 그리고 모든 "사물"이 감지, 계산, 통신할 수 있도록 장려하는 사물 인터넷의 영향에 대한 예측은 채택률이 현재의 추세와 동일하게 유지된다면 모두 과소평가한 것이 될 것입니다.

그러나 혁신은 여러 영향을 미칩니다. 설계 환경에서 "작동"하는 것에서 사용자가 상자를 열었을 때 "작동"하는 것까지 가려면 여러 테스트 및 측정 단계가 필요하며, 대역폭과 처리 능력의 증가에 대한 요구도 매년 증가하고 있습니다. 제품의 품질을 희생하는 것은 바람직한 선택이 아니지만, 새 제품이 출시될 때마다 하드웨어와 소프트웨어를 추가하는 데 귀중한 시간과 비용을 투자하는 것도 바람직하지 않습니다. 제품 혁신의 미래를 예측하는 것은 불가능하지만 유연성과 확장성을 고려한 아키텍처를 선택하는 것은 가능합니다. 진화하는 요구 사항을 충족하는 모듈형 아키텍처, PXIe-8880 임베디드 컨트롤러, PXIe-1085 24GB/s 섀시의 조합, 업계 최대 규모의 모듈형 계측기 포트폴리오가 결합된 NI PXI는 모든 테스트 및 측정 어플리케이션을 위한 완벽한 솔루션입니다.

• PXIe-8880 임베디드 컨트롤러
• PXIe-839x 원격 제어 제품군
• PXIe-1085 24GB/s 섀시
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