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하이퍼트랜스포트의 기술적 특징(1)
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승인 2002.08.08  18:44:12
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하이퍼트랜스포트의 기술적 특징(1)

하이퍼트랜스포트의 사양

하이퍼트랜스포트의 기술적 사양은 다음과 같다.

기능

하이퍼트랜스포트 기술의 사양

버스 타입

2중의 단방향 버스, 포인트 투 포인트(point to point) 링크

버스 폭

2, 4, 8, 16, 32bit

프로토콜

패킷 기반이며, 모든 패킷의 최소크기는 32bit(4byte)이고 32bit의 배수의 크기를 가짐. 패킷 타입에는 Request, Response, Broadcast가 포함되어 있으며, 모두 명령어와 주소와 데이터를 포함

대역폭(각방향)

100~6,400MB/s (양향향 합계 200~12,800MB/s)

동작클럭

400MHz ~ 1.6GHz
초당 400/600/800/1000/1200/1600 회의 데이터 전송

듀플렉스

풀 듀플렉스 (양방향 동시전송 가능)

최대 패킷 길이(버스트 전송시)

64byte

전력관리

ACPI 지원

신호전송방식

1.2V 저전압 디퍼런셜 신호전송(LVDS), 디퍼런셜 임피던스 100Ω

멀티프로세서 지원여부

지원

동작환경

시스템 내부, 칩간 연결

메모리 모델

일치성(cohrent), 비일치성(noncoherent) 지원

하이퍼트랜스포트는 단방향 6.4GB/s, 양방향으로는 12.8GB/s의 대단히 큰 대역폭을 지원하는 고속의 버스이다. 현재 사용되고 있는 프로세서들 중 가장 넓은 대역폭을 사용한다는 533MHz FSB의 펜티엄4 프로세서조차도 4.3GB/s의 대역폭을 가지고 있다는 것을 생각해본다면, 하이퍼트랜스포트가 지원하는 양방향 12.8GB/s의 대역폭이 얼마나 큰 것인지 이해할 수 있을 것이다.

이제 각각의 특징들에 대해서 기술적인 면과 함께 검토해보자.

1. 시리얼 버스에 기반한 LVDS 데이터 전송

하이퍼트랜스포트는 기본적으로 시리얼 버스에 기반하고 있다. 시리얼 버스의 장점에 대해서는 앞에서도 누누히 언급한 바 있다. 기본적으로 저전압 디퍼런셜(Low Voltage Differential Signaling : LVDS) 기법을 사용하여 데이터를 전송한다. 또한 지금까지 사용되어 온 LVDS가 2.5V의 전압을 사용하고 있는 것에 반해, 이보다 더 낮은 1.2V의 전압을 사용한다.

LVDS의 특징과 높은 노이즈 면역성에 대해서는 앞서의 RDRAM 강좌와 시리얼 ATA 강좌에서 언급한 바 있다.

관련강좌 : RDRAM 강좌, 시리얼 ATA 강좌

LVDS가 제공하는 잇점은 단지 노이즈면역성의 증가에 그치지 않는다. 낮은 전압을 사용하기 때문에 EMI 발생이 줄어들며, 이는 근접한 회로에 주는 영향을 줄여줌과 동시에, 최근들어 더욱 엄격해지고 있는 전자파장해 검정에 보다 유리하게 작용한다.


1.2V의 LVDS를 사용한 하이퍼트랜스포트


기존의 버스구조
하이퍼트랜스포트에 비해서 컴포넌트가 늘어난다.

또한, 소모전력이 줄어든다. 기존의 2.5V LVDS보다 절반 이하의 전압을 사용하기 때문에 동일 클럭에서는 1/4 정도의 전력만을 사용한다. 즉, 클럭이 올라간다 하더라도 사용전력이 기존의 신호전송방식에 비해서 월등히 줄어드는 것이다. 3.3V를 사용하는 기존의 다른 I/O에 비하면 더욱 적다. 신호선의 종단에 위치하는 터미네이터를 칩 위에 집적시키는 것 역시 가능해진다. 기존의 다른 신호방식의 경우 높은 전압을 사용해서 칩 상에 터미네이터를 내장하는 것이 불가능했으며, 그 결과 보드 상에 일정공간의 면적을 차지한다. 그러나 하이퍼트랜스포트의 LVDS는 터미네이터를 칩상에 집적할 수 있으며, 그래서 보드 상에 장착되어야 하는 전원부의 컴포넌트 수가 상당수 줄어든다. 컴포넌트 수의 감소는 원가절감이라는 득을 주기도 하지만, 보드의 설계를 단순하게 한다는 잇점 역시 제공한다.

그래서 하이퍼트랜스포트는 기존의 고속 버스들과는 다르게, 4층기판에도 무난히 적용이 가능하다. 이로써 제조공정의 단축과 원가의 절감을 이룰 수 있다. 또한 시리얼 전송방식과 LVDS의 적용으로 인해서 매우 안정적인 데이터 신뢰도를 얻을 수 있으며, 또한 전체 회로의 길이를 800MHz 동작에서 최대 24"까지 늘일 수 있게 되었다. 대개의 ATX 메인보드가 9" × 12"의 크기임을 감안하면, 24"라는 길이는 서버용의 확장 ATX(Extended ATX) 메인보드에서도 대각선으로 지르고도 남는 길이이다.

다만, 여기서 한가지 의구심을 가질 수 있는 부분이 있다. 시리얼 전송방식이라고는 하지만, 16bit, 32bit까지 확장되는 버스 폭 때문에 병렬전송과 마찬가지의 문제가 발생할 여지가 있지 않겠는가이다. 그래서 하이퍼트랜스포트는 데이터 핀 중간중간에 클럭 및 제어신호 핀을 포함하고 있다. 이들을 통해서 전체적인 신호의 타이밍을 유지하는 것이다. 이 때문에 사용되는 핀의 수는 약간 늘어나서 다음과 같다.

버스 폭(단방향, bit)

2

4

8

16

32

데이터 핀(양방향 전체)

8

16

32

64

128

클럭 핀(양방향 전체)

4

4

4

8

16

제어신호 핀(양방향 전체)

4

4

4

4

4

소계

16

24

40

76

148

VHT

2

2

3

6

10

GND

4

6

10

19

37

PWROK

1

 

1

1

1

RESET#

1

1

1

1

1

총계

24

34

55

103

197

이러한 특징으로 인해서 하이퍼트랜스포트는 하나의 핀에서 1.6Gbit/s의 데이터 전송이 가능해진다. 그래서 하이퍼트랜스포트는 최소 200MB/s, 최대 12.8GB/s의 매우 높은 성능을 지니게 되는 것이다. 버스 폭 별, 그리고 동작 클럭별로의 단방향 데이터 전송속도는 다음과 같다.

 

2bit

4bit

8bit

16bit

32bit

400MHz

100MB/s

200MB/s

400MB/s

800MB/s

1.6GB/s

600MHz

150MB/s

300MB/s

600MB/s

1.2GB/s

2.4GB/s

800MHz

200MB/s

400MB/s

800MB/s

1.6GB/s

3.2GB/s

1GHz

250MB/s

500MB/s

1.0GB/s

2.0GB/s

4.0GB/s

1.2GHz

300MB/s

600MB/s

1.2GB/s

2.4GB/s

4.8GB/s

1.6GHz

400MB/s

800MB/s

1.6GB/s

3.2GB/s

6.4GB/s

이것은 단방향으로의 데이터 전송속도라는 것을 상기해야 한다. 하이퍼트랜스포트의 또다른 특징중 하나는 보내는 신호와 받는 신호의 신호선이 분리되어 있다는 것이다. 즉, 2개의 버스가 존재가 한 쌍을 구성하며, 한쪽은 데이터를 보내기만 하고 한쪽은 데이터를 받아들이기만 한다. 이것은 시리얼 ATA에서 보았던 구조와 일견 유사하다. 그러나 시리얼 ATA에서는 한쪽에서 데이터를 전송하는 동안 다른 쪽에서는 데이터전송이 이루어지지 못하던 것에 반해서 하이퍼트랜스포트는 양방향으로 서로 다른 데이터가 전송될 수 있다는 특징을 갖는다.

이는 다수의 I/O에 연결되는 하이퍼트랜스포트의 특성에서, 지연시간을 최소화할 수 있다는 장점으로 이어진다.

결국, 양방향으로의 최대 데이터 전송속도는 12.8GB/s에 달하며, 이것은 현존하는 모든 인터페이스를 충분히 소화해낼 수 있는 방대한 대역폭이다. 뿐만 아니라 버스 폭과 동작 클럭의 선택에 따라서 200MB/s에서 12.8GB/s에 이르는 다양한 대역폭의 구성이 가능하다. 하이퍼트랜스포트를 여러 방면의 제조사들에서 지지하고 있는 이유가 바로 여기에 있다. 선택할 수 있는 대역폭의 종류가 많기 때문에 어디에도 적용될 수 있으며, 동시에 다양한 기기를 하나의 버스로 통일함으로써 전체적인 구조를 단순화하고 프로토콜의 전달과정에서의 지연시간을 최소화할 수 있다.

2. 포인트 투 포인트 토폴로지상에서 다양한 변형이 가해진다.

하이퍼트랜스포트는 기본적으로 시리얼 인터페이스이며, 포인트 투 포인트의 토폴로지를 갖는다. 가장 기본적인 형태는 두개의 디바이스가 서로간을 하이퍼트랜스포트로 연결한 상태라는 것이다. 그러나, 이러한 단순한 구조만으로는 시스템 내부의 브릿지 구조를 소화할 수 없다. 그래서 하이퍼트랜스포트를 구성하는 컴포넌트는 케이브(단일 링크 디바이스), 터널, 터널을 갖춘 브릿지, 터널이 없는 브릿지의 4가지 기본형태를 갖는다.

케이브(싱글 링크)는 가장 단순한 구조이다. 케이브 타입 2개가 맞물이면 바로 하나의 P2P 토폴로지가 완성된다. 다른 세가지는 이러한 기본 토폴로지상에서 다양한 브릿지구조로 확장하는데에 필요한 것들이다. 터널은 하이퍼트랜스포트 버스 상에서 다른 종류의 버스(AGP 등)로 이어지는 브릿지에 사용된다. 전체적인 하이퍼트랜스포트 채널을 그대로 유지하면서 중간에서 데이터의 이동경로를 만드는 것이다.

터널을 갖춘 브릿지는, 하이퍼트랜스포트 버스를 유지하면서 또하나의 하이퍼트랜스포트 버스를 추가하는데에 사용된다. 주로 하나의 버스상에서 그보다 느린 속도의 버스를 추가하기 위해 사용된다. 터널이 없는 브릿지는 상위 하이퍼트랜스포트 버스를 종결하면서 그 이후로 다른 속도의 하이퍼트랜스포트로 이어준다.

이러한 토폴로지 구성요소들을 사용하여 하이퍼트랜스포트로 이루어진 시스템 토폴로지를 구성하면 다음과 같은 사례가 만들어질 수 있다.

이러한 하이퍼트랜스포트 토폴로지는 '칩셋간 연결'이라는 것을 전제하고 있으므로, 단지 위와 같은 구조뿐만이 아니라, CPU끼리의 연결 역시 하이퍼트랜스포트로 가능해진다. 이에 대해서는 캐시 일치성과 함께 뒤에서 다시 언급될 것이다. 다양한 기본 구조를 적용해서 하이퍼트랜스포트의 토폴로지는 더욱 다양하게 확장될 수 있다.

이것은 하이퍼트랜스포트의 기본 목적인 탁월한 확장성(scalability)을 보장해주며, 앞으로 등장할 새로운 종류의 인터페이스에도 즉각적으로 대응할 수 있도록 한다. 또한 앞서 언급했던 다양한 데이터 전송 대역폭과 함께 하이퍼트랜스포트가 시스템 뿐만이 아니라 정보통신, 네트웍 등의 거의 모든 영역에 걸쳐서 사용될 수 있는 근거를 제시한다.

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