Los conjuntos extensores PCI Express plegables agilizan las conexiones en la informática de alto rendimiento

El ancho de banda y las velocidades de transmisión de datos que demandan las aplicaciones informáticas han crecido año tras año durante más de una década. En los sectores punteros, se ha demostrado que la demanda de ancho de banda se duplica aproximadamente cada tres años. Esto está impulsado por la tasa de crecimiento anual compuesto (TCAC) de 45% entre los proveedores de servicios de telecomunicaciones, servicios de computación en nube y tecnología de la información, especialmente en los sectores de banca, valores y seguros. Además, las empresas de inteligencia artificial (IA) basadas en grandes modelos lingüísticos (LLM) siguen ampliando sus operaciones. La automatización industrial, incluida la inspección asistida por IA y los vehículos autónomos, también está contribuyendo a la demanda de un mayor ancho de banda y velocidades de datos más rápidas.

La infraestructura para suministrar datos de alta velocidad a estas aplicaciones incluye redes tanto cableadas como inalámbricas. Sin embargo, dentro del hardware de la informática de alto rendimiento (HPC), los equipos de pruebas de alta velocidad y los juegos, las conexiones entre los procesadores centrales y los periféricos también deben soportar velocidades de transmisión de datos cada vez mayores.

El poder de PCIe

Los dispositivos o componentes conectados en red a un procesador central necesitan una forma ágil de transmitir datos de forma rápida y precisa, es decir, una tecnología de interconexión de componentes periféricos (PCI). Diversos segmentos del mercado informático, como servidores y centros de datos, automoción e industria, y estaciones de trabajo y dispositivos portátiles, utilizan la arquitectura serial punto a punto de PCI Express (PCIe) para garantizar una transferencia de datos rápida y fiable.

PCI-SIG, o Peripheral Component Interconnect Special Interest Group, es un consorcio de aproximadamente 900 empresas miembro responsable del desarrollo y la gestión de los estándares abiertos de la industria para la tecnología PCIe (Figura 1).

Figura 1: Las especificaciones del PCI-SIG para los componentes de conectividad PCI han soportado un aumento continuo de las velocidades de transmisión de datos desde 2003. (Fuente de la imagen: PCI-SIG)

La organización publicó PCIe 1.0 en 2003 para soportar 2.5 gigatransferencias por segundo (GT/s), que satisfacían las necesidades de los estándares inalámbricos 3G vigentes en aquel momento. Las actualizaciones posteriores allanaron el camino para aumentar año tras año el rendimiento de E/S al tiempo que garantizaban la compatibilidad con versiones anteriores. Por ejemplo, los dispositivos fabricados conforme a la especificación PCIe 5.0 pueden alcanzar 32.0 GT/s por línea, compatible con la red 5G necesaria para el streaming y la computación de borde.

La baja latencia necesaria para la IA y el procesamiento de bordes, la automatización industrial, los equipos de prueba y los juegos se ve respaldada por estos mayores rendimientos. La arquitectura punto a punto de la tecnología PCIe también admite un rendimiento eficiente desde el punto de vista energético, una consideración clave para las aplicaciones informáticas avanzadas.

Mantener fríos los componentes HPC

Incluso con las velocidades de transmisión de datos y la eficiencia energética mejoradas que proporciona la tecnología PCIe más actual, las aplicaciones HPC como la detección de fraudes financieros en tiempo real, los sistemas LLM de IA y la dinámica de fluidos computacional (CFD) necesitan múltiples procesadores paralelos. Satisfacer esta necesidad al tiempo que se gestionan las limitaciones de calor y espacio no es tarea fácil, especialmente cuando los cables de datos que conectan los componentes y los procesadores compiten por el espacio con las vías necesarias para el flujo de aire.

En tales situaciones, los diseñadores de instalaciones HPC recurren a conjuntos extensores PCIe planos y plegables como los de la serie 8KDx de 3M (figura 2).

Figura 2: Los ensamblajes extensores PCIe 5.0 de la serie 8KDx de 3M son cables finos y flexibles que se pliegan sobre sí mismos. (Fuente de la imagen: 3M)

La serie 8KDx está diseñada según el estándar PCIe 5.0 y es compatible con sistemas diseñados según estándares PCIe anteriores. Vienen en versiones x8 y x16 con ocho y dieciséis hilos conductores, respectivamente. Hay disponibles terminaciones para montaje en zócalo y montaje en superficie (SMT).

Los hilos conductores plateados de 30 AWG están colocados con precisión dentro de un apantallamiento laminado continuo para un grosor total de 0.74 mm. En comparación con los hilos tradicionales, en los que los pares de conductores se envuelven longitudinalmente en una pantalla en espiral, los extensores de la serie 8KDx son más finos y menos rígidos. El diseño más flexible permite agrupar y plegar varios extensores PCIe sin bloquear el flujo de aire crítico (figura 3).

Figura 3: Los conductores de 30 AWG laminados de forma continua y colocados con precisión permiten a la serie 8KDx conectar componentes sin bloquear el flujo de aire. (Fuente de la imagen: 3M)

Sincronización de equipos de ensayo de alta velocidad

Mientras que las aplicaciones HPC se basan en el procesamiento paralelo para manejar grandes conjuntos de datos, los equipos de pruebas de alta velocidad deben conectar procesadores, generadores de señales, tarjetas gráficas y otros periféricos como osciloscopios. Estos sistemas necesitan señales sincronizadas y una baja latencia para garantizar la validez de los datos de las pruebas.

La sincronización de señales a un único reloj o la sincronización de múltiples relojes es compatible con los estándares PCIe 3.0, 4.0 y 5.0. La tecnología construida según estas normas, como la serie 8KDx, se basa en la codificación 128b/130b. En este protocolo de codificación, los paquetes contienen 128 bits de información delimitados por 2 bits que marcan el inicio y el final del paquete. Los bits de inicio y fin permiten la sincronización del reloj y la detección de errores, liberando el resto de bits del paquete para la transmisión de datos.

Los extensores PCIe de la serie 8KDx utilizan conductores con una impedancia de 87 ±5 Ω para garantizar aún más la velocidad y la integridad de los datos. Los conductores minimizan el desajuste de impedancias y la reflexión de la señal cuando se conectan con la impedancia base de 85 Ω de los sistemas construidos según los estándares PCIe 3.0, 4.0 y 5.0.

Además, los ingenieros de pruebas pueden aprovechar con confianza la flexibilidad y el diseño eficiente en espacio de los montajes de la serie 8KDx. Las pruebas han demostrado que no se degrada la integridad de la señal cuando los cables se pliegan sobre sí mismos en comparación con los cables desplegados (figura 4).

Figura 4: Las pruebas de integridad de la señal no mostraron un aumento de la pérdida en los extensores PCIe de la serie 8KDx cuando se doblan hasta cinco veces. (Fuente de la imagen: 3M)

Llevar el glamour al juego

La sincronización y la baja latencia también son primordiales en las configuraciones de juego de alto rendimiento. A menudo construidas a medida, estas configuraciones conectan un procesador central a una unidad de procesamiento gráfico (GPU), una tarjeta de sonido y una tarjeta Ethernet para la conectividad a Internet, preservando una alta velocidad de datos y sincronización de reloj en cada conexión. Para conseguirlo, quienes construyen configuraciones personalizadas para juegos recurren a los extensores PCIe 5.0 de la serie 8KDx (figura 5).

Figura 5: Los ensamblajes extensores PCIe de la serie 8KDx proporcionan conexiones sincronizadas y de baja latencia entre los componentes de los equipos de juego personalizados. (Fuente de la imagen: 3M)

Los extensores PCIe de la serie 8KDx también pueden ayudar a los diseñadores de plataformas de juego a gestionar el calor generado por los procesadores y periféricos de alto rendimiento. Además de su bajo perfil y flexibilidad, los extensores también están disponibles en varias longitudes de cable. Las longitudes estándar son de 0.25 m y 0.5 m, pero también están disponibles las de 0.125 m, 0.75 m y 1 m. Además, se pueden desarrollar longitudes, pliegues y terminaciones personalizadas en colaboración con 3M. Los diseñadores de plataformas de juego aprovechan las longitudes disponibles, la flexibilidad y el diseño aerodinámico de los extensores 8KDx para mejorar la estética de las plataformas de juego personalizadas, una parte importante de la cultura del juego (figura 6).

Figura 6: Los ensamblajes extensores PCIe de la serie 8KDx contribuyen a la estética de los rigs de juego a la vez que permiten la transferencia de datos a alta velocidad y la gestión del calor. (Fuente de la imagen: 3M)

Conclusión

La informática de alto rendimiento, las pruebas de alta velocidad y las aplicaciones de juegos personalizados requieren una transferencia de datos de alta velocidad, baja latencia y una alta integridad de la señal. Al mismo tiempo, el espacio suele ser escaso en estas aplicaciones, por lo que el tendido de cables y la gestión del calor suponen todo un desafío. La serie flexible y plegable 8KDx de ensamblajes extensores PCIe 5.0 combina una transferencia de datos sincronizada y de bajo consumo a velocidades de hasta 64 GT/s, al tiempo que maximiza la utilización del espacio y el flujo de aire.