Les assemblages d'extension PCI Express pliables simplifient les connexions dans le calcul à haute performance

La bande passante et les débits de données requis par les applications informatiques ont progressé d'année en année pendant plus d'une décennie. Dans les secteurs de pointe, il a été démontré que la demande en bande passante double environ tous les trois ans. Cette tendance est portée par un taux de croissance annuel composé (TCAC) de 45 % chez les fournisseurs de services de télécommunications, de services de cloud computing et de technologies de l'information, en particulier dans les secteurs de la banque, des valeurs mobilières et de l'assurance. En outre, les entreprises spécialisées dans l'intelligence artificielle (IA) s'appuyant sur de grands modèles de langage (LLM) continuent de développer leurs activités. L'automatisation industrielle, notamment l'inspection assistée par l'IA et les véhicules autonomes, contribue également à la demande d'augmentation de la bande passante et d'accélération des débits de données.

L'infrastructure permettant de fournir des données à haute vitesse à ces applications comprend à la fois des réseaux filaires et sans fil. Mais au sein même du matériel de calcul à haute performance (HPC), des équipements de test à haute vitesse et des jeux vidéo, les connexions entre les processeurs centraux et les périphériques doivent également prendre en charge des débits de données toujours plus élevés.

La puissance de la technologie PCIe

Les dispositifs ou composants en réseau connectés à un processeur central ont besoin d'un moyen simplifié pour transmettre rapidement et précisément des données, à savoir une technologie d'interconnexion de composants périphériques (PCI). Divers segments du marché informatique, notamment les serveurs et les data centers, l'automobile et l'industrie, ainsi que les stations de travail et les appareils portables, utilisent l'architecture série point-à-point de PCI Express (PCIe) afin de garantir un transfert de données rapide et fiable.

PCI-SIG (Peripheral Component Interconnect Special Interest Group) est un consortium regroupant environ 900 entreprises membres, responsable du développement et de la gestion des normes industrielles ouvertes pour la technologie PCIe (Figure 1).

Figure 1 : Les spécifications du PCI-SIG pour les composants de connectivité PCI ont permis une augmentation continue des débits de données depuis 2003. (Source de l'image : PCI-SIG)

L'organisation a publié la norme PCIe 1.0 en 2003 afin de prendre en charge une vitesse de 2,5 gigatransferts par seconde (GT/s), ce qui répondait aux besoins des normes sans fil 3G en vigueur à l'époque. Les mises à jour ultérieures ont permis d'augmenter le débit d'E/S d'année en année, tout en assurant la rétrocompatibilité. Par exemple, les dispositifs construits selon la spécification PCIe 5.0 peuvent atteindre 32,0 GT/s par voie, ce qui est compatible avec le réseau 5G requis pour le streaming et l'edge computing.

La faible latence requise pour l'IA et le traitement en périphérie, l'automatisation industrielle, les équipements de test et les jeux vidéo est assurée par ces débits plus élevés. L'architecture point-à-point de la technologie PCIe favorise également des performances économes en énergie, un critère essentiel pour les applications informatiques avancées.

Refroidissement des composants HPC

Malgré l'amélioration des débits de données et du rendement énergétique apportée par la technologie PCIe la plus récente, les applications HPC telles que la détection de fraudes financières en temps réel, les systèmes d'IA de type LLM et la mécanique des fluides numérique (CFD) nécessitent plusieurs processeurs parallèles. Répondre à ce besoin tout en gérant les contraintes de chaleur et d'espace n'est pas une mince affaire, surtout lorsque les câbles de données reliant les composants et les processeurs se disputent l'espace avec les voies nécessaires à la circulation de l'air.

Dans de telles situations, les concepteurs d'installations HPC se tournent vers des assemblages d'extension PCIe plats et pliables comme ceux de la série 8KDx de 3M (Figure 2).

Figure 2 : Les assemblages d'extension PCIe 5.0 série 8KDx de 3M sont des câbles fins et flexibles qui se replient sur eux-mêmes. (Source de l'image : 3M)

La série 8KDx est conçue selon la norme PCIe 5.0 et est rétrocompatible avec les systèmes reposant sur les normes PCIe antérieures. Elle se décline en versions x8 et x16 avec respectivement huit et seize fils conducteurs. Des terminaisons à montage en appui et à montage en surface (CMS) sont disponibles.

Les fils conducteurs argentés de calibre 30 AWG sont positionnés avec précision à l'intérieur d'un blindage laminé en continu pour une épaisseur totale de 0,74 mm. Comparativement aux câbles traditionnels, dans lesquels les paires de conducteurs sont enroulées longitudinalement dans un blindage en spirale, les extenseurs de la série 8KDx sont plus fins et moins rigides. La conception plus flexible permet de regrouper et de plier plusieurs extenseurs PCIe sans obstruer le flux d'air critique (Figure 3).

Figure 3 : Les conducteurs de 30 AWG, laminés en continu et positionnés avec précision, permettent à la série 8KDx de connecter des composants sans obstruer le flux d'air. (Source de l'image : 3M)

Synchronisation des équipements de test à haute vitesse

Alors que les applications HPC s'appuient sur le traitement parallèle pour gérer de vastes ensembles de données, les équipements de test à haute vitesse doivent connecter des processeurs, des générateurs de signaux, des cartes graphiques et d'autres périphériques tels que des oscilloscopes. Ces systèmes nécessitent des signaux synchronisés et une faible latence pour garantir la validité des données de test.

La synchronisation des signaux sur une horloge unique ou la synchronisation de plusieurs horloges est prise en charge par les normes PCIe 3.0, 4.0 et 5.0. Les technologies conçues selon ces normes, comme la série 8KDx, reposent sur un codage 128b/130b. Dans ce protocole de codage, les paquets contiennent 128 bits d'information délimités par 2 bits marquant le début et la fin du paquet. Ces bits de début et de fin permettent la synchronisation de l'horloge et la détection des erreurs, libérant ainsi le reste des bits du paquet pour la transmission des données.

Les extenseurs PCIe série 8KDx utilisent des conducteurs d'une impédance de 87 ±5 Ω afin de garantir encore davantage la vitesse et l'intégrité des données. Les conducteurs minimisent la désadaptation d'impédance et la réflexion du signal lors de la connexion avec l'impédance de base de 85 Ω des systèmes conçus selon les normes PCIe 3.0, 4.0 et 5.0.

De plus, les ingénieurs d'essais peuvent exploiter en toute confiance la flexibilité et la conception compacte des assemblages de la série 8KDx. Les tests n'ont montré aucune dégradation de l'intégrité des signaux lorsque les câbles sont repliés sur eux-mêmes par rapport à des câbles non pliés (Figure 4).

Figure 4 : Les tests d'intégrité des signaux n'ont révélé aucune perte accrue dans les extenseurs PCIe série 8KDx, même lorsqu'ils sont pliés jusqu'à cinq fois. (Source de l'image : 3M)

Touche de glamour dans l'univers des jeux vidéo

La synchronisation et la faible latence sont également primordiales dans les configurations de jeux hautes performances. Souvent réalisées sur mesure, ces configurations connectent un processeur central à un processeur graphique (GPU), une carte son et une carte Ethernet pour la connectivité Internet, tout en préservant un débit de données élevé et une synchronisation d'horloge dans chaque connexion. Pour y parvenir, les créateurs de configurations de jeux personnalisées se tournent vers les extenseurs PCIe 5.0 de la série 8KDx (Figure 5).

Figure 5 : Les assemblages d'extension PCIe série 8KDx fournissent des connexions synchronisées à faible latence entre les composants des PC de jeux personnalisés. (Source de l'image : 3M)

Les extenseurs PCIe série 8KDx peuvent également aider les concepteurs de PC de jeux à gérer la chaleur générée par les processeurs et périphériques hautes performances. Caractérisés par leur profil extra-plat et leur flexibilité, ces extenseurs sont également disponibles en différentes longueurs de câble. Les longueurs standard sont de 0,25 m et 0,5 m, mais des versions de 0,125 m, 0,75 m et 1 m sont facilement disponibles. De plus, des longueurs, des pliages et des terminaisons sur mesure peuvent être développés en partenariat avec 3M. Les concepteurs de PC de jeux profitent des longueurs disponibles, de la grande flexibilité et de la conception épurée des extenseurs 8KDx pour améliorer l'esthétique de leurs PC de jeux personnalisés, une partie importante de la culture du jeu (Figure 6).

Figure 6 : Les assemblages d'extension PCIe série 8KDx contribuent à l'esthétique des PC de jeux tout en assurant un transfert de données à haute vitesse et une gestion thermique efficace. (Source de l'image : 3M)

Conclusion

Le calcul à haute performance, les tests à haute vitesse et les applications de jeux personnalisées nécessitent tous un transfert de données ultrarapide, une faible latence et une intégrité des signaux élevée. Dans le même temps, l'espace est souvent une denrée rare pour ces applications, ce qui fait de l'acheminement des câbles et de la gestion thermique un véritable défi. Flexible et pliable, la série 8KDx d'assemblages d'extension PCIe 5.0 combine un transfert de données synchronisé et économe en énergie à des vitesses atteignant 64 GT/s tout en optimisant l'utilisation de l'espace et le flux d'air.