반도체네트워크

2010 년 09월호

년 월호


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FPGA를 이용한 100G OTN 구현(2)

관련 기업과 서비스 사업자들의 발표에 따르면 100G 시스템 구축이 마침내 시장에서 탄력을 받고 있는 것으로 보인다. 이의 가장 주된 요인은 고객들이 끊임 없이 계속해서 더 높은 대역폭을 요구하기 때문이다. 다수의 표준화 기관이 전송과 이더넷에 대해 또한 광 인터페이스에 대해 100G 표준을 승인하기 위한 준비작업을 하고 있다.

글/Rishi Chugh, Product Marketing Manager, Altera Corporation
Kevin Cackovic, Strategic Marketing Manager, Altera Corporation

100GbE OTN 디자인 가능하게 하는 Stratix IV FPGA

현재의 업계 경향은 패킷 전송에는 Ethernet over WDM을 이용하고 데이터 전송에는 IP/MPLS/이더넷을 이용하는 것이다. Altera의 40nm Stratix IV FPGA 제품군은 100G 이더넷 및 전송 시스템 디자인의 성능 및 시스템 대역폭 요구를 충족하기에 매우 적합하다. Stratix IV GT FPGA는 11.3Gbps 트랜시버를 통합해서 가장 높은 밀도를 제공하며, 단일 디바이스로 100GbE/Fibre Channel/RPR MAC 기능을 구현하기 위해서 뿐만 아니라 OTN 패킷의 FEC(forward error correction), 맵핑, 프레이밍 등과 같은 주요 기능을 처리하기 위해서는 그러한 높은 밀도가 필요하다. 100GbE 용의 OUT-4 표준은 enhanced FEC(EFEC)를 이용하는데 이는 광 대역폭이 최대한 활용되도록 하기 위해서 특수한 알고리즘을 이용해 설계해야 한다. 우수한 패브릭 성능에 의해서 Stratix IV GT FPGA는 EFEC 기능을 처리할 수 있으며 알고리즘 구현 및 테스트 용으로 설계되는 OTN 시스템을 위해서 이상적인 플랫폼을 제공한다. 그림 6은 고객들이 100GbE OTN 박스를 설계할 때 어떻게 Stratix IV GT FPGA를 이용해서 위의 모든 기능들을 구현하는지 보여준다.

OTN과 범용 클라이언트 포트의 필요성

OTN은 다양한 광 네트워크 장비들을 포괄하며 이들 각각이 트래픽을 효율적으로 전송할 수 있도록 고유의 역할을 수행한다. 음성, 비디오, 데이터, 스토리지에 관계 없이 네트워크들이 OTN으로 지원되는 공통적인 백본 네트워크로 진화하고 있다. OTN 장비는 다수의 각기 다른 트래픽 유형(이더넷, SONET/SDH, ESCON, Fiber Channel, 비디오)을 이러한 공통적인 백본으로 맵핑해야 한다.
광 장비 업체들이 계속해서 가격을 낮추고 다중의 플랫폼에 걸쳐서 부품을 활용함에 따라 다양한 클라이언트 포트를 맵핑하기 위해 유연한 솔루션이 채택되고 있다. FPGA는 ‘범용 클라이언트 포트’를 제공하는 핵심적인 요소가 되었으며 어떠한 조합의 클라이언트 인터페이스든 지원하도록 구성할 수 있다. 그러므로 단일 디바이스를 다중의 애플리케이션에 효율적으로 사용할 수 있다.

OTN을 위한 확장성 제공

Altera는 표 2에서 보듯이 전체적인 OTN 계층에 걸쳐서 최적화된 제품 포트폴리오를 제공하고 있다.
규모가 성장함에 따라서 OTN1 및 OTN2 애플리케이션은 갈수록 가격과 전력에 민감해지고 있다. 표 3에서 보듯이 트랜시버를 통합한 Altera의 Arria II GX FPGA는 OTN1 및 OTN2 먹스폰더를 구현하고 전력과 비용 효율을 절충하기 위해 필요한 기능성을 제공한다.
Arria II GX FPGA의 유연성은 고정 표준 제품 솔루션에 비해서 다음과 같은 많은 이점을 제공한다:
• GE를 OTN으로 맵핑하기 위해 필요한 ODU0 등과 같은 새로운 맵핑 기술 지원
• 다양한 조합의 클라이언트 측 인터페이스를 지원하도록 구성 가능하므로 동일 디바이스를 이용해 다중 구현 가능
• FPGA를 재구성하는 것만으로 동일 디바이스로 다중의 FEC 및 EFEC 기법 지원

단일 FPGA를 이용한 40G 먹스폰더 디자인

먹스폰더(multiplexing transponder)의 가장 중요한 점은 다중의 하위 레이트 클라이언트 신호를 상위 레이트 파장 캐리어로 애그리게이트하는 것이다. 이러한 전략은 각각의 파장으로 개별적인 하위 속도 클라이언트를 할당하는 것에 비해서 WDM 스펙트럼을 더 효율적으로 사용할 수 있다. 업계 전문가들은 2013년에 이르면 40G 광 포트가 급격히 늘어날 것으로 전망하고 있다. 40G OTN 장비의 쓰루풋이 증가하면 신호를 더 먼 거리까지 전송할 수 있도록 하기 위해서 향상된 FEC 기법에 대한 요구가 높아질 것이다. 이러한 EFEC 표준을 구현하기 위해서는 훨씬 더 많은 로직 용량을 필요로 하므로 40Gbps에서는 범용 클라이언트 포트, 맵퍼, 프레이머, EFEC를 단일 디바이스로 통합하는 것이 과제이다.
Altera의 Stratix IV GX 제품군은 그림 7에서 보듯이 단일 디바이스로 전체적인 40G 먹스폰더를 지원할 수 있도록 설계되었다. Stratix IV GX FPGA는 필요한 밀도와 패브릭 성능을 제공함으로써 GbE, Fibre Channel(1G, 2G, 4G), SONET(OC-N), SDH(STM-N) 등을 포함해서 데이터, 스토리지, TDM, 비디오 프토로콜의 어떠한 조합이나 효율적으로 구현할 수 있다. 열거된 모든 프로토콜이 Altera로부터 직접적으로 또는 파트너 에코시스템을 통해서 지원된다.
Stratix IV GX 제품군은 CDR(clock data recovery)을 이용해서 600Mbps에서 8.5Gbps에 이르는 데이터 레이트로 최대 32개 트랜시버를 제공하며 CDR을 채택하고 600Mbps에서 6.5Gbps에 이르는 데이터 레이트로 추가적인 16개 트랜시버를 제공한다. Stratix IV GX FPGA는 또한 최대 530K 로직 엘리먼트(LE)를 제공하며 포괄적인 40G 먹스폰더 애플리케이션을 지원할 수 있다. 표 4는 Stratix IV GX 트랜시버가 지원하는 다양한 OTN 데이터 레이트를 보여준다.

Stratix IV GT FPGA를 이용한 100G OTN 디자인

최근의 표준 작업은 100G 광 전송을 위한 OTN4를 중심으로 정리되고 있다. 이들 애플리케이션은 필요한 쓰루풋 요구를 지원하기 위해 고속 트랜시버와 10G 트랜시버를 필요로 할 뿐만 아니라 100G 데이터 트래픽을 관리하기 위해 필요한 복잡한 프로세싱을 처리할 수 있는 코어 성능 및 로직 밀도를 필요로 한다. Stratix IV GT FPGA는 클라이언트 측에서 10G 광 인터페이스로 직접 연결을 가능하게 할 뿐만 아니라 네트워크 측에서 100G CFP나 QSFP 모듈로 직접 연결을 가능하게 한다. 그러므로 외부적인 PHY 디바이스를 필요로 하지 않으며 전체적인 시스템 복잡성을 감소시킨다는 것이 중요한 이점이다. 표 5는 Stratix IV GT FPGA의 프로토콜 지원을 보여준다.
또한 이들 디바이스는 칩-대-모듈 및 칩-대-칩 연결을 위해서 MLD나 SFI-S 등과 같은 결합적 인터페이스를 지원한다. 장비 업체들은 ITU 및 OIF의 표준이 진화하는 것에 따라서 조기에 OTN4 먹스폰더, 트랜스폰더, 리제너레이터 등을 개발할 수 있다. 그림 8은 Stratix IV GT 및 GX 디바이스를 이용해서 어떻게 100G WAN over LAN OTN 시스템을 구현할 수 있는지 보여준다.

결론

Altera의 40nm FPGA 포트폴리오는 파트너 에코시스템과 함께 2.5Gbps(OTU1)에서 10Gbps(OTU4)에 이르는 라인 레이트의 기존의 OTN 솔루션뿐만 아니라 새로운 100G OTU4 표준에 매우 적합하다. Altera의 FPGA는 MSPP, P-OTN, Carrier Ethernet 전송 등과 같은 모든 유형의 광 전송 애플리케이션을 포괄할 수 있다.
표준이 진화하고 OTU4 같은 새로운 프로토콜이 등장함으로써 본격적인 100G 솔루션을 위해서는 높은 밀도의 디바이스가 요구된다. Altera의 Stratix IV 디바이스는 현재 100G 시스템 요구를 충족할 수 있도록 설계된 유일한 FPGA이다.

참고문헌
■ Stratix IV FPGA 40G/100G IP Solutions:
   www.altera.com/products/devices/stratix-fpgas/stratix
   -iv/transceivers/stxiv-40g-100g-ip-solutions.html
■ Wireline Transmission Technologies:
   www.altera.com/end-markets/wireline/transmission/
   wil-transmission.html
■ ITU-T SG13:
   www.itu.int/ITU-T/studygroups/com13/index.asp
■ ITU-T SG15:
   www.itu.int/ITU-T/studygroups/com15/index.asp
■ IEEE 802.1 WG: www.ieee802.org/1/
■ IEEE 802.3 WG: www.ieee802.org/3/
■ IETF: www.ietf.org
■ Metro Ethernet Forum: www.metroethernetforum.org