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1. 개요
SerDes(Serializer/Deserializer, 서데스/세르데스)는 한마디로 "병렬 데이터를 초고속 직렬 데이터로 변환하여 주고받는 하드웨어 물리 회로(PHY)"이다.SoC, FPGA, 메모리 및 각종 고속 통신 칩 내부에서 핵심적인 '길목' 역할을 담당할수있는 PCIe 표준 구현체이다. 하지만 이러한 serdes구현원리 덕분에 USB뿐만아니라 이더넷(ethernet)등 다양한 설계에 응요되고 있다.
2. 역사
SerDes라는 보통명사적인 공학 용어가 기술/명칭으로 공식 산업 표준 문서(Standard Specification)에 표준 용어로 등장하기 시작한 것은 광통신 및 백플레인(Backplane) 통신 표준이 사실상 초창기이다.ANSI X3T11 (Fibre Channel, 1990년대 초): 파이버 채널(Fibre Channel) 표준화 작업 중 물리 계층(PHY)의 8b/10b 인코딩/디코딩 및 직렬화 블록을 설명할 때 'SerDes' 또는 'Serializer/Deserializer'라는 용어가 공식 명시되었다.
IEEE 802.3z (Gigabit Ethernet, 1998년): 기가비트 이더넷 표준(1000BASE-X)이 정의될 때, PCS(Physical Coding Sublayer)와 PMA(Physical Medium Attachment) 사이의 물리 인터페이스 및 칩셋 역할을 통칭하는 용어로 SerDes가 완벽히 통용된바있다.
3. 직렬/병렬
칩 내부(SoC, FPGA)에서는 데이터를 한 번에 여러 비트씩 처리하는 병렬(Parallel) 방식이 효율적이다 (예: 32-bit, 64-bit). 하지만 이 병렬 데이터를 칩 외부로 보낼 때 64개의 선을 그대로 밖으로 빼면 다음과 같은 문제가 생길것이다.- 핀(Pin) 개수 폭발: 칩 패키징 크기가 커지고 기판(PCB) 배선이 매우 복잡해짐.
- 신호 간섭 및 신호 도착 시간차: 여러 선으로 동시에 신호를 쏘면 선끼리 신호가 뭉개지거나(Crosstalk), 도착 시간이 미세하게 달라지는 현상(Clock Skew)이 발생해 속도를 높이기 어렵다.
이러한 상황에서 왜 SerDes를 사용하면 칩 내부의 64-bit 병렬 데이터를 단 1~2쌍의 초고속 직렬(Serial) 데이터 선으로 압축하여 주고받는 것 그 해결책인지 이해해볼수있다.
4. 원리
| Serializer (직렬화, 송신부) | 칩 내부의 넓은 병렬 데이터(예: 32-bit @ 200MHz)를 받아서, 아주 빠른 속도의 1-bit 직렬 신호 Stream(예: 6.4Gbps)으로 쪼개어 외부 전송선(Differential Pair, Tx+/Tx-)으로 쏜다. |
| Deserializer (병렬화, 수신부) | 외부에서 들어오는 초고속 1-bit 직렬 신호(Rx+/Rx-)를 받아서, 원래의 32-bit/64-bit 병렬 데이터로 차곡차곡 다시 복원한다. 이때 데이터 신호 자체에서 클록을 추출하는 CDR(Clock Data Recovery) 기술이 핵심으로 사용된다. |
5. 명칭
| 구분 | 일반명사 (기술명)[1] | 표준 규격 및 등록 상표[2] |
| 저장장치 예시 | SSD (Solid State Drive) | NVMe (NVM Express® - NVM Express, Inc. 소유) |
| 통신/PHY 예시 | SerDes (Serializer/Deserializer) | PCIe (PCI Express® - PCI-SIG 소유) |
6. 국제 표준
SerDes(Serializer/Deserializer) 자체는 특정한 '단일 제품'이나 '단일 프로토콜'이 아닌 기술적 구현 방식(트랜시버 아키텍처)이기 때문에, 어느 한 국제기구가 독점하여 관리하지 않는다. 다만 SerDes 기술을 사용하는 응용 분야(PCIe, Ethernet, USB, MIPI 등)별로 해당 표준을 정의하는 각각의 국제기구나 산업 컨소시엄(Standardization Bodies)이 자신들의 규격에 맞는 SerDes 물리계층(PHY) 사양을 관리하고 있다.6.1. 해당 얼라이언스
①IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) 영역: Ethernet (이더넷)② PCI-SIG (PCI Special Interest Group) : PCI Express (PCIe)
③ OIF (Optical Internetworking Forum): CEI (Common Electrical I/O)
④ USB-IF (USB Implementers Forum): USB 3.x / USB4
⑤ MIPI Alliance (Mobile Industry Processor Interface): 모바일 / 임베디드 카메라 및 디스플레이 인터페이스
⑥ JEDEC (Solid State Technology Association): 메모리 통신 표준/LPDDR5X, UFS, CXL 등 초고속 메모리 인터페이스의 물리계층 SerDes 사양을 다룬다.
7. 관련문서
*SPI*LPT