TI Tip 저전력 이더넷으로 전력을 절감하는 2가지 방법

“이더넷은 왜 전력을 많이 소모하는가?”는 많은 사람들의 궁금해 하는 사항이다.

10/100Mbps 이더넷 물리 계층(PHY) 트랜시버의 정격 유효 전력은 110mW~300mW 이상이고, 10/100/1000Mbps 기가비트 이더넷 PHY는 450mW~1,000mW 이상의 전력을 소모한다. 흔히 이더넷 PHY는 보드에서 가장 전력 소모가 많은 단일 부품의 하나이며, 폐쇄 시스템의 열 예산을 평가하는 중요한 요소가 된다. 전체 시스템 전력을 낮추기 위해 이더넷에 적용할 수 있는 다양한 저전력 모드가 있다.


그럼, 시스템 온도를 낮게 유지하고 전력 비용을 줄일 수 없을까. 대표적인 2가지 전력 절감 기법을 살펴보기로 한다.

에너지 효율 이더넷(EEE)

IEEE 802.3az에 정의된 에너지 효율 이더넷(EEE, Energy-efficient Ethernet)은 채널 이용이 낮을 때 대기 상태의 시그널링을 제거하는 PHY 및 MAC(media access control) 표준안이다. 그림 1에서 보듯이 EEE는 전송할 데이터가 없는 ‘조용한’ 시간에는 짧은 리프레시(refresh) 구간만 제외하면 트랜스미터가 비활성화되는 저전력 모드를 구현한다. 이렇듯 조용한 시간에 불필요하게 활성 링크를 통해 대기상태의 심볼이 지속적으로 전달되던 것을 제거해 전력을 절감한다. 리프레시 구간은 PHY 내부와 서로 간에 링크의 존재와 타이밍을 유효 상태로 유지하도록 보장한다.


그림 1. EEE 상태 흐름

전송할 데이터가 존재하면 PHY에 대한 MAC 신호가 EEE 상태를 종료시켜 EEE 모드는 상위 계층에 투명하게 나타난다. PHY는 저전력 모드를 종료하고 대기 상태 코드 그룹을 전송해 저전력 모드로부터 원단(far-end) 디바이스를 불러낸다. EEE에 대한 보다 자세한 내용은 애플리케이션 노트 “DP83822 에너지 효율 이더넷 IEEE 802.3az”에서 확인할 수 있다.

웨이크 온 랜(WoL)

웨이크 온 랜(WoL, Wake-on-LAN)은 이더넷 PHY를 활성 상태로 유지하지만, 시스템의 백엔드 요소(프로세서, 마이크로컨트롤러, ASIC 또는 기타 부품)의 전력을 선택적으로 낮춰 전력을 절감한다. 이러한 백엔드 요소는 이더넷 PHY가 일정한 ‘매직’ 패킷을 수신하면 활성된다.

WoL은 시스템이 구동을 명령하는 적절히 정의된 신호를 가질 때 이더넷 트랜시버를 활성 상태로 유지하는 동안 전반적인 시스템 전력을 절감할 수 있는 기법이다. WoL을 구현하는 여러 방법에 대해서는 애플리케이션 노트 “DP83822 웨이크 온 랜(Wake-On-LAN)”에서 확인할 수 있다. 그림 2는 이더넷 PHY 가 구동 신호를 보내기 전에 들어오는 패킷을 모니터링하는 매직 패턴 구조를 보여준다.


그림 2. WoL 매직 패킷 예제

지금까지 이더넷 PHY를 사용하여 전력을 절감하는 2가지 방법을 알아보았다. 어느 방법을 본인의 시스템에 구현할 계획인지 생각해보자. TI E2E™ 커뮤니티 이더넷 포럼에서 엔지니어들과 의견을 나눌 수 있다.