Εισαγωγή στις προδιαγραφές PCIe 5.0

• Εισαγωγή στις προδιαγραφές PCIe 5.0

Η προδιαγραφή PCIe 4.0 ολοκληρώθηκε το 2017, αλλά δεν υποστηρίχθηκε από καταναλωτικές πλατφόρμες μέχρι τη σειρά 7nm Rydragon 3000 της AMD, και προηγουμένως μόνο προϊόντα όπως υπερυπολογιστές, αποθήκευση υψηλής ταχύτητας εταιρικής κλάσης και συσκευές δικτύου χρησιμοποιούσαν τεχνολογία PCIe 4.0. Παρόλο που η τεχνολογία PCIe 4.0 δεν έχει ακόμη εφαρμοστεί σε μεγάλη κλίμακα, ο οργανισμός PCI-SIG αναπτύσσει εδώ και καιρό μια ταχύτερη PCIe 5.0, ο ρυθμός σήματος έχει διπλασιαστεί από τα τρέχοντα 16GT/s σε 32GT/s, το εύρος ζώνης μπορεί να φτάσει τα 128GB/s και η προδιαγραφή έκδοσης 0.9/1.0 έχει ολοκληρωθεί. Το κείμενο έκδοσης v0.7 του προτύπου PCIe 6.0 έχει σταλεί στα μέλη και η ανάπτυξη του προτύπου βρίσκεται σε καλό δρόμο. Ο ρυθμός pin του PCIe 6.0 έχει αυξηθεί στα 64 GT/s, που είναι 8 φορές μεγαλύτερος από αυτόν του PCIe 3.0, και το εύρος ζώνης στα κανάλια x16 μπορεί να είναι μεγαλύτερο από 256 GB/s. Με άλλα λόγια, η τρέχουσα ταχύτητα του PCIe 3.0 x8 απαιτεί μόνο ένα κανάλι PCIe 6.0 για να επιτευχθεί. Όσον αφορά την έκδοση v0.7, το PCIe 6.0 έχει επιτύχει τα περισσότερα από τα χαρακτηριστικά που ανακοινώθηκαν αρχικά, αλλά η κατανάλωση ενέργειας έχει βελτιωθεί περαιτέρω.δ, και το πρότυπο εισήγαγε πρόσφατα τον εξοπλισμό διαμόρφωσης ισχύος L0p. Φυσικά, μετά την ανακοίνωση το 2021, το PCIe 6.0 μπορεί να είναι εμπορικά διαθέσιμο το 2023 ή το 2024 το νωρίτερο. Για παράδειγμα, το PCIe 5.0 εγκρίθηκε το 2019, και μόνο τώρα υπάρχουν περιπτώσεις εφαρμογής.

Σε σύγκριση με τις προηγούμενες τυπικές προδιαγραφές, οι προδιαγραφές PCIe 4.0 εμφανίστηκαν σχετικά αργά. Οι προδιαγραφές PCIe 3.0 εισήχθησαν το 2010, 7 χρόνια μετά την εισαγωγή του PCIe 4.0, επομένως η διάρκεια ζωής των προδιαγραφών PCIe 4.0 μπορεί να είναι σύντομη. Συγκεκριμένα, ορισμένοι προμηθευτές έχουν αρχίσει να σχεδιάζουν συσκευές φυσικού επιπέδου PCIe 5.0 PHY.

Ο οργανισμός PCI-SIG αναμένει ότι τα δύο πρότυπα θα συνυπάρχουν για κάποιο χρονικό διάστημα και το PCIe 5.0 χρησιμοποιείται κυρίως για συσκευές υψηλής απόδοσης με υψηλότερες απαιτήσεις απόδοσης, όπως GPU για τεχνητή νοημοσύνη, συσκευές δικτύου κ.ο.κ., πράγμα που σημαίνει ότι το PCIe 5.0 είναι πιο πιθανό να εμφανιστεί σε περιβάλλοντα κέντρων δεδομένων, δικτύου και HPC. Συσκευές με μικρότερες απαιτήσεις εύρους ζώνης, όπως επιτραπέζιοι υπολογιστές, μπορούν να χρησιμοποιήσουν το PCIe 4.0.

Για το PCIe 5.0, ο ρυθμός σήματος έχει αυξηθεί από 16GT/s του PCIe 4.0 σε 32GT/s, χρησιμοποιώντας ακόμα κωδικοποίηση 128/130, και το εύρος ζώνης x16 έχει αυξηθεί από 64GB/s σε 128GB/s.

Εκτός από τον διπλασιασμό του εύρους ζώνης, η PCIe 5.0 φέρνει και άλλες αλλαγές, αλλάζοντας τον ηλεκτρικό σχεδιασμό για τη βελτίωση της ακεραιότητας του σήματος, της συμβατότητας με παλαιότερες εκδόσεις με την PCIe και πολλά άλλα. Επιπλέον, η PCIe 5.0 έχει σχεδιαστεί με νέα πρότυπα που μειώνουν την καθυστέρηση και την εξασθένηση του σήματος σε μεγάλες αποστάσεις.

Ο οργανισμός PCI-SIG αναμένει να ολοκληρώσει την έκδοση 1.0 της προδιαγραφής στο πρώτο τρίμηνο του τρέχοντος έτους, αλλά μπορεί να αναπτύξει πρότυπα, αλλά δεν μπορεί να ελέγξει πότε η τερματική συσκευή θα εισαχθεί στην αγορά και αναμένεται ότι οι πρώτες συσκευές PCIe 5.0 θα κυκλοφορήσουν φέτος και περισσότερα προϊόντα θα εμφανιστούν το 2020. Ωστόσο, η ανάγκη για υψηλότερες ταχύτητες ώθησε τον φορέα τυποποίησης να ορίσει την επόμενη γενιά του PCI Express. Ο στόχος του PCIe 5.0 είναι να αυξήσει την ταχύτητα του προτύπου στο συντομότερο δυνατό χρόνο. Επομένως, το PCIe 5.0 έχει σχεδιαστεί για να αυξάνει απλώς την ταχύτητα στο πρότυπο PCIe 4.0 χωρίς άλλα σημαντικά νέα χαρακτηριστικά.

Για παράδειγμα, το PCIe 5.0 δεν υποστηρίζει σήματα PAM 4 και περιλαμβάνει μόνο τα νέα χαρακτηριστικά που απαιτούνται για να επιτρέψει στο πρότυπο PCIe να υποστηρίζει 32 GT/s στον συντομότερο δυνατό χρόνο.

Προκλήσεις υλικού

Η κύρια πρόκληση στην προετοιμασία ενός προϊόντος για την υποστήριξη του PCI Express 5.0 θα σχετίζεται με το μήκος του καναλιού. Όσο ταχύτερος είναι ο ρυθμός σήματος, τόσο υψηλότερη είναι η συχνότητα φέροντος του σήματος που μεταδίδεται μέσω της πλακέτας PC. Δύο τύποι φυσικής βλάβης περιορίζουν την έκταση στην οποία οι μηχανικοί μπορούν να διαδώσουν τα σήματα PCIe:

· 1. Εξασθένηση καναλιού

· 2. Ανακλάσεις που συμβαίνουν στο κανάλι λόγω ασυνεχειών σύνθετης αντίστασης σε ακίδες, συνδετήρες, οπές διέλευσης και άλλες δομές.

Η προδιαγραφή PCIe 5.0 χρησιμοποιεί κανάλια με εξασθένηση -36dB στα 16 GHz. Η συχνότητα 16 GHz αντιπροσωπεύει τη συχνότητα Nyquist για ψηφιακά σήματα 32 GT/s. Για παράδειγμα, όταν ξεκινά το σήμα PCIe5.0, μπορεί να έχει μια τυπική τάση από κορυφή σε κορυφή 800 mV. Ωστόσο, αφού περάσει από το συνιστώμενο κανάλι -36dB, χάνεται οποιαδήποτε ομοιότητα με ανοιχτό μάτι. Μόνο με την εφαρμογή εξισορρόπησης που βασίζεται στον πομπό (αποτόνιση) και εξισορρόπησης δέκτη (συνδυασμός CTLE και DFE) μπορεί το σήμα PCIe5.0 να περάσει από το κανάλι του συστήματος και να ερμηνευτεί με ακρίβεια από τον δέκτη. Το ελάχιστο αναμενόμενο ύψος ματιού ενός σήματος PCIe 5.0 είναι 10mV (μετά την εξισορρόπηση). Ακόμα και με έναν σχεδόν τέλειο πομπό χαμηλού jitter, η σημαντική εξασθένηση του καναλιού μειώνει το πλάτος του σήματος σε σημείο όπου οποιοσδήποτε άλλος τύπος ζημιάς σήματος που προκαλείται από ανάκλαση και διασταυρούμενη ομιλία μπορεί να κλείσει για να αποκατασταθεί το μάτι.