Εισαγωγή στις προδιαγραφές PCIe 5.0

• Εισαγωγή στις προδιαγραφές PCIe 5.0

Η προδιαγραφή PCIe 4.0 ολοκληρώθηκε το 2017, αλλά δεν υποστηριζόταν από καταναλωτικές πλατφόρμες μέχρι τη σειρά 7nm Rydragon 3000 της AMD και προηγουμένως μόνο προϊόντα όπως υπερυπολογιστές, αποθήκευση υψηλής ταχύτητας επιχειρηματικής κλάσης και συσκευές δικτύου χρησιμοποιούσαν τεχνολογία PCIe 4.0.Αν και η τεχνολογία PCIe 4.0 δεν έχει ακόμη εφαρμοστεί σε μεγάλη κλίμακα, ο οργανισμός PCI-SIG αναπτύσσει εδώ και καιρό ένα ταχύτερο 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.Η έκδοση 0.7 του τυπικού κειμένου 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 0.7, το PCIe 6.0 έχει επιτύχει τα περισσότερα από τα χαρακτηριστικά που ανακοινώθηκαν αρχικά, αλλά η κατανάλωση ενέργειας εξακολουθεί να βελτιώνεται περαιτέρωd, 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 μόλις τώρα υπάρχουν περιπτώσεις αιτήσεων

Σε σύγκριση με τις προηγούμενες τυπικές προδιαγραφές, οι προδιαγραφές PCIe 4.0 ήρθαν 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 μικρή.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 το Gpus για AI, συσκευές δικτύου κ.λπ., πράγμα που σημαίνει ότι το PCIe 5.0 είναι πιο πιθανό να εμφανιστεί σε περιβάλλοντα κέντρου δεδομένων, δικτύου και HPC.Οι συσκευές με λιγότερες απαιτήσεις εύρους ζώνης, όπως οι επιτραπέζιοι υπολογιστές, μπορούν να χρησιμοποιούν 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 64 GB/s σε 128 GB/s.

Εκτός από τον διπλασιασμό του εύρους ζώνης, το PCIe 5.0 φέρνει άλλες αλλαγές, αλλάζοντας τον ηλεκτρικό σχεδιασμό για να βελτιώσει την ακεραιότητα του σήματος, τη συμβατότητα προς τα πίσω με το PCIe και πολλά άλλα.Επιπλέον, το 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 το 1ο τρίμηνο του τρέχοντος έτους, αλλά μπορεί να αναπτύξει πρότυπα, αλλά δεν μπορεί να ελέγξει πότε θα εισαχθεί η τερματική συσκευή στην αγορά και αναμένεται ότι το πρώτο PCIe 5.0 συσκευές θα κάνουν το ντεμπούτο τους φέτος και περισσότερα προϊόντα θα εμφανιστούν το 2020. Ωστόσο, η ανάγκη για υψηλότερες ταχύτητες ώθησε το βασικό σώμα να καθορίσει 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 τις νέες δυνατότητες που απαιτούνται για να μπορέσει το πρότυπο PCIe να υποστηρίζει 32 GT/s στο 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 πιο γρήγορος είναι ο ρυθμός σήματος, τόσο μεγαλύτερη είναι η φέρουσα συχνότητα του σήματος που μεταδίδεται μέσω της πλακέτας του υπολογιστή.Δύο τύποι φυσικής βλάβης περιορίζουν τον βαθμό στον οποίο οι μηχανικοί μπορούν να διαδώσουν σήματα PCIe:

· 1. Εξασθένηση καναλιού

· 2. Ανακλάσεις που εμφανίζονται στο κανάλι λόγω ασυνεχειών σύνθετης αντίστασης σε ακίδες, συνδετήρες, διαμπερείς οπές 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 κορυφής σε κορυφή 800 mV.Ωστόσο, αφού περάσετε από το προτεινόμενο κανάλι -36dB, χάνεται οποιαδήποτε ομοιότητα με ανοιχτό μάτι.Μόνο με την εφαρμογή εξισορρόπησης βάσει πομπού (αποτονισμός) 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 10 mV (μετά την εξίσωση).Ακόμη και με έναν σχεδόν τέλειο πομπό χαμηλού jitter, η σημαντική εξασθένηση του καναλιού μειώνει το εύρος του σήματος στο σημείο όπου κάθε άλλος τύπος βλάβης σήματος που προκαλείται από ανάκλαση και παρεμβολή μπορεί να κλείσει για να αποκατασταθεί το μάτι.