Въведение в спецификациите на PCIe 5.0

• Въведение в спецификациите на PCIe 5.0

Спецификацията PCIe 4.0 беше завършена през 2017 г., но не беше поддържана от потребителските платформи до 7nm Rydragon 3000 серията на AMD, а преди това само продукти като суперкомпютри, високоскоростни устройства за съхранение от корпоративен клас и мрежови устройства използваха технологията PCIe 4.0. Въпреки че технологията PCIe 4.0 все още не е приложена в голям мащаб, организацията PCI-SIG отдавна разработва по-бърза PCIe 5.0, скоростта на сигнала се е удвоила от сегашните 16GT/s на 32GT/s, честотната лента може да достигне 128GB/s, а спецификацията версия 0.9/1.0 е завършена. Текстът на стандарта PCIe 6.0 версия v0.7 е изпратен на членовете и разработването на стандарта е в ход. Скоростта на пиновете на PCIe 6.0 е увеличена до 64 GT/s, което е 8 пъти повече от това на PCIe 3.0, а честотната лента в x16 канала може да бъде по-голяма от 256GB/s. С други думи, настоящата скорост на PCIe 3.0 x8 изисква само един PCIe 6.0 канал, за да се постигне. Що се отнася до v0.7, PCIe 6.0 е постигнал повечето от първоначално обявените функции, но консумацията на енергия е допълнително подобрена.d, а стандартът наскоро въведе конфигурацията на захранването L0p. Разбира се, след обявяването през 2021 г., PCIe 6.0 може да бъде наличен в търговската мрежа най-рано през 2023 или 2024 г. Например, PCIe 5.0 беше одобрен през 2019 г. и едва сега има случаи на приложение.

В сравнение с предишните стандартни спецификации, спецификациите PCIe 4.0 се появиха сравнително късно. Спецификациите PCIe 3.0 бяха въведени през 2010 г., 7 години след въвеждането на PCIe 4.0, така че животът на спецификациите PCIe 4.0 може да е кратък. По-специално, някои производители започнаха да проектират устройства с физически слой PCIe 5.0 PHY.

Организацията PCI-SIG очаква двата стандарта да съществуват едновременно известно време, а PCIe 5.0 се използва главно за високопроизводителни устройства с по-високи изисквания за пропускателна способност, като например графични процесори за изкуствен интелект, мрежови устройства и т.н., което означава, че PCIe 5.0 е по-вероятно да се появи в среди за центрове за данни, мрежи и високопроизводителни изчисления. Устройства с по-малки изисквания за пропускателна способност, като например настолни компютри, могат да използват PCIe 4.0.

За PCIe 5.0, скоростта на сигнала е увеличена от 16GT/s на PCIe 4.0 на 32GT/s, като все още се използва кодиране 128/130, а честотната лента x16 е увеличена от 64GB/s на 128GB/s.

В допълнение към удвояването на честотната лента, PCIe 5.0 носи и други промени, като променя електрическия дизайн за подобряване на целостта на сигнала, обратна съвместимост с PCIe и други. В допълнение, PCIe 5.0 е проектиран с нови стандарти, които намаляват латентността и затихването на сигнала на дълги разстояния.

Организацията PCI-SIG очаква да завърши версия 1.0 на спецификацията през първото тримесечие на тази година, но те могат да разработват стандарти, но не могат да контролират кога терминалното устройство ще бъде пуснато на пазара и се очаква първите PCIe 5.0 устройства да дебютират тази година, а още продукти ще се появят през 2020 г. Необходимостта от по-високи скорости обаче накара стандартизиращата организация да дефинира следващото поколение PCI Express. Целта на PCIe 5.0 е да увеличи скоростта на стандарта във възможно най-кратки срокове. Следователно, PCIe 5.0 е проектиран просто да увеличи скоростта до стандарта PCIe 4.0 без други значителни нови функции.

Например, PCIe 5.0 не поддържа PAM 4 сигнали и включва само новите функции, необходими, за да може стандартът PCIe да поддържа 32 GT/s за възможно най-кратко време.

Хардуерни предизвикателства

Основното предизвикателство при подготовката на продукт, който да поддържа PCI Express 5.0, ще бъде свързано с дължината на канала. Колкото по-бърза е скоростта на предаване на сигнала, толкова по-висока е носещата честота на сигнала, предаван през печатната платка. Два вида физически повреди ограничават степента, до която инженерите могат да разпространяват PCIe сигнали:

· 1. Затихване на канала

· 2. Отражения, които възникват в канала поради прекъсвания на импеданса в щифтове, конектори, проходни отвори и други структури.

Спецификацията PCIe 5.0 използва канали със затихване от -36dB при 16 GHz. Честотата 16 GHz представлява честотата на Найкуист за цифрови сигнали с 32 GT/s. Например, когато PCIe5.0 сигналът започне, той може да има типично напрежение от пик до пик от 800 mV. След преминаване през препоръчителния канал от -36dB обаче, всяка прилика с отворено око се губи. Само чрез прилагане на изравняване, базирано на предавателя (деакцентиране), и изравняване на приемника (комбинация от CTLE и DFE), PCIe5.0 сигналът може да премине през системния канал и да бъде точно интерпретиран от приемника. Минималната очаквана височина на окото на PCIe 5.0 сигнал е 10mV (след изравняване). Дори при почти перфектен предавател с ниско трептене, значителното затихване на канала намалява амплитудата на сигнала до точката, в която всеки друг вид повреди по сигнала, причинени от отражение и кръстосано смущение, може да бъде затворен, за да се възстанови изравняването.