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 серия Rydragon 3000 на AMD, а преди това само продукти като суперкомпютри, високоскоростно 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-бърз PCIe 5.0, скоростта на сигнала се е удвоила от сегашните 16GT/s на 32GT/s, честотната лента може да достигне 128GB/ s и спецификацията на версия 0.9/1.0 е завършена.v0.7 версия на стандартния текст на PCIe 6.0 е изпратен на членовете и разработването на стандарта върви по пътя.Скоростта на пиновете на PCIe 6.0 е увеличена до 64 GT/s, което е 8 пъти повече от PCIe 3.0, а честотната лента в x16 каналите може да бъде по-голяма от 256GB/s.С други думи, текущата скорост на PCIe 3.0 x8 изисква само един PCIe 6.0 канал за постигане.Що се отнася до v0.7, PCIe 6.0 постигна повечето от първоначално обявените функции, но консумацията на енергия все още се подобрява допълнителноd, а стандартът наскоро въведе предавката за конфигурация на мощността 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 на PCIe 4.0 се появиха сравнително късно.Спецификациите на PCIe 3.0 бяха въведени през 2010 г., 7 години след въвеждането на PCIe 4.0, така че животът на спецификациите на PCIe 4.0 може да е кратък.По-специално, някои доставчици са започнали да проектират PCIe 5.0 PHY устройства на физическия слой.

Организацията PCI-SIG очаква двата стандарта да съществуват едновременно известно време и PCIe 5.0 се използва главно за високопроизводителни устройства с по-високи изисквания за пропускателна способност, като Gpus за AI, мрежови устройства и т.н., което означава, че PCIe 5.0 е по-вероятно е да се появи в центрове за данни, мрежи и HPC среди.Устройства с по-малко изисквания за честотна лента, като 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 128/130 кодиране, 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, променяйки електрическия дизайн за подобряване на целостта на сигнала, обратна съвместимост с PCIe и др.В допълнение, PCIe 5.0 е проектиран с нови стандарти, които намаляват латентността и затихването на сигнала на големи разстояния.

Организацията PCI-SIG очаква да завърши версията 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 представено на пазара и се очаква, че първият PCIe 5.0 устройствата ще дебютират тази година, а още продукти ще се появят през 2020 г. Нуждата от по-високи скорости обаче подтикна стандартното тяло да дефинира следващото поколение на PCI Express.Целта на PCIe 5.0 е да увеличи скоростта на стандарта за възможно най-кратко време.Следователно PCIe 5.0 е проектиран просто да увеличи скоростта до стандарта PCIe 4.0 без никакви други значими нови функции.

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

Хардуерни предизвикателства

Основното предизвикателство при подготовката на продукт за поддръжка на PCI Express 5.0 ще бъде свързано с дължината на канала.Колкото по-висока е скоростта на сигнала, толкова по-висока е носещата честота на сигнала, предаван през PC платката.Два вида физически щети 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 с -36dB затихване при 16 GHz.Честотата 16 GHz представлява честотата на Найкуист за 32 GT/s цифрови сигнали.Например, когато сигналът PCIe5.0 започне, той може да има типично напрежение от пик до пик от 800 mV.Въпреки това, след преминаване през препоръчителния -36dB канал, всяка прилика с отворено око се губи.Само чрез прилагане на изравняване на базата на предавател (деакцентиране) и изравняване на приемник (комбинация от CTLE и DFE) сигналът PCIe5.0 може да премине през системния канал и да бъде точно интерпретиран от приемника.Минималната очаквана височина на очите на PCIe 5.0 сигнал е 10mV (след изравняване).Дори и с почти перфектен предавател с ниско трептене, значителното затихване на канала намалява амплитудата на сигнала до точката, в която всеки друг тип повреда на сигнала, причинена от отражение и пресичане, може да бъде затворена, за да възстанови окото.