Johdatus PCIe 5.0 -spesifikaatioihin

• Johdatus PCIe 5.0 -spesifikaatioihin

PCIe 4.0 -spesifikaatio valmistui vuonna 2017, mutta kuluttajaympäristöt tukivat sitä vasta AMD:n 7nm Rydragon 3000 -sarjassa, ja aiemmin PCIe 4.0 -tekniikkaa käyttivät vain tuotteet, kuten supertietokoneet, yritysluokan nopeat tallennuslaitteet ja verkkolaitteet. Vaikka PCIe 4.0 -tekniikkaa ei ole vielä käytetty laajassa mittakaavassa, PCI-SIG-organisaatio on pitkään kehittänyt nopeampaa PCIe 5.0:aa, signaalinopeus on kaksinkertaistunut nykyisestä 16 GT/s:sta 32 GT/s:iin, kaistanleveys voi olla jopa 128 Gt/s. s, ja version 0.9/1.0 määritys on valmis. PCIe 6.0 -standardin tekstin v0.7 versio on lähetetty jäsenille ja standardin kehitys on edennyt. PCIe 6.0:n pin-nopeus on nostettu 64 GT/s:aan, mikä on 8 kertaa PCIe 3.0:n verrattuna, ja x16-kanavien kaistanleveys voi olla yli 256 Gt/s. Toisin sanoen nykyinen PCIe 3.0 x8 -nopeus vaatii vain yhden PCIe 6.0 -kanavan saavuttaakseen. Mitä tulee v0.7:ään, PCIe 6.0 on saavuttanut suurimman osan alun perin ilmoitetuista ominaisuuksista, mutta virrankulutus paranee edelleend, ja standardi on äskettäin esitellyt L0p-tehokonfigurointivaihteen. Tietenkin vuoden 2021 ilmoituksen jälkeen PCIe 6.0 voi olla kaupallisesti saatavilla aikaisintaan vuonna 2023 tai 2024. Esimerkiksi PCIe 5.0 hyväksyttiin vuonna 2019, ja vasta nyt on sovellustapauksia

Verrattuna aikaisempiin standardispesifikaatioihin, PCIe 4.0 -spesifikaatiot tulivat suhteellisen myöhään. PCIe 3.0 -spesifikaatiot esiteltiin vuonna 2010, 7 vuotta PCIe 4.0:n käyttöönoton jälkeen, joten PCIe 4.0 -määritysten käyttöikä voi olla lyhyt. Erityisesti jotkut toimittajat ovat alkaneet suunnitella PCIe 5.0 PHY fyysisen kerroksen laitteita.

PCI-SIG-organisaatio odottaa näiden kahden standardin toimivan rinnakkain jonkin aikaa, ja PCIe 5.0:aa käytetään pääasiassa korkean suorituskyvyn laitteissa, joilla on korkeammat suorituskyvyn vaatimukset, kuten Gpus for AI, verkkolaitteet ja niin edelleen, mikä tarkoittaa, että PCIe 5.0 on näkyvät todennäköisemmin datakeskuksessa, verkossa ja HPC-ympäristöissä. Pienemmät kaistanleveysvaatimukset vaativat laitteet, kuten pöytäkoneet, voivat käyttää PCIe 4.0:aa.

PCIe 5.0:n signaalinopeus on nostettu PCIe 4.0:sta 16 GT/s 32 GT/s:iin, edelleen 128/130-koodauksella, ja x16-kaistanleveyttä on lisätty 64 Gt/s:sta 128 Gt/s:iin.

Kaistanleveyden kaksinkertaistamisen lisäksi PCIe 5.0 tuo muita muutoksia, muuttaa sähköistä rakennetta signaalin eheyden parantamiseksi, taaksepäin yhteensopivuutta PCIe:n kanssa ja paljon muuta. Lisäksi PCIe 5.0 on suunniteltu uusilla standardeilla, jotka vähentävät latenssia ja signaalin vaimennusta pitkillä etäisyyksillä.

PCI-SIG-organisaatio odottaa saavansa spesifikaation 1.0-version valmiiksi tämän vuoden ensimmäisellä neljänneksellä, mutta he voivat kehittää standardeja, mutta he eivät voi hallita päätelaitteen markkinoilletuloa, ja ensimmäisen PCIe 5.0:n odotetaan valmistuvan. laitteet debyyttivät tänä vuonna, ja lisää tuotteita ilmestyy vuonna 2020. Suurempien nopeuksien tarve sai kuitenkin vakiorungon määrittelemään seuraavan sukupolven PCI Expressin. PCIe 5.0:n tavoitteena on nostaa standardin nopeutta mahdollisimman lyhyessä ajassa. Siksi PCIe 5.0 on suunniteltu yksinkertaisesti lisäämään nopeutta PCIe 4.0 -standardiin ilman muita merkittäviä uusia ominaisuuksia.

Esimerkiksi PCIe 5.0 ei tue PAM 4 -signaaleja ja sisältää vain uudet ominaisuudet, joita tarvitaan, jotta PCIe-standardi tukee 32 GT/s nopeutta mahdollisimman lyhyessä ajassa.

Laitteiston haasteet

Suurin haaste valmisteltaessa tuotetta tukemaan PCI Express 5.0:aa liittyy kanavan pituuteen. Mitä nopeampi signaalinopeus, sitä suurempi on PC-kortin kautta lähetettävän signaalin kantoaaltotaajuus. Kahden tyyppiset fyysiset vauriot rajoittavat sitä, missä määrin insinöörit voivat levittää PCIe-signaaleja:

· 1. Kanavan vaimennus

· 2. Heijastukset, joita esiintyy kanavassa impedanssin epäjatkuvuudesta johtuen nastojen, liittimien, läpimenevien reikien ja muiden rakenteiden välillä.

PCIe 5.0 -spesifikaatio käyttää kanavia, joiden vaimennus on -36 dB taajuudella 16 GHz. Taajuus 16 GHz edustaa Nyquistin taajuutta 32 GT/s digitaalisille signaaleille. Esimerkiksi kun PCIe5.0-signaali käynnistyy, sen tyypillinen huipusta huippuun -jännite voi olla 800 mV. Suositellun -36 dB:n kanavan läpimenon jälkeen kaikki yhtäläisyys avoimeen silmään menetetään. Vain käyttämällä lähetinpohjaista taajuuskorjausta (de-accentuating) ja vastaanottimen taajuuskorjausta (CTLE:n ja DFE:n yhdistelmä) PCIe5.0-signaali kulkee järjestelmäkanavan läpi ja vastaanotin voi tulkita sen tarkasti. PCIe 5.0 -signaalin pienin odotettu silmän korkeus on 10 mV (tasauksen jälkeinen). Jopa lähes täydellisellä matalan jitter-lähettimellä kanavan merkittävä vaimennus vähentää signaalin amplitudia siihen pisteeseen, että mikä tahansa muu heijastuksen ja ylikuulumisen aiheuttama signaalivaurio voidaan sulkea silmän palauttamiseksi.