Introducere în specificațiile PCIe 5.0

• Introducere în specificațiile PCIe 5.0

Specificația PCIe 4.0 a fost finalizată în 2017, dar nu a fost suportată de platformele de consum până la seria Rydragon 3000 de 7nm de la AMD, iar anterior doar produse precum supercomputerele, stocarea de mare viteză la nivel de întreprindere și dispozitivele de rețea utilizau tehnologia PCIe 4.0. Deși tehnologia PCIe 4.0 nu a fost încă aplicată pe scară largă, organizația PCI-SIG dezvoltă de mult timp un PCIe 5.0 mai rapid, rata semnalului s-a dublat de la 16GT/s actual la 32GT/s, lățimea de bandă poate ajunge la 128GB/s, iar versiunea 0.9/1.0 a specificației a fost finalizată. Versiunea v0.7 a textului standardului PCIe 6.0 a fost trimisă membrilor, iar dezvoltarea standardului este pe drumul cel bun. Rata pinilor PCIe 6.0 a fost crescută la 64 GT/s, ceea ce este de 8 ori mai mare decât cea a PCIe 3.0, iar lățimea de bandă în canalele x16 poate fi mai mare de 256GB/s. Cu alte cuvinte, viteza actuală a PCIe 3.0 x8 necesită un singur canal PCIe 6.0 pentru a fi atinsă. În ceea ce privește versiunea v0.7, PCIe 6.0 a atins majoritatea caracteristicilor anunțate inițial, dar consumul de energie este în continuare îmbunătățit.d, iar standardul a introdus recent configurația de alimentare L0p. Desigur, după anunțul din 2021, PCIe 6.0 ar putea fi disponibil comercial cel mai devreme în 2023 sau 2024. De exemplu, PCIe 5.0 a fost aprobat în 2019 și abia acum există cazuri de aplicare.

Comparativ cu specificațiile standard anterioare, specificațiile PCIe 4.0 au apărut relativ târziu. Specificațiile PCIe 3.0 au fost introduse în 2010, la 7 ani după introducerea PCIe 4.0, așadar durata de viață a specificațiilor PCIe 4.0 poate fi scurtă. În special, unii furnizori au început să proiecteze dispozitive PCIe 5.0 PHY pentru stratul fizic.

Organizația PCI-SIG se așteaptă ca cele două standarde să coexiste o perioadă de timp, iar PCIe 5.0 este utilizat în principal pentru dispozitive de înaltă performanță cu cerințe de randament mai mari, cum ar fi GPU-urile pentru inteligență artificială, dispozitivele de rețea și așa mai departe, ceea ce înseamnă că PCIe 5.0 este mai probabil să apară în mediile de centre de date, rețea și HPC. Dispozitivele cu cerințe de lățime de bandă mai mici, cum ar fi desktop-urile, pot utiliza PCIe 4.0.

Pentru PCIe 5.0, rata semnalului a fost crescută de la 16GT/s în PCIe 4.0 la 32GT/s, utilizând în continuare codarea 128/130, iar lățimea de bandă x16 a fost mărită de la 64GB/s la 128GB/s.

Pe lângă dublarea lățimii de bandă, PCIe 5.0 aduce și alte modificări, cum ar fi modificarea designului electric pentru a îmbunătăți integritatea semnalului, compatibilitatea inversă cu PCIe și multe altele. În plus, PCIe 5.0 a fost conceput cu noi standarde care reduc latența și atenuarea semnalului pe distanțe lungi.

Organizația PCI-SIG se așteaptă să finalizeze versiunea 1.0 a specificației în primul trimestru al acestui an, însă poate dezvolta standarde, dar nu poate controla momentul în care dispozitivul terminal va fi introdus pe piață și se așteaptă ca primele dispozitive PCIe 5.0 să debuteze în acest an, iar mai multe produse vor apărea în 2020. Cu toate acestea, nevoia de viteze mai mari a determinat organismul de standardizare să definească următoarea generație de PCI Express. Scopul PCIe 5.0 este de a crește viteza standardului în cel mai scurt timp posibil. Prin urmare, PCIe 5.0 este conceput pur și simplu pentru a crește viteza la standardul PCIe 4.0, fără alte caracteristici noi semnificative.

De exemplu, PCIe 5.0 nu acceptă semnale PAM 4 și include doar noile caracteristici necesare pentru a permite standardului PCIe să suporte 32 GT/s în cel mai scurt timp posibil.

Provocări hardware

Principala provocare în pregătirea unui produs care să suporte PCI Express 5.0 va fi legată de lungimea canalului. Cu cât rata semnalului este mai mare, cu atât frecvența purtătoare a semnalului transmis prin placa de circuit imprimat este mai mare. Două tipuri de daune fizice limitează măsura în care inginerii pot propaga semnalele PCIe:

· 1. Atenuarea canalului

· 2. Reflexii care apar în canal din cauza discontinuităților de impedanță din pini, conectori, găuri traversante și alte structuri.

Specificația PCIe 5.0 utilizează canale cu atenuare de -36dB la 16 GHz. Frecvența de 16 GHz reprezintă frecvența Nyquist pentru semnale digitale de 32 GT/s. De exemplu, atunci când semnalul PCIe5.0 pornește, acesta poate avea o tensiune vârf-vârf tipică de 800 mV. Cu toate acestea, după trecerea prin canalul recomandat de -36dB, orice asemănare cu un ochi deschis se pierde. Numai prin aplicarea egalizării bazate pe emițător (de-accentuare) și a egalizării receptorului (o combinație de CTLE și DFE) semnalul PCIe5.0 poate trece prin canalul sistemului și poate fi interpretat cu precizie de către receptor. Înălțimea minimă așteptată a ochiului pentru un semnal PCIe 5.0 este de 10 mV (post-egalizare). Chiar și cu un emițător cu jitter redus aproape perfect, atenuarea semnificativă a canalului reduce amplitudinea semnalului până la punctul în care orice alt tip de deteriorare a semnalului cauzată de reflexie și diafonie poate fi închis pentru a restabili aspectul vizual.