Uvod u specifikacije PCIe 5.0

• Uvod u specifikacije PCIe 5.0

Specifikacija PCIe 4.0 dovršena je 2017. godine, ali potrošačke platforme je nisu podržavale sve do AMD-ove 7nm Rydragon 3000 serije, a prije su samo proizvodi poput superračunala, brze pohrane poduzeća i mrežnih uređaja koristili PCIe 4.0 tehnologiju. Iako se PCIe 4.0 tehnologija još nije primjenjivala u velikim razmjerima, organizacija PCI-SIG već dugo razvija brži PCIe 5.0, brzina signala udvostručila se s trenutnih 16GT/s na 32GT/s, propusnost može doseći 128GB/s, a verzija specifikacije 0.9/1.0 je dovršena. Članovima je poslan tekst verzije v0.7 standarda PCIe 6.0, a razvoj standarda je u tijeku. Brzina prijenosa podataka PCIe 6.0 povećana je na 64 GT/s, što je 8 puta više od PCIe 3.0, a propusnost u x16 kanalima može biti veća od 256 GB/s. Drugim riječima, za postizanje trenutne brzine PCIe 3.0 x8 potreban je samo jedan PCIe 6.0 kanal. Što se tiče v0.7, PCIe 6.0 je postigao većinu izvorno najavljenih značajki, ali potrošnja energije je dodatno poboljšana.d, a standard je nedavno uveo L0p konfiguraciju napajanja. Naravno, nakon najave 2021., PCIe 6.0 može biti komercijalno dostupan najranije 2023. ili 2024. Na primjer, PCIe 5.0 je odobren 2019. i tek sada postoje slučajevi primjene.

U usporedbi s prethodnim standardnim specifikacijama, specifikacije PCIe 4.0 stigle su relativno kasno. Specifikacije PCIe 3.0 uvedene su 2010. godine, 7 godina nakon uvođenja PCIe 4.0, tako da bi vijek trajanja specifikacija PCIe 4.0 mogao biti kratak. Konkretno, neki dobavljači počeli su dizajnirati uređaje fizičkog sloja PCIe 5.0 PHY.

Organizacija PCI-SIG očekuje da će dva standarda koegzistirati neko vrijeme, a PCIe 5.0 se uglavnom koristi za visokoučinkovite uređaje s većim zahtjevima za propusnošću, poput GPU-a za umjetnu inteligenciju, mrežnih uređaja i tako dalje, što znači da je vjerojatnije da će se PCIe 5.0 pojaviti u podatkovnim centrima, mrežama i HPC okruženjima. Uređaji s manjim zahtjevima za propusnošću, poput stolnih računala, mogu koristiti PCIe 4.0.

Za PCIe 5.0, brzina signala je povećana sa 16GT/s kod PCIe 4.0 na 32GT/s, uz i dalje korištenje 128/130 kodiranja, a propusnost x16 je povećana sa 64GB/s na 128GB/s.

Osim udvostručenja propusnosti, PCIe 5.0 donosi i druge promjene, mijenjajući električni dizajn radi poboljšanja integriteta signala, unatrag kompatibilne s PCIe i još mnogo toga. Osim toga, PCIe 5.0 je dizajniran s novim standardima koji smanjuju latenciju i slabljenje signala na velikim udaljenostima.

Organizacija PCI-SIG očekuje dovršetak verzije 1.0 specifikacije u prvom kvartalu ove godine, ali mogu razvijati standarde, ali ne mogu kontrolirati kada će terminalni uređaj biti predstavljen na tržištu, te se očekuje da će prvi PCIe 5.0 uređaji debitirati ove godine, a više proizvoda pojavit će se 2020. Međutim, potreba za većim brzinama potaknula je tijelo za standarde da definira sljedeću generaciju PCI Expressa. Cilj PCIe 5.0 je povećati brzinu standarda u najkraćem mogućem roku. Stoga je PCIe 5.0 dizajniran da jednostavno poveća brzinu na standard PCIe 4.0 bez ikakvih drugih značajnih novih značajki.

Na primjer, PCIe 5.0 ne podržava PAM 4 signale i uključuje samo nove značajke potrebne da bi PCIe standard mogao podržati 32 GT/s u najkraćem mogućem vremenu.

Izazovi hardvera

Glavni izazov u pripremi proizvoda za podršku PCI Express 5.0 bit će povezan s duljinom kanala. Što je brža brzina signala, to je viša noseća frekvencija signala koji se prenosi kroz PC ploču. Dvije vrste fizičkih oštećenja ograničavaju opseg u kojem inženjeri mogu širiti PCIe signale:

· 1. Slabljenje kanala

· 2. Refleksije koje se javljaju u kanalu zbog diskontinuiteta impedancije u pinovima, konektorima, prolaznim rupama i drugim strukturama.

Specifikacija PCIe 5.0 koristi kanale s prigušenjem od -36dB na 16 GHz. Frekvencija od 16 GHz predstavlja Nyquistovu frekvenciju za digitalne signale od 32 GT/s. Na primjer, kada PCIe5.0 signal započne, može imati tipičan napon od vrha do vrha od 800 mV. Međutim, nakon prolaska kroz preporučeni kanal od -36dB, gubi se svaka sličnost s otvorenim okom. Samo primjenom izjednačavanja na bazi odašiljača (de-akcentiranje) i izjednačavanja prijemnika (kombinacija CTLE i DFE) PCIe5.0 signal može proći kroz sistemski kanal i biti točno interpretiran od strane prijemnika. Minimalna očekivana visina oka PCIe 5.0 signala je 10mV (naknadno izjednačavanje). Čak i s gotovo savršenim odašiljačem s niskim podrhtavanjem, značajno prigušenje kanala smanjuje amplitudu signala do točke u kojoj se bilo koja druga vrsta oštećenja signala uzrokovana refleksijom i preslušavanjem može zatvoriti kako bi se oko vratilo.