Úvod do špecifikácií PCIe 5.0

• Úvod do špecifikácií PCIe 5.0

Špecifikácia PCIe 4.0 bola dokončená v roku 2017, ale spotrebiteľské platformy ju nepodporovali až do 7nm série Rydragon 3000 od AMD a predtým iba produkty ako superpočítače, vysokorýchlostné úložiská podnikovej triedy a sieťové zariadenia používali technológiu PCIe 4.0.Aj keď technológia PCIe 4.0 zatiaľ nie je vo veľkom aplikovaná, organizácia PCI-SIG už dlho vyvíja rýchlejšie PCIe 5.0, rýchlosť signálu sa zdvojnásobila zo súčasných 16GT/s na 32GT/s, šírka pásma môže dosiahnuť 128GB/ s a bola dokončená špecifikácia verzie 0.9/1.0.Verzia v0.7 textu štandardu PCIe 6.0 bola odoslaná členom a vývoj štandardu je na dobrej ceste.Rýchlosť pinov PCIe 6.0 sa zvýšila na 64 GT/s, čo je 8-násobok oproti PCIe 3.0, a šírka pásma v x16 kanáloch môže byť väčšia ako 256 GB/s.Inými slovami, aktuálna rýchlosť PCIe 3.0 x8 vyžaduje na dosiahnutie iba jedného PCIe 6.0 kanála.Pokiaľ ide o verziu 0.7, PCIe 6.0 dosiahlo väčšinu pôvodne oznámených funkcií, ale spotreba energie sa stále zlepšujed a štandard novo zaviedol zariadenie na konfiguráciu výkonu L0p.Samozrejme, po oznámení v roku 2021 môže byť PCIe 6.0 komerčne dostupné najskôr v roku 2023 alebo 2024.Napríklad PCIe 5.0 bol schválený v roku 2019 a až teraz existujú prípady použitia

V porovnaní s predchádzajúcimi štandardnými špecifikáciami prišli špecifikácie PCIe 4.0 pomerne neskoro.Špecifikácie PCIe 3.0 boli predstavené v roku 2010, 7 rokov po predstavení PCIe 4.0, takže životnosť špecifikácií PCIe 4.0 môže byť krátka.Najmä niektorí predajcovia začali navrhovať zariadenia fyzickej vrstvy PCIe 5.0 PHY.

Organizácia PCI-SIG očakáva, že tieto dva štandardy budú nejaký čas koexistovať a PCIe 5.0 sa používa hlavne pre vysokovýkonné zariadenia s vyššími požiadavkami na priepustnosť, ako sú Gpus pre AI, sieťové zariadenia atď., čo znamená, že PCIe 5.0 je pravdepodobnejšie sa objavia v dátových centrách, sieťach a prostrediach HPC.Zariadenia s menšími požiadavkami na šírku pásma, ako sú stolné počítače, môžu používať PCIe 4.0.

Pre PCIe 5.0 sa rýchlosť signálu zvýšila z PCIe 4.0 16GT/s na 32GT/s, pričom sa stále používa kódovanie 128/130, a šírka pásma x16 sa zvýšila zo 64 GB/s na 128 GB/s.

Okrem zdvojnásobenia šírky pásma prináša PCIe 5.0 ďalšie zmeny, zmenu elektrického dizajnu s cieľom zlepšiť integritu signálu, spätnú kompatibilitu s PCIe a ďalšie.Okrem toho bol PCIe 5.0 navrhnutý s novými štandardmi, ktoré znižujú latenciu a útlm signálu na veľké vzdialenosti.

Organizácia PCI-SIG očakáva, že 1.0 verziu špecifikácie dokončí v 1. štvrťroku tohto roka, ale môže vyvíjať štandardy, ale nemôže kontrolovať, kedy bude koncové zariadenie uvedené na trh, a očakáva sa, že prvé PCIe 5.0 zariadenia budú debutovať tento rok a ďalšie produkty sa objavia v roku 2020. Potreba vyšších rýchlostí však podnietila štandardné telo k definovaniu ďalšej generácie PCI Express.Cieľom PCIe 5.0 je zvýšiť rýchlosť štandardu v čo najkratšom čase.Preto je PCIe 5.0 navrhnutý tak, aby jednoducho zvýšil rýchlosť na štandard PCIe 4.0 bez akýchkoľvek ďalších významných nových funkcií.

Napríklad PCIe 5.0 nepodporuje signály PAM 4 a obsahuje iba nové funkcie potrebné na to, aby štandard PCIe podporoval rýchlosť 32 GT/s v čo najkratšom čase.

Hardvérové ​​výzvy

Hlavná výzva pri príprave produktu na podporu PCI Express 5.0 bude súvisieť s dĺžkou kanála.Čím vyššia je rýchlosť signálu, tým vyššia je nosná frekvencia signálu prenášaného cez dosku PC.Dva typy fyzického poškodenia obmedzujú rozsah, v akom môžu inžinieri šíriť signály PCIe:

· 1. Útlm kanála

· 2. Odrazy, ktoré sa vyskytujú v kanáli v dôsledku impedančných diskontinuít v kolíkoch, konektoroch, priechodných otvoroch a iných štruktúrach.

Špecifikácia PCIe 5.0 využíva kanály s -36dB útlmom pri 16 GHz.Frekvencia 16 GHz predstavuje Nyquistovu frekvenciu pre digitálne signály 32 GT/s.Napríklad, keď sa spustí signál PCIe5.0, môže mať typické špičkové napätie 800 mV.Po prechode cez odporúčaný -36dB kanál sa však stráca akákoľvek podobnosť s otvoreným okom.Signál PCIe5.0 môže prechádzať cez systémový kanál a prijímač ho presne interpretuje iba použitím ekvalizácie na základe vysielača (zrušenie zvýraznenia) a ekvalizácie prijímača (kombinácia CTLE a DFE).Minimálna očakávaná výška očí signálu PCIe 5.0 je 10 mV (post-ekvalizácia).Dokonca aj s takmer dokonalým vysielačom s nízkym jitterom výrazné zoslabenie kanála znižuje amplitúdu signálu do bodu, kedy je možné uzavrieť akýkoľvek iný typ poškodenia signálu spôsobeného odrazom a presluchom, aby sa obnovil zrak.