Bevezetés a PCIe 5.0 specifikációkba

• Bevezetés a PCIe 5.0 specifikációkba

A PCIe 4.0 specifikáció 2017-ben készült el, de a fogyasztói platformok csak az AMD 7 nm-es Rydragon 3000 sorozatának megjelenésével kezdték támogatni, és korábban csak olyan termékek használták a PCIe 4.0 technológiát, mint a szuperszámítógépek, a vállalati szintű nagysebességű tárolók és a hálózati eszközök. Bár a PCIe 4.0 technológiát még nem alkalmazták széles körben, a PCI-SIG szervezet régóta fejleszt egy gyorsabb PCIe 5.0-t, a jelsebesség a jelenlegi 16GT/s-ról megduplázódott 32GT/s-ra, a sávszélesség elérheti a 128GB/s-ot, és elkészült a 0.9/1.0 verziójú specifikáció is. A PCIe 6.0 szabvány szövegének v0.7-es verzióját elküldték a tagoknak, és a szabvány fejlesztése jó úton halad. A PCIe 6.0 lábsebességét 64 GT/s-ra növelték, ami nyolcszorosa a PCIe 3.0-nak, az x16 csatornákban a sávszélesség pedig meghaladhatja a 256GB/s-ot. Más szóval, a PCIe 3.0 x8 jelenlegi sebességének eléréséhez mindössze egy PCIe 6.0 csatornára van szükség. Ami a v0.7-et illeti, a PCIe 6.0 a kezdetben bejelentett funkciók nagy részét elérte, de az energiafogyasztás még tovább javult.d, és a szabvány újonnan bevezette az L0p tápkonfigurációs eszközt. Természetesen a 2021-es bejelentés után a PCIe 6.0 legkorábban 2023-ban vagy 2024-ben lehet kereskedelmi forgalomban elérhető. Például a PCIe 5.0-t 2019-ben hagyták jóvá, és csak most vannak alkalmazási esetek.

A korábbi szabványos specifikációkhoz képest a PCIe 4.0 specifikációk viszonylag későn jelentek meg. A PCIe 3.0 specifikációkat 2010-ben vezették be, 7 évvel a PCIe 4.0 bevezetése után, így a PCIe 4.0 specifikációk élettartama rövid lehet. Különösen néhány gyártó kezdett el PCIe 5.0 PHY fizikai rétegű eszközöket tervezni.

A PCI-SIG szervezet arra számít, hogy a két szabvány egy ideig együtt fog létezni, és a PCIe 5.0-t főként nagy teljesítményű, nagyobb átviteli igényű eszközökhöz használják, mint például a mesterséges intelligencia GPU-i, hálózati eszközök stb., ami azt jelenti, hogy a PCIe 5.0 nagyobb valószínűséggel jelenik meg adatközpontokban, hálózati és HPC környezetekben. A kisebb sávszélesség-igényű eszközök, például az asztali számítógépek, használhatják a PCIe 4.0-t.

A PCIe 5.0 esetében a jelsebességet a PCIe 4.0 16GT/s-áról 32GT/s-ra növelték, továbbra is 128/130 kódolást használva, az x16 sávszélességet pedig 64GB/s-ról 128GB/s-ra növelték.

A sávszélesség megduplázása mellett a PCIe 5.0 további változásokat is hoz, többek között megváltoztatja az elektromos kialakítást a jel integritásának javítása érdekében, visszafelé kompatibilis a PCIe-vel. Ezenkívül a PCIe 5.0-t új szabványokkal tervezték, amelyek csökkentik a késleltetést és a jelcsillapítást nagy távolságokon.

A PCI-SIG szervezet a specifikáció 1.0-s verziójának elkészültét az idei év első negyedévében tervezi, de szabványokat fejleszthetnek, de nem tudják befolyásolni, hogy mikor kerül piacra a termináleszköz. Az első PCIe 5.0 eszközök várhatóan még idén debütálnak, további termékek pedig 2020-ban jelennek meg. A nagyobb sebesség iránti igény azonban arra késztette a szabványügyi testületet, hogy meghatározza a PCI Express következő generációját. A PCIe 5.0 célja a szabvány sebességének növelése a lehető legrövidebb idő alatt. Ezért a PCIe 5.0-t úgy tervezték, hogy egyszerűen növelje a sebességet a PCIe 4.0 szabványra, minden más jelentős új funkció nélkül.

Például a PCIe 5.0 nem támogatja a PAM 4 jeleket, és csak azokat az új funkciókat tartalmazza, amelyek ahhoz szükségesek, hogy a PCIe szabvány a lehető legrövidebb idő alatt támogassa a 32 GT/s sebességet.

Hardveres kihívások

A PCI Express 5.0 támogatására szolgáló termék előkészítésének legnagyobb kihívása a csatornahosszhoz kapcsolódik. Minél gyorsabb a jelsebesség, annál magasabb a NYÁK-lapon áthaladó jel vivőfrekvenciája. Kétféle fizikai sérülés korlátozza a mérnökök számára a PCIe jelek terjedésének mértékét:

· 1. Csatorna csillapítása

· 2. A csatornában a csatlakozók, csatlakozók, átmenő furatok és egyéb szerkezetek impedancia-folytonossági hibái miatt fellépő visszaverődések.

A PCIe 5.0 specifikáció -36 dB csillapítású csatornákat használ 16 GHz-en. A 16 GHz-es frekvencia a 32 GT/s digitális jelek Nyquist-frekvenciáját jelöli. Például, amikor a PCIe5.0 jel elindul, tipikus csúcs-csúcs feszültsége 800 mV lehet. Az ajánlott -36 dB-es csatornán való áthaladás után azonban elvész a nyitott szemhez való bármilyen hasonlóság. Csak adóalapú kiegyenlítés (kiegyenlítés) és vevőalapú kiegyenlítés (CTLE és DFE kombinációja) alkalmazásával tud a PCIe5.0 jel áthaladni a rendszercsatornán, és a vevő pontosan értelmezni. A PCIe 5.0 jel minimálisan elvárt szemmagassága 10 mV (kiegyenlítés után). Még egy közel tökéletesen alacsony jitterű adóval is a csatorna jelentős csillapítása csökkenti a jel amplitúdóját olyan pontra, hogy a visszaverődés és áthallás által okozott bármilyen más jelkárosodás megszüntethető a szem helyreállítása érdekében.