Вступ до специфікацій PCIe 5.0

• Вступ до специфікацій PCIe 5.0

Специфікацію PCIe 4.0 було завершено у 2017 році, але вона не підтримувалася споживчими платформами до появи 7-нм процесорів AMD серії Rydragon 3000, а раніше технологію PCIe 4.0 використовували лише такі продукти, як суперкомп'ютери, високошвидкісні накопичувачі корпоративного класу та мережеві пристрої. Хоча технологія PCIe 4.0 ще не застосовувалася у великих масштабах, організація PCI-SIG вже давно розробляє швидшу PCIe 5.0, швидкість передачі сигналу подвоїлася з поточних 16 ГТ/с до 32 ГТ/с, пропускна здатність може досягати 128 ГБ/с, а специфікація версії 0.9/1.0 була завершена. Текст стандарту PCIe 6.0 версії 0.7 було надіслано членам, і розробка стандарту йде за планом. Швидкість передачі даних PCIe 6.0 збільшена до 64 ГТ/с, що у 8 разів більше, ніж у PCIe 3.0, а пропускна здатність у каналах x16 може перевищувати 256 ГБ/с. Іншими словами, для досягнення поточної швидкості PCIe 3.0 x8 потрібен лише один канал PCIe 6.0. Що стосується версії 0.7, PCIe 6.0 досяг більшості спочатку анонсованих функцій, але енергоспоживання ще більше покращилося.d, а стандарт нещодавно запровадив конфігурацію живлення L0p. Звичайно, після оголошення у 2021 році, PCIe 6.0 може бути комерційно доступним не раніше 2023 або 2024 року. Наприклад, PCIe 5.0 був схвалений у 2019 році, і лише зараз є приклади застосування.

Порівняно з попередніми стандартними специфікаціями, специфікації PCIe 4.0 з'явилися відносно пізно. Специфікації PCIe 3.0 були представлені у 2010 році, через 7 років після появи PCIe 4.0, тому термін служби специфікацій PCIe 4.0 може бути коротким. Зокрема, деякі постачальники почали розробляти пристрої фізичного рівня PCIe 5.0 PHY.

Організація PCI-SIG очікує, що ці два стандарти співіснуватимуть протягом деякого часу, а PCIe 5.0 в основному використовується для високопродуктивних пристроїв з вищими вимогами до пропускної здатності, таких як графічні процесори для штучного інтелекту, мережеві пристрої тощо, що означає, що PCIe 5.0, швидше за все, з'явиться в центрах обробки даних, мережах та високопродуктивних обчислювальних середовищах. Пристрої з меншими вимогами до пропускної здатності, такі як настільні комп'ютери, можуть використовувати PCIe 4.0.

Для PCIe 5.0 швидкість передачі сигналу була збільшена з 16 ГТ/с у PCIe 4.0 до 32 ГТ/с, при цьому все ще використовується кодування 128/130, а пропускна здатність x16 була збільшена з 64 ГБ/с до 128 ГБ/с.

Окрім подвоєння пропускної здатності, PCIe 5.0 приносить інші зміни, змінюючи електричну конструкцію для покращення цілісності сигналу, забезпечуючи зворотну сумісність з PCIe тощо. Крім того, PCIe 5.0 розроблено з урахуванням нових стандартів, які зменшують затримку та ослаблення сигналу на великих відстанях.

Організація PCI-SIG очікує завершити версію 1.0 специфікації в першому кварталі цього року, проте вони можуть розробляти стандарти, але не можуть контролювати, коли термінальний пристрій буде представлений на ринку, і очікується, що перші пристрої PCIe 5.0 дебютують цього року, а більше продуктів з'являться у 2020 році. Однак потреба у вищих швидкостях спонукала організацію зі стандартизації визначити наступне покоління PCI Express. Метою PCIe 5.0 є збільшення швидкості стандарту в найкоротші терміни. Тому PCIe 5.0 розроблений для простого збільшення швидкості до стандарту PCIe 4.0 без будь-яких інших суттєвих нових функцій.

Наприклад, PCIe 5.0 не підтримує сигнали PAM 4 і включає лише нові функції, необхідні для того, щоб стандарт PCIe міг підтримувати 32 ГТ/с за найкоротший можливий час.

Проблеми з апаратним забезпеченням

Основна проблема підготовки продукту для підтримки PCI Express 5.0 буде пов'язана з довжиною каналу. Чим вища швидкість передачі сигналу, тим вища несуча частота сигналу, що передається через друковану плату. Два типи фізичних пошкоджень обмежують ступінь поширення сигналів PCIe інженерами:

· 1. Згасання каналу

· 2. Відбиття, що виникають у каналі через розриви імпедансу в контактах, роз'ємах, наскрізних отворах та інших структурах.

Специфікація PCIe 5.0 використовує канали з ослабленням -36 дБ на частоті 16 ГГц. Частота 16 ГГц відповідає частоті Найквіста для цифрових сигналів 32 ГТ/с. Наприклад, коли сигнал PCIe5.0 починає працювати, він може мати типову міжпікову напругу 800 мВ. Однак після проходження через рекомендований канал -36 дБ будь-яка схожість з відкритим оком втрачається. Тільки шляхом застосування еквалайзера на основі передавача (деакцентування) та еквалайзера приймача (комбінація CTLE та DFE) сигнал PCIe5.0 може пройти через системний канал і бути точно інтерпретованим приймачем. Мінімальна очікувана висота ока сигналу PCIe 5.0 становить 10 мВ (після еквалайзера). Навіть за майже ідеального передавача з низьким джиттером, значне ослаблення каналу зменшує амплітуду сигналу до точки, де будь-який інший тип пошкодження сигналу, спричинений відбиттям та перехресними перешкодами, може бути закритий для відновлення еквалайзера.