- Введение в спецификации PCIe 5.0
Спецификация PCIe 4.0 была завершена в 2017 году, но она не поддерживалась потребительскими платформами до 7-нм серии Rydragon 3000 от AMD, а ранее технологию PCIe 4.0 использовали только такие продукты, как суперкомпьютеры, высокоскоростные хранилища корпоративного класса и сетевые устройства. Хотя технология PCIe 4.0 еще не получила широкого распространения, организация PCI-SIG уже давно занимается разработкой более быстрой PCIe 5.0, скорость сигнала увеличилась вдвое с нынешних 16 ГТ/с до 32 ГТ/с, пропускная способность может достигать 128 ГБ/с. s, и спецификация версии 0.9/1.0 завершена. Текст стандарта PCIe 6.0 версии v0.7 был разослан членам, и разработка стандарта идет полным ходом. Скорость вывода PCIe 6.0 увеличена до 64 ГТ/с, что в 8 раз больше, чем у PCIe 3.0, а пропускная способность в каналах x16 может превышать 256 ГБ/с. Другими словами, для достижения текущей скорости PCIe 3.0 x8 требуется только один канал PCIe 6.0. Что касается версии 0.7, PCIe 6.0 реализовал большинство первоначально заявленных функций, но энергопотребление еще больше улучшилось.d, и в стандарте недавно введен механизм конфигурации мощности L0p. Конечно, после анонса в 2021 году PCIe 6.0 может стать коммерчески доступным не раньше 2023 или 2024 года. Например, PCIe 5.0 был одобрен в 2019 году, и только сейчас появились случаи применения.
По сравнению с предыдущими стандартными спецификациями, спецификации PCIe 4.0 появились относительно поздно. Спецификации PCIe 3.0 были представлены в 2010 году, через 7 лет после появления PCIe 4.0, поэтому срок службы спецификаций PCIe 4.0 может быть коротким. В частности, некоторые поставщики начали разрабатывать устройства физического уровня PCIe 5.0 PHY.
Организация PCI-SIG ожидает, что эти два стандарта будут сосуществовать в течение некоторого времени, а PCIe 5.0 в основном используется для высокопроизводительных устройств с более высокими требованиями к пропускной способности, таких как графические процессоры для искусственного интеллекта, сетевых устройств и т. д., а это означает, что PCIe 5.0 с большей вероятностью появится в центрах обработки данных, сетях и средах HPC. Устройства с меньшими требованиями к пропускной способности, например настольные компьютеры, могут использовать PCIe 4.0.
Для PCIe 5.0 скорость сигнала была увеличена с 16 ГТ/с в PCIe 4.0 до 32 ГТ/с, при этом по-прежнему используется кодировка 128/130, а пропускная способность x16 увеличена с 64 ГБ/с до 128 ГБ/с.
Помимо удвоения пропускной способности, PCIe 5.0 вносит и другие изменения, изменяя электрическую схему для улучшения целостности сигнала, обратной совместимости с PCIe и многого другого. Кроме того, PCIe 5.0 разработан с учетом новых стандартов, которые уменьшают задержку и затухание сигнала на больших расстояниях.
Организация PCI-SIG планирует завершить работу над версией спецификации 1.0 в первом квартале этого года, но они могут разрабатывать стандарты, но не могут контролировать, когда терминальное устройство будет представлено на рынке, и ожидается, что первый PCIe 5.0 устройства дебютируют в этом году, а в 2020 году появится больше продуктов. Однако потребность в более высоких скоростях побудила организацию по стандартизации определить следующее поколение PCI Express. Цель PCIe 5.0 — повысить скорость стандарта в кратчайшие сроки. Таким образом, PCIe 5.0 предназначен для простого увеличения скорости до стандарта PCIe 4.0 без каких-либо других существенных новых функций.
Например, PCIe 5.0 не поддерживает сигналы PAM 4 и включает только новые функции, необходимые для того, чтобы стандарт PCIe мог поддерживать скорость 32 ГТ/с в кратчайшие сроки.
Аппаратные проблемы
Основная проблема при подготовке продукта для поддержки PCI Express 5.0 будет связана с длиной канала. Чем выше скорость сигнала, тем выше несущая частота сигнала, передаваемого через плату ПК. Два типа физических повреждений ограничивают степень, в которой инженеры могут распространять сигналы PCIe:
· 1. Затухание канала
· 2. Отражения, возникающие в канале из-за разрывов импеданса в выводах, разъемах, сквозных отверстиях и других конструкциях.
Спецификация PCIe 5.0 использует каналы с затуханием -36 дБ на частоте 16 ГГц. Частота 16 ГГц представляет частоту Найквиста для цифровых сигналов со скоростью 32 ГТ/с. Например, когда сигнал PCIe5.0 запускается, его типичное размах напряжения может составлять 800 мВ. Однако после прохождения рекомендованного канала -36 дБ всякое сходство с открытым глазом теряется. Только применяя коррекцию на основе передатчика (деакцентуацию) и коррекцию приемника (комбинацию CTLE и DFE), сигнал PCIe5.0 может пройти через системный канал и быть точно интерпретирован приемником. Минимальная ожидаемая высота глазка сигнала PCIe 5.0 составляет 10 мВ (после выравнивания). Даже при использовании почти идеального передатчика с низким джиттером значительное затухание в канале снижает амплитуду сигнала до такой степени, что любой другой тип повреждения сигнала, вызванный отражением и перекрестными помехами, может быть устранен для восстановления глаза.
Время публикации: 06 июля 2023 г.
