Введение в спецификации PCIe 5.0

• 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 разрабатывает более быструю 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.