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PCIe 4.0規格更新報告!

2015年07月07日  | Ransom Stephens

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2015年PCI-SIG開發者大會針對PCI Express(PCIe)Gen 4規格的四大重點是低功耗、物聯網(IoT)、行動應用程式與預期(Anticipation)。雖然傳統的PCIe應用在高效能運算(High Performance Computing,HPC)和個人電腦(不同於高效能運算)平台仍然是主導標準。更近點仔細看,我看到許多人的興趣在模擬測量比較,並且持續加重在試圖優化時脈、均衡和串擾(Crosstalk)。


首先第一件事,PCIe定位是周邊元件介面接口,已經存在幾十年,並實現3年前的規格預言—從「未來所有基於客戶端的存儲附件都將採用的PCI-Express(All future client-based storage attachments will use PCI-Express)」一文即可了解。


當提到物聯網,我們真正的意思是低功耗,以及來自幾十億聯網裝置衍生的巨量資料(Big Data)。


英特爾工程師暨PCI-SIG市場行銷工作小組主席Ramin Neshati可說是個先知,也做了上述的預言,並強調「低功耗不是新的主張!」Half Swing規格從PCIe第一代2.5Gbit/s運作於400毫瓦(mW)已經出現,第四代標準將涵蓋一個新的200毫瓦四分之一電壓擺動狀態(Quarter-Swing States)規格,目標是待機L1子狀態(Sub-states)要能確確實實地降到微瓦。


PCIe能進入行動裝置領域是藉由M-PCIe的調整,運作在MIMP的低功耗M-PHY。


PCIe的實力應在物聯網創造的移動巨量資料狀況下站出來。NEC曾有一張圖片(下圖),我認為有抓到此種巨量資料情況的精髓:這個真實的世界就像來自工具、監視器、監視設備與圍繞在我們生活周邊事物的資料來源:而這些數據必須找到自己在伺服器與儲存裝置的一條康莊大道。


這張圖片是我截自於NEC在PCI-SIG新聞發布會的講綱。(圖片來源:PCI-SIG,Ransom裁剪)
這張圖片是我截自於NEC在PCI-SIG新聞發布會的講綱。(圖片來源:PCI-SIG,Ransom裁剪)

Neshati預測指出,自2012年開始,PCIe儲存裝置會開始採用非揮發性記憶體Non-volatile Memory Express,NVMe)—此標準規格與PCIe-SSD互相連結。固態硬碟(SSD)儲存裝置市場逐漸開展,且針對已快過時的串列SCSI(Serial Attached SCSI, SAS;小型電腦系統傳輸介面)與串行ATA (serial advanced technology attachment ,SATA)旋轉磁盤給予幾個支援功能。如果沒有這種「無奈的」支援,NVMe是一個很親民的技術,現在該技術被加入支援任何裝置的SFF-8639(小巧外型)連接器,且PCIe為高密度SSD儲存裝置創造一個熱插拔骨幹。


儲存連接器的比較。(圖片來源:Demartek.com)
儲存連接器的比較。(圖片來源:Demartek.com)

該PCIe 4.0規範涵蓋了業界最好的傳輸線材,不過OCuLink(光纖/銅纜鏈接,Optical/Copper Link)正在被最終審查。Neshati表示,這是「幾乎完成的」,因此今年秋天有機會看到1.0版規範。OCuLink具高頻寬(在PCIe 3.0已超過32Gbit/s)、可傳輸幾公尺距離長的纜線,無論製造商使用光纖或金屬線,只要電纜符合訊號完整性的規格即可。


我必須很失望的告訴大家,我並未在2015年PCI-SIG開發者大會中看到OCuLink纜線的展示品。Samtec有一些用在顯示器的纜線,這些纜線是採用光纖以單純傳輸數據,可傳輸幾公尺遠,連接器也內建E-O和O-E轉換器,但並未被標記是OCuLink。


由於這是篇快速讓讀者「囫圇吞棗」的更新,因此我會在之後的文章詳細介紹以下兩項主題。


第一個挑戰,若是大多數人都利用PCIe 4.0的跡象出現,也並不表示萬無一失的解決方案已經出現。在2015年PCI-SIG開發者大會,每家測試和量測公司只是以其具備新功能的工具驗證系統和電路模擬。


當電路模擬已被公認變得更好、更便宜、可以更快的方式設計電路,精確度將會成為越來愈重要的問題。這個問題通常是「我如何知道我的模擬以可幾近現實?」這個問題牽涉到晶片內部真正的訊號分析,但卻無法進到晶片內部進行測試。


第二,如果你願意,可以密切關注PCIe 4.0 16Gbit/s版本的開發。針對如何優化FFE(Feed-forward Equalization)的主題,會有三個獨立的演示涵蓋其變化—通常被稱之為去加重(de-emphasis)—以及時脈恢復。連續時間線性等化器增益(Continuous Time Linear Equalizer,CTLE),與在接收器DFE(Decision Feedback Equalization)的數量。之後,我將端上更多令人吃驚的結果,應該可以做出一頓令人滿意的夏季餐點。





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