Sissejuhatus PCIe 5.0 spetsifikatsioonidesse

• Sissejuhatus PCIe 5.0 spetsifikatsioonidesse

PCIe 4.0 spetsifikatsioon valmis 2017. aastal, kuid tarbijaplatvormid ei toetanud seda enne AMD 7nm Rydragon 3000 seeriat ning varem kasutasid PCIe 4.0 tehnoloogiat ainult sellised tooted nagu superarvutid, ettevõtteklassi kiired salvestusseadmed ja võrguseadmed. Kuigi PCIe 4.0 tehnoloogiat pole veel laialdaselt rakendatud, on PCI-SIG organisatsioon juba pikka aega arendanud kiiremat PCIe 5.0, signaali kiirus on kahekordistunud praegusest 16 GT/s-st 32 GT/s-ni, ribalaius võib ulatuda 128 GB/s-ni ja versiooni 0.9/1.0 spetsifikatsioon on valmis. PCIe 6.0 standardi teksti v0.7 versioon on liikmetele saadetud ja standardi väljatöötamine on plaanis. PCIe 6.0 pin-kiirust on suurendatud 64 GT/s-ni, mis on 8 korda suurem kui PCIe 3.0-l, ja ribalaius x16 kanalites võib olla suurem kui 256 GB/s. Teisisõnu, PCIe 3.0 x8 praeguse kiiruse saavutamiseks on vaja ainult ühte PCIe 6.0 kanalit. Mis puutub v0.7-sse, siis PCIe 6.0 on saavutanud enamiku algselt väljakuulutatud funktsioonidest, kuid energiatarve on veelgi paranenud.d ja standard on hiljuti tutvustanud L0p toitekonfiguratsiooni varustust. Loomulikult võib PCIe 6.0 pärast 2021. aasta väljakuulutamist olla kaubanduslikult saadaval kõige varem 2023. või 2024. aastal. Näiteks PCIe 5.0 kiideti heaks 2019. aastal ja alles nüüd on olemas rakendusjuhtumeid.

Võrreldes varasemate standardspetsifikatsioonidega ilmusid PCIe 4.0 spetsifikatsioonid suhteliselt hilja. PCIe 3.0 spetsifikatsioonid võeti kasutusele 2010. aastal, 7 aastat pärast PCIe 4.0 kasutuselevõttu, seega võib PCIe 4.0 spetsifikatsioonide eluiga olla lühike. Eelkõige on mõned tootjad hakanud disainima PCIe 5.0 PHY füüsilise kihi seadmeid.

PCI-SIG organisatsioon eeldab, et need kaks standardit eksisteerivad veel mõnda aega koos ning PCIe 5.0-d kasutatakse peamiselt suure jõudlusega ja suurema läbilaskevõimega seadmetes, näiteks tehisintellekti graafikakaartides, võrguseadmetes jne, mis tähendab, et PCIe 5.0 ilmub tõenäolisemalt andmekeskustes, võrkudes ja HPC keskkondades. Väiksema ribalaiuse nõuetega seadmed, näiteks lauaarvutid, saavad kasutada PCIe 4.0-d.

PCIe 5.0 puhul on signaali kiirust suurendatud PCIe 4.0 16 GT/s-lt 32 GT/s-ni, kasutades endiselt 128/130 kodeeringut, ja x16 ribalaiust on suurendatud 64 GB/s-lt 128 GB/s-ni.

Lisaks ribalaiuse kahekordistamisele toob PCIe 5.0 kaasa ka muid muudatusi, muutes elektrilist konstruktsiooni signaali terviklikkuse parandamiseks, tagasiühilduvust PCIe-ga ja palju muud. Lisaks on PCIe 5.0 loodud uute standarditega, mis vähendavad latentsust ja signaali sumbumist pikkade vahemaade puhul.

PCI-SIG organisatsioon loodab spetsifikatsiooni 1.0 versiooni valmis saada selle aasta esimeses kvartalis, kuid nad saavad küll standardeid välja töötada, kuid nad ei saa kontrollida, millal terminaliseade turule tuleb. Eeldatakse, et esimesed PCIe 5.0 seadmed debüteerivad sel aastal ja 2020. aastal ilmub veelgi tooteid. Vajadus suurema kiiruse järele ajendas standardiorganisatsiooni määratlema järgmise põlvkonna PCI Expressi. PCIe 5.0 eesmärk on suurendada standardi kiirust võimalikult lühikese aja jooksul. Seetõttu on PCIe 5.0 loodud lihtsalt kiiruse suurendamiseks PCIe 4.0 standardini ilma muude oluliste uute funktsioonideta.

Näiteks PCIe 5.0 ei toeta PAM 4 signaale ja sisaldab ainult uusi funktsioone, mis on vajalikud PCIe standardi toetamiseks kiirusel 32 GT/s võimalikult lühikese aja jooksul.

Riistvaraprobleemid

PCI Express 5.0 toetava toote ettevalmistamise peamine väljakutse on seotud kanali pikkusega. Mida kiirem on signaali kiirus, seda kõrgem on trükkplaadi kaudu edastatava signaali kandesagedus. Inseneride võimalusi PCIe signaalide levitamiseks piiravad kahte tüüpi füüsilised kahjustused:

· 1. Kanali sumbumine

· 2. Peegeldused, mis tekivad kanalis tihvtide, pistikute, läbivate aukude ja muude struktuuride impedantsi katkestuste tõttu.

PCIe 5.0 spetsifikatsioon kasutab kanaleid, mille sumbuvus on -36 dB sagedusel 16 GHz. Sagedus 16 GHz tähistab Nyquisti sagedust 32 GT/s digitaalsignaalide jaoks. Näiteks kui PCIe5.0 signaal käivitub, võib selle tüüpiline tippudevaheline pinge olla 800 mV. Pärast soovitatava -36 dB kanali läbimist kaob aga igasugune sarnasus avatud silmaga. Ainult saatjapõhise ekvalisatsiooni (de-aktsentueerimine) ja vastuvõtja ekvalisatsiooni (CTLE ja DFE kombinatsioon) rakendamisega saab PCIe5.0 signaal läbida süsteemikanali ja vastuvõtja seda täpselt tõlgendada. PCIe 5.0 signaali minimaalne eeldatav silma kõrgus on 10 mV (pärast ekvalisatsiooni). Isegi peaaegu ideaalselt madala jitteriga saatja korral vähendab kanali märkimisväärne sumbumine signaali amplituudi punktini, kus igasugune muud tüüpi peegeldusest ja läbikostest tingitud signaalikahjustus saab silma taastamiseks sulgeda.