Úvod do specifikací PCIe 5.0

• Úvod do specifikací PCIe 5.0

Specifikace PCIe 4.0 byla dokončena v roce 2017, ale spotřebitelské platformy ji nepodporovaly až do 7nm řady Rydragon 3000 od AMD a dříve technologii PCIe 4.0 používaly pouze produkty jako superpočítače, vysokorychlostní úložiště podnikové třídy a síťová zařízení.Přestože technologie PCIe 4.0 zatím nebyla ve velkém aplikována, organizace PCI-SIG dlouhodobě vyvíjí rychlejší PCIe 5.0, rychlost signálu se zdvojnásobila ze současných 16GT/s na 32GT/s, šířka pásma může dosáhnout 128GB/ s a byla dokončena specifikace verze 0.9/1.0.Členům byl zaslán text standardu PCIe 6.0 ve verzi 0.7 a vývoj standardu je na dobré cestě.Rychlost pinů PCIe 6.0 byla zvýšena na 64 GT/s, což je 8krát více než u PCIe 3.0, a šířka pásma v x16 kanálech může být větší než 256 GB/s.Jinými slovy, současná rychlost PCIe 3.0 x8 vyžaduje k dosažení pouze jeden kanál PCIe 6.0.Pokud jde o v0.7, PCIe 6.0 dosáhlo většiny původně oznámených funkcí, ale spotřeba energie se stále zlepšujed a standard nově zavedl zařízení pro konfiguraci výkonu L0p.Samozřejmě po oznámení v roce 2021 může být PCIe 6.0 komerčně dostupné nejdříve v roce 2023 nebo 2024.Například PCIe 5.0 byl schválen v roce 2019 a teprve nyní existují případy aplikací

Ve srovnání s předchozími standardními specifikacemi přišly specifikace PCIe 4.0 poměrně pozdě.Specifikace PCIe 3.0 byly představeny v roce 2010, 7 let po představení PCIe 4.0, takže životnost specifikací PCIe 4.0 může být krátká.Zejména někteří prodejci začali navrhovat PCIe 5.0 PHY zařízení fyzické vrstvy.

Organizace PCI-SIG očekává, že oba standardy budou nějakou dobu existovat vedle sebe a PCIe 5.0 se používá hlavně pro vysoce výkonná zařízení s vyššími požadavky na propustnost, jako je Gpus pro AI, síťová zařízení atd., což znamená, že PCIe 5.0 je pravděpodobněji se objeví v datových centrech, sítích a prostředích HPC.Zařízení s menšími požadavky na šířku pásma, jako jsou stolní počítače, mohou používat PCIe 4.0.

U PCIe 5.0 byla rychlost signálu zvýšena z PCIe 4.0 z 16GT/s na 32GT/s, stále s použitím kódování 128/130, a šířka pásma x16 byla zvýšena z 64 GB/s na 128 GB/s.

Kromě zdvojnásobení šířky pásma přináší PCIe 5.0 další změny, změnu elektrického designu pro zlepšení integrity signálu, zpětnou kompatibilitu s PCIe a další.PCIe 5.0 bylo navíc navrženo s novými standardy, které snižují latenci a útlum signálu na velké vzdálenosti.

Organizace PCI-SIG očekává dokončení specifikace 1.0 verze v 1. čtvrtletí tohoto roku, ale může vyvíjet standardy, ale nemůže kontrolovat, kdy bude koncové zařízení uvedeno na trh, a očekává se, že první PCIe 5.0 zařízení budou debutovat letos a další produkty se objeví v roce 2020. Potřeba vyšších rychlostí však přiměla standardní tělo k definování další generace PCI Express.Cílem PCIe 5.0 je zvýšit rychlost standardu v co nejkratším čase.Proto je PCIe 5.0 navrženo tak, aby jednoduše zvýšilo rychlost na standard PCIe 4.0 bez dalších významných nových funkcí.

Například PCIe 5.0 nepodporuje signály PAM 4 a obsahuje pouze nové funkce potřebné k tomu, aby standard PCIe podporoval 32 GT/s v co nejkratším čase.

Hardwarové výzvy

Hlavní výzva při přípravě produktu na podporu PCI Express 5.0 bude souviset s délkou kanálu.Čím vyšší je rychlost signálu, tím vyšší je nosná frekvence signálu přenášeného přes desku PC.Dva typy fyzického poškození omezují rozsah, v jakém mohou inženýři šířit signály PCIe:

· 1. Útlum kanálu

· 2. Odrazy, ke kterým dochází v kanálu v důsledku impedančních diskontinuit v kolících, konektorech, průchozích otvorech a jiných strukturách.

Specifikace PCIe 5.0 využívá kanály s -36dB útlumem na 16 GHz.Frekvence 16 GHz představuje Nyquistovu frekvenci pro digitální signály 32 GT/s.Když se například spustí signál PCIe5.0, může mít typické špičkové napětí 800 mV.Po průchodu doporučeným -36dB kanálem se však jakákoli podobnost s otevřeným okem ztratí.Signál PCIe5.0 může procházet systémovým kanálem a přijímač ho přesně interpretovat pouze použitím ekvalizace na základě vysílače (de-akcentuace) a ekvalizace přijímače (kombinace CTLE a DFE).Minimální očekávaná výška očí signálu PCIe 5.0 je 10 mV (po ekvalizaci).Dokonce i u téměř dokonalého vysílače s nízkým jitterem výrazné zeslabení kanálu snižuje amplitudu signálu do bodu, kdy lze zavřít jakýkoli jiný typ poškození signálu způsobeného odrazem a přeslechy a obnovit zrak.