DIODES 達爾科技PCI Express 高速世代的演進

PCI Express,簡稱PCI-E,官方簡稱PCIe,是電腦匯流排的一個重要分支,它沿用既有的PCI編程概念及訊號標準,並且構建了更加高速的串行通信系統標準。目前這一標準由PCI-SIG組織制定和維護。PCIe僅應用於內部互連。由於PCIe是基於既有的PCI系統,所以只需修改實體層而無須修改軟體就可將現有PCI系統轉換為PCIe。

在全球對高速數據傳輸的需求沒有減弱的跡象,並繼續向供應商要求提供更快地處理更多的位元。 這種壓力在大型數據中心中尤為明顯,它們正在應對日益增長的帶寬需求趨勢。 這些趨勢包括對娛樂流媒體、物聯網應用、與聯網汽車和自動駕駛相關的服務以及具有密集分析的企業數字化轉型的需求增長。

負責當今網絡和接口協議的各個機構正在加緊努力,以從他們的標準中擠出下一個性能提升。然而,網絡中不同點之間過度的速度不匹配會導致瓶頸。進展速度需要處於領先地位,但不同的協議應該以相似的速度向前發展也很重要。

在領先數據中心運營商的需求推動下,PCIexpress® (PCIe®) 的發展幾乎與不斷發展的多千兆乙太網規範保持同步。運營商正在從 100Gbit 乙太網轉向在其整個場所採用最新的 400Gbit 連接。為了最大限度地提高獲得的收益,需要更新更快的 PCIe 帶寬來將數據中心的服務器與本地外圍設備(例如存儲和 AI 加速卡)連接起來。 PCIe 4.0 規範於 2017 年發布,帶寬是上一代的兩倍。隨後在 2019 年發布了 PCIe 5.0,將傳輸速度提高到 32GT/s,為 x16 鏈路提供 128GB/s 的總帶寬。

上圖總結了各代 PCIe 的總速度。 PCI-SIG 已經在致力於 PCIe 6.0 並預計在 2021 年完成新規範。 PCIe 很可能將繼續成為追求性能的外設通信的首選協議。

PCIe 5.0 產品現已進入市場。但是,舊規格沒有到期日期。向後兼容性是 PCIe 的一個關鍵優勢,它允許較早的規範為機會提供經過驗證的高性能解決方案,例如個人計算、遊戲以及一些企業計算和網絡應用程序。

除了按照最新規範設計的設備外,設計人員還需要高度集成的現成 PCIe 芯片,以支持早期幾代產品,以利用這些既定且廣泛接受的標準。然後,設計人員可以從幾代 PCIe 中選擇最合適的選項,以實現具有出色性能的實用且經濟的解決方案。就芯片製造商而言,他們可以繼續利用他們的設計 IP 和對與每一代 PCIe 標準相關的客戶支持知識的投資。

Diodes 達爾科技擁有多種標準 IC,可為 PCIe 2.0、3.0、4.0 和 5.0 代提供支持(如下圖所示)。設計人員可以選擇其中任何一種來為各種應用實現高性能接口。





如上圖,橋接器和交換機是 PCIe 架構中的關鍵組件,用於連接各種類型的主機和端點設備。數據包橋通常提供 OSI 參考模型中兩層之間或兩個協議之間的接口。橋接器還可用於連接 PCIe 和傳統 PCI 標準,包括 PCI-X,或連接到 USB 端口或 UART 總線接口。分組交換機是多端口/多通道設備,通常用於將單個根聯合體擴展到多個端口。提供額外的通道用於訪問其他對等系統,例如外圍設備或線卡。 Diodes 提供具有各種端口配置和轉換功能的數據包網橋和交換機。

此外,Diodes 結合了 PCIe 數據包交換機和 PCIe-to-USB2.0 橋接器的功能,以創建 PI7C9X442SL PCI Express-to-USB 2.0 PCIe Swdge™。這種創新設備可以從一個 PCIe x1 上游端口扇出到兩個 x1 下游端口和四個 USB 2.0 端口,允許從系統主機處理器訪問多個 PCIe 和 USB 設備。

為了提高高速系統中的信號完整性,或者在需要通過更長連接(例如外部顯卡或外部存儲)驅動信號的任何地方,用於 PCIe 2.0、PCIe 3.0 和 PCIe 4.0 的 PCIe ReDriver™ 可能使用,ReDriver 使用均衡和預加重等技術補償傳輸線損耗,並包含引入最小延遲的輸出驅動器。其效果是恢復信號餘量並最小化抖動,有效地保持接收器的低誤碼率。與集成時鐘和數據恢復等附加功能的重定時器相比,ReDriver 實施起來更容易、更經濟。

此外,Diodes 還擁有一系列無源雙向 PCIe 2.0、PCIe 3.0 和 PCIe 4.0 信號多路復用器/多路分解器。這些可用於將單個 PCIe 通道連接到多個通道,例如用於圖形或計算的帶寬擴展,或將系統連接到多協議接口。

PCIe支持超大規模數據中心所需的高帶寬互連。 除了與最快的多千兆乙太網規範緊密匹配的最新一代的高速之外,舊標準的壽命以及各代之間有保證的向後兼容性使設計人員能夠為 消費、桌面和工業用途。 支持涵蓋多代標準的廣泛 PCIe 芯片組合,例如 Diodes PCIe 時序芯片、驅動器、轉接驅動器、開關和橋接器組合,是成功的必要因素。

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