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走向點對點的互連模式──PCI Express

上網時間: 2004年02月20日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:PCI  PCI-X  PCI-Express  點對點互連  運算平台晶片 

在可預見的未來裡,運算平台晶片與晶片之間的頻寬需求勢必將持續增長,而到目前為止,平行匯流排的發展還能夠跟上這樣的需求。32位元33MHz的PCI已經發展到64位元133MHz的PCI-X。有了它,事件處理的量已大大增加。一個建議的解決方案正在從基於匯流排結構向點對點結構的方向變化。本文將介紹PCI-Express在下一代運算平台中替代PCI和PCI-X之可能性。

在目前的結構中,週邊設備(網路、儲存設備和影像)使用了PCI或PCI-X這樣的平行匯流排來連接。平行匯流排已從32位元33MHz的PCI發展到了64位元133MHz的PCI-X。隨著平行匯流排的時脈的增加這些匯流排支援的插槽數目就會減少。平行匯流排通常包含位元址/資料訊號和一些邊帶訊號(Sideband Signals)。Sideband訊號用來表示匯流排上資料的方向和事件處理的類型,還能用於表示中斷或匯流排主控請求。一個典型的64位元PCI-X匯流排在總共127個訊號接腳中可包含64條位址/資料線和33個左右的Sideband訊號。

由於網路、儲存和影像的頻寬需求已經增長,一些系統結構設計師們正將重心轉向點對點的結構作為其可能的解決方案。在基於匯流排的結構中,頻寬是由匯流排中所有的設備所共用的。在PCI-Express 點對點的結構中,每個設備都由一個專用連接而不必共用頻寬。點對點的結構還有其他的優點。一個典型的PCI-Express連接使用兩對LVDS(低電壓差分訊號),一對用於發送,一對用於接收。在這個結構中沒有Sideband訊號。下面的圖顯示了一個點對點的通道,它有兩對差分線(一對發送一對接收)和一個接地訊號。一個PCI-Express通道在每個方向同時以2.5Gb/s傳送資料並使用8b/10b編碼。

PCI-Express提供了超越匯流排型PCI-X的一些優點。其一是為針對應用需求客製化頻寬的能力。PCI-Express通道能聚集以增加總頻寬。PCI-Express通道的有效組合為x1、x2、x4、x8、x16和x32。可用的頻寬直接與通道的數目成比例。通道數加倍頻寬也加倍。一個10Gb乙太網控制器可以使用4條PCI-Express通道來與控制器的頻寬相匹配。由於PCI-Express通道不是被多個設備所共用,它的結構本質上就是可熱插拔的。PCI-Express使用訊息傳遞(Messaging Passing)來處理一些在PCI中所提供的Sideband訊號。

PCI-Express還提供了大通道分成小通道的能力。一個8通道的PCI-Express連接能分為二個4通道的連接,四個2通道的連接,或八個1通道的連接。PCI-Express另一個優點是減少通道所需的訊號數目。在傳統的PCI中約有127個接腳。如果晶片廠商有興趣提供多個PCI匯流排來增加額外的頻寬,那麼他們要為每段匯流排增加127個接腳(相較之下,4通道的PCI-Express連接只需20個接腳),這對晶片廠商會造成建構多重PCI匯流排的困難,其主要成本之一是封裝。一個有趣的度量單位元是每接腳的頻寬。由於全部接腳數量需支援包括晶片廠商使用不同的技術所需要的位元址、資料、Sideband、電源和接地線, 因此每接腳頻寬將隨多個PCI匯流排而變動。由於PCI-Express的可擴充性,它的每接腳的頻寬從1通道至16通道保持相同。

用在主機板的元件從PCI到PCI-Express的轉變將在2004年出現。轉向PCI-Express的主要驅動力是每接腳的頻寬,可擴充性和頻寬。從軟體的觀點來論,PCI-Express看起來就像PCI。PCI-Express的結構設計師們要維持與為PCI設備編寫的所有軟體都相容。一個仍要回答的問題是何時我們可以看到基於PCI-Express的板卡。今天標準已有了,所以這只不過是市場接受度的問題了。

作者簡介:Jeff Munch目前為國際PICMG 3.0委員會的主席,同時也是凌華科技的技術長。PICMG協會是制訂與整合電腦與工業設備規格之組織,PICMG 3.0更著重於CompactPCI及新一代通訊用電腦平台技術規格之制訂。Munch在硬體設計、軟體開發、與工程資源管理領域裡有超過二十年的經驗,在加入凌華的經營團隊之前,Munch曾擔任美國Motorola電腦事業群工程總監(Director of Engineering)及美國Pro-Log公司工程副總(Vice President of Engineering)。




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