PCI-Express技术与未来趋势

本文作者:admin       点击: 2003-03-01 00:00
前言:
什么是PCI-Express
图1是计算机连接接口标准的整体概况,可以看到PCI-Express的定位,它被定位于Chip-to-Chip、Local Bus与Backplane都涵盖的角色,目前在这些领域也都有相关的技术,如HyperTransport、PCI-X与Serial ATA等相互的关系,在本课程中也都将作一介绍。
图2是总线技术的趋势。早期所有的CLOCK都是Common CLOCK,一排总线的讯号线都只有单一时脉的讯号线,或是同步时脉的方式;但现在的状况,不是走Embedded clock,就是走差动信号两种方式。以传输方式而言,过去只有单端式传输方式,但现在先进的传输接口都是走差动式信号方式,传统总线是走平行式(Parallel),现在走向串行式(Serial)的方式;再者,现在的总线(bus)都是点对点的方式,这样对传输的效率相当地高。
从1978年到2000年,总线的速度从8MHz提升到133MHz, 2000年起随处理器速度的大幅提升,总线速度也跃升到GHz以上,2001年起Infiniband与PCI-Express便先后以2.5Gb/s规格为目标。
综观整个计算机历史的发展,于1990年代兴起的PCI是最成功的通用计算机总线,在1996/7年间,AGP总线取代了PCI,成为高效能绘图芯片的接口标准。而在1990年末期,服务器高速磁盘与网络配接卡也转移到66MHz/64bit的PCI接口。之后,便演变成各家芯片厂独自发展出南北桥的连接接口局面,如Intel有HubLink,VIA有Vlink,SiS有MuTIOL。最新的现况是由服务器用的PCI-X与PCI-X 2.0为主要总线接口。
在整个PCI-Express发展蓝图中,将由 PCI-X 2.0过渡到PCI-Express。PCI-X2.0和PCI-Express的规格首次在2002年第二季底发表,第四季PCI-X 266工程样品推出,预计2003年第一季PCI-X 533工程样品与PCI-EXPRESS工程样品会完成,从2003年第三季后,逐渐导入PCI-X 266与533的量产,同时,PCI Express芯片也开始推出,预计2004年第三季起PCI-Express产品开始推出。
PCI-Express的缘起
由于PCI平行式共享总线技术造成物理上的限制,PCI-Express主要市场的驱动力来自于3D游戏、影像处理、HDTV编码等应用,对于更高频宽的需求因此增加。再者,由于不同应用与市场的区隔,对频宽需求也不相同,因此更需要统一的标准互连接口。1980年时,由于ISA频宽不敷使用,出现了EISA、MCA与VESA三种总线规格,后由PCI大一统;进入1990年后, AGP、PCI-X、HL(Hot Link)及其它总线接口兴起, 此一局面又将由PCI-EXPRESS统一,又彷佛回到过去,历史一再重演。
PCI-Express前身为第三代I/O架构(3GIO),由PCI-SIG制定,是专为一统连接接口而设计,包括chip-to-chip互连,I/O互连和配接卡的附加点,作为其它互连接口的I/O附加点(如1394b、USB2.0、InfiniBand、Ethernet等);以及作为高频宽绘图的I/O附加点。
此架构的设计目的是要成为一个长远的通用型I/O互连接口,以满足桌上型、行动装置、服务器、通讯产品、嵌入式及其它新兴或未来应用的需求。

发展PCI-Express标准的PCI-SIG协会成立于1992年,旨在发展并管理PCI总线规格,支持新的需求,并保有向下兼容性,以期使PCI长久维持位居业界标准的地位。(详情参阅http://www.pcisig.com)Intel、hp、DELL、IBM、Microsoft为推动者,部分主要开发厂商包括了ATI、 AMD、adaptec、Agilent、nVidia、ServerWorks等。

2002年秋季IDF中, 采用Xilinx RealPCI™ Express核心的业界第一套PCI Express产品首度面世。实机是以PCI Express连接二台PC,呈现DVD画质的影像流。而Agilent配有1埠PCI Express 探棒的16700逻辑分析仪,用来捕捉显示流量。
PCI-Express主要特性
 装置之间的点对点串行互连
 每通道2.5Gbps串行,最高可达80Gbps
 每只脚高频宽(透过铜线,光纤)
 经铜线总线宽具弹性:x1、2、4、8、16及32
 低功率消耗和电源管理功能
 封包式和层级式协议架构
 PCI-层级失误处理,进阶失误报告
 与PCI软件层兼容
 装置具热插拔功能
市场走向
PCI-Express风潮可望比PCI-X来得更大,不过因为延续的时间更长,能否在2004年下半年兴起,仍须观察。从Intel公司设立了12-20个工作小组投注在此来说,显见Intel推动的决心。以配置应用而言,x8会用于服务器上,x1/x16用于桌上型/绘图卡上。目前一些重量级公司签署支持PCI-Express的会员包括Compaq、Dell、IBM、Microsoft、3Com、3Dlabs、Adaptec、Agilent、Altera、AMD、ASUSTek、ATI、Emulex、Foxconn、LSI Logic、Molex、NEC、nVidia、Phoenix、 Radisys、SMSC、ServerWorks、SiS、Tektronix、TI、Xilinx、NetChip等,台湾厂商预计2003年第二季后才会投入。
预计首颗芯片(Intel Hillsboro)会在2002年底(x1,x16)2003年初(x4,x8)推出,首台系统可望于2004年上半年推出。Intel的ACD(先进组件部)将主导整个行销计划,在2003年第一,二季间对OEM及适配卡制造商提出建议的标准测试程序。OEM/适配卡厂商有可能在2003年第三季推出首款工程样品。最后,巫介庭强调PCI Express五年内一定会变成下一代I/O标准。 当然设计者也会面临诸多挑战,身为PCI Express量测工具先驱者,安捷伦将提供设计者最先进的点对点解决方案。从产业大厂踊跃投入的情况,2003年下半年起将是PCI Express市场开始起飞的时机。