PCIe 4.0規(guī)范Update：低功耗、 IoT、存儲、OCuLink...

關(guān)鍵詞： PCIe , IoT , OCuLink

2015年P(guān)CI-SIG開發(fā)者大會針對PCI Express(PCIe)Gen 4規(guī)范的四大重點(diǎn)是低功耗、物聯(lián)網(wǎng)(IoT)、移動應(yīng)用程序與預(yù)測。雖然傳統(tǒng)的PCIe應(yīng)用在高性能運(yùn)算(High Performance Computing，HPC)和個人計(jì)算機(jī)(不同于高性能運(yùn)算)平臺仍然是主導(dǎo)標(biāo)準(zhǔn)。更近點(diǎn)仔細(xì)看，我看到許多人的興趣在模擬測量比較，并且持續(xù)加重在試圖優(yōu)化頻率、均衡和串?dāng)_(Crosstalk)。

首先第一件事，PCIe定位是周邊組件接口，已經(jīng)存在幾十年，并實(shí)現(xiàn)3年前的規(guī)范預(yù)言—從“未來所有基于客戶端的存儲附件都將采用的PCI-Express(All future client-based storage attachments will use PCI-Express)”一文即可了解。

當(dāng)提到物聯(lián)網(wǎng)，我們真正的意思是低功耗，以及來自幾十億聯(lián)網(wǎng)設(shè)備衍生的大數(shù)據(jù)(Big Data)。

英特爾工程師兼PCI-SIG市場營銷工作小組主席Ramin Neshati，也做了上述的預(yù)言，并強(qiáng)調(diào)“低功耗不是新的主張！”Half Swing規(guī)范從PCIe第一代2.5Gbit/s運(yùn)行于400毫瓦(mW)已經(jīng)出現(xiàn)，第四代標(biāo)準(zhǔn)將涵蓋一個新的200毫瓦四分之一電壓擺動狀態(tài)(Quarter-Swing States)規(guī)范，目標(biāo)是待機(jī)L1子狀態(tài)(Sub-states)要能確確實(shí)實(shí)地降到微瓦。

PCIe能進(jìn)入移動設(shè)備領(lǐng)域是借由M-PCIe的調(diào)整，運(yùn)作在MIMP的低功耗M-PHY。

PCIe的實(shí)力應(yīng)在物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)造的移動大數(shù)據(jù)狀況下站出來。NEC曾有一張圖片(下圖)，我認(rèn)為有抓到此種大數(shù)據(jù)情況的精髓：這個真實(shí)的世界就像來自工具、監(jiān)視器、監(jiān)視設(shè)備與圍繞在我們生活周邊事物的數(shù)據(jù)源：而這些數(shù)據(jù)必須找到自己方式應(yīng)對服務(wù)器與儲存設(shè)備。

這張圖片是截自于NEC在PCI-SIG新聞發(fā)布會的講綱。(圖片來源：PCI-SIG，Ransom裁剪)

Neshati預(yù)測指出，自2012年開始，PCIe儲存裝置會開始采用非揮發(fā)性內(nèi)存Non-volatile Memory Express，NVMe)—此標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范與PCIe-SSD互相鏈接。固態(tài)硬盤(SSD)儲存裝置市場逐漸開展，且針對已快過時的串行SCSI(Serial Attached SCSI， SAS；小型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)傳輸接口)與串行ATA (serial advanced technology attachment ，SATA)旋轉(zhuǎn)磁盤給予幾個支持功能。如果沒有這種“無奈的”支持，NVMe是一個很親民的技術(shù)，現(xiàn)在該技術(shù)被加入支持任何裝置的SFF-8639(小巧外型)連接器，且PCIe為高密度SSD儲存裝置創(chuàng)造一個熱插拔骨干。

儲存連接器的比較。(圖片來源：Demartek.com)
        
該P(yáng)CIe 4.0規(guī)范涵蓋了業(yè)界最好的傳輸線材，不過OCuLink(光纖/銅纜鏈接，Optical/Copper Link)正在進(jìn)行最終審查。Neshati表示，這是“幾乎完成的”，因此今年秋天有機(jī)會看到1.0版規(guī)范。OCuLink具高帶寬(在PCIe 3.0已超過32Gbit/s)、可傳輸幾公尺距離長的纜線，無論制造商使用光纖或金屬線，只要電纜符合信號完整性的規(guī)范即可。

我必須很失望的告訴大家，我并未在2015年P(guān)CI-SIG開發(fā)者大會中看到OCuLink纜線的展示品。Samtec有一些用在顯示器的纜線，這些纜線是采用光纖以單純傳輸數(shù)據(jù)，可傳輸幾公尺遠(yuǎn)，連接器也內(nèi)建E-O和O-E轉(zhuǎn)換器，但并未被標(biāo)記是OCuLink。
本文是為了讓讀者快速了解最新的技術(shù)更新，因此我會在之后的文章詳細(xì)介紹以下兩項(xiàng)主題。

第一個挑戰(zhàn)，若是大多數(shù)人都利用PCIe 4.0的跡象出現(xiàn)，也并不表示萬無一失的解決方案已經(jīng)出現(xiàn)。在2015年P(guān)CI-SIG開發(fā)者大會，每家測試和量測公司只是以其具備新功能的工具驗(yàn)證系統(tǒng)和電路仿真。

當(dāng)電路仿真已被公認(rèn)變得更好、更便宜、可以更快的方式設(shè)計(jì)電路，精確度將會成為越來愈重要的問題。這個問題通常是“我如何知道我的模擬以可幾近現(xiàn)實(shí)？”這個問題牽涉到芯片內(nèi)部真正的信號分析，但卻無法進(jìn)到芯片內(nèi)部進(jìn)行測試。

第二，如果你愿意，可以密切關(guān)注PCIe 4.0 16Gbit/s版本的開發(fā)。針對如何優(yōu)化FFE(Feed-forward Equalization)的主題，會有三個獨(dú)立的演示涵蓋其變化—通常被稱之為去加重(de-emphasis)—以及頻率恢復(fù)。連續(xù)時間線性均衡器增益(Continuous Time Linear Equalizer，CTLE)，與在接收器DFE(Decision Feedback Equalization)的數(shù)量。