PCI Express正籌備升級至32G

至頂網伺服器頻道 06月08日 新聞消息（文/編譯）：

銅纜互連機制將迎來新的歷史性升級，最早將於2019年推出的第五代PCI Express將實現每秒32 G傳輸能力。PCI特別興趣小組在本屆年會上公布了此項計劃，並表示這套方案將徹底終結原本的第四代每秒16 GT性能規格。

這一消息標誌著此項當前得到廣泛使用的計算機互連技術將迎來顯著提速——事實上，隨著近年來PC市場發展速度的放緩，該互連性能水平一直處於停滯狀態。與此同時，以CCIX、GenZ以及OpenCAPI為代表的其它多種開放互連方案亦在快速興起當中。

第五代PCIe將採用128-/130-bit編碼，能夠在16條每秒4 GB通道當中提供高達128 GB每秒的傳輸速率。預計其將為高端GPU、機器學習加速器以及乙太網與Infiniband卡提供速率達每秒400 Gb的傳輸鏈接。

PCI特別興趣小組的成員們已經為該項性能規範構建起一套0.3主幹版本。值得一提的是，該小組此前還曾負責對第四代標準的0.9版本進行最終審查。

這項32 G規範的出現可謂順應時代要求，特別是考慮到數據中心正不斷推動互連體系向每秒56 Gb的傳輸速率進軍。

PCI特別興趣小組負責人Al Yanes解釋稱，「我們能夠立足行業中的現有標準建立大量PHY。第四代規範中的很多原有工作成果都將繼續適用，這也降低了第五代規範的實現難度。我們的電子工作小組對於當前性能數字以及進度時間表抱有充分的信心。」

工程師們尚未確定新的規範是否會給互連體系的覆蓋面帶來限制，或者要求使用比FR4成本更高的板片材料。不過他們已經肯定的是，這項新標準將能夠實現對該小組在過去25年中陸續開發的各項規格的向下兼容。

在經歷了慵懶的2010年到2017年之後，PCI特別興趣小組目前正加快路線圖的發展工作。（圖片來源：PCI特別興趣小組）

IBM公司研究員Brad McCredie表示，第五代PCIe代表著行業正在想辦法滿足快速I/O基礎之上的高速工作需求，而這亦成為摩爾定律實現成本日益高企之後最為可行的性能提升途徑。這位經驗豐富的微處理器工程師目前正致力於開發Power 9，而這款處理器將在今年晚些時候成為第一種採用第四代PCIe的商用CPU。

目前，業界「仍然以七年之前折第三代PCIe作為首選方案……我們有必要邁出通往第四代規範的步伐。我們需要利用這些高性能匯流排以實現各加速器之間的通信，同時藉此實現成本削減。」

他同時補充稱，「我認為第四代PCIe在行業內的全部普及可能要到2019年。不過如果PCI特別興趣小組繼續積極推進，我們將能夠在2020年迎來第五代PCIe的版本。」

McCredie拒絕對銅纜互連機制的消亡時間作出預測。但他明確表示，希望第四代連接器仍能實現每秒32 GT傳輸速率，這意味著第五代之後的銅纜PCIe規範仍有實現可能。

他解釋稱，「這一切類似於2005年時的Power 6，當時我們就以為這已經是最後一代方案了。然而I/O工程師們一次又一次提出更高要求，我們也一次又一次將性能推向新的水平。」

與此同時，McCredie指出IBM公司亦身為CCIX等替代性開放互連組織的成員。「我們正在對各類開放附加功能進行評估。」

儘管16G規範的完成周期比預期更長，但已經有多家企業正在將其引入自身產品。其中有十幾家已經開始立足設備進行第四代PCIe規範測試。

Cadence、PLDA以及Synopsy等廠商已經在去年的PCI特別興趣小組會議上展示了PCIe 4.0物理層、控制器、交換機以及其它IP塊。其還同時亮出了採用PCIe 4.0的100 Gb每秒Infiniband交換機晶元、相關單板以及背板等。

在今年的會議上，Cadence與Synopsys公司將推動第四代IP邁向更多市場，其中包括汽車製造行業。Keysight與Teledyne Lecroy公司將展示第四代測試工具，NEC公司則將公布一款用於將PCIe套件與乙太網之間加以橋接的新型晶元。

就其本身而言，IBM與Mellanox以及Xilinx等合作夥伴計劃於今年晚些時候推出Power 9，其將支持第四代PCIe網卡及加速卡。根據與會者們的預測，未來還將有更多廠商以IBM Open Power倡議參與者的身份製造各類Power 9系統方案。

McCredie表示，「第四代PCIe匯流排速度很快，但並沒有給我們帶來太多意外——因為我們自己的機型完全能夠與之對接。」

PCI Express性能發展變革歷程。

IBM公司預計PCIe匯流排及其自有OpenCAPI互連機制將能夠承載各類網卡、存儲卡以及加速器。有趣的是，McCredie亦相當看好英特爾3D XPoint存儲器作為存儲級內存介質的發展潛力，這意味著其很可能憑藉OpenCAPI的同步訪問能力轉化為DRAM與快閃記憶體之間的新型存儲層。

他解釋稱，「我認為3D XPoint是一項極具顛覆性的技術，其速度表現絕對足以實現同步訪問……但我對3D XPoint技術所使用的DIMM插槽則不敢苟同。」

不過在OpenCAPI上使用3D XPoint目前還停留在概念層面，他解釋稱，「相關想法還只是說說而已。」

OpenCAPI的傳輸帶寬峰值為每秒150 GB，高於第四代PCIe的每秒128 GB。IBM公司希望憑藉這一優勢為其Power 9處理器吸引到更多合作夥伴。

另外，IBM公司也一直在不斷發展的中國電子行業內培養合作夥伴。其已經發布一項路線圖，其中囊括了Power 9主力設計以及未來三年的Power 10設計思路。

McCredie指出，IBM公司最近公布的5納米納米片晶體管工藝為其未來的工作鋪平了道路。他表示，「現在Power 11已經擁有了實現所必需的製程技術。」

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