PCI Express
PCIe Gen5生態系統快速到位 Gen6劍指2021年
在超微(AMD)將PCIe Gen4推向消費性產品,展現相關技術的成熟度之後,PCIe Gen5的實作議題,順理成章地成為2019年PCI-SIG 2019年開發者大會台北場上的探討焦點。從矽智財(IP)、設計驗證到測試儀器業者,都已備妥PCIe Gen5相關解決方案,預計到了2020年,PCIe Gen5在伺服器、高速網通設備等資料中心相關的應用市場上,將會有更高的能見度。
PCI-SIG副總裁暨開發者大會主席Richard Solomon(圖)表示,由於PCIe Gen4打下了良好的基礎,業界從PCIe Gen4轉向PCIe Gen5的升級道路將會遠比過去來得平順。目前PCI-SIG的成員中,已經有多家廠商正在開發PCIe Gen5的產品或配套解決方案,PCI-SIG的Gen5相容性測試計畫也正在制定中。
PCI-SIG副總裁Richard Solomon表示,目前PCIe Gen6已經進入標準制定程序,目標是2021年正式推出。
不過,由於相容性測試並非PCI-SIG強制項目,因此在PCI-SIG的相容性測試計畫出爐之前,應該就會有不少業者發表支援PCIe Gen5的產品。例如Gen4的正式相容性測試計畫其實才剛在第三季發布,但超微跟群聯等業者,都搶在第三季一開始就發表了支援Gen4的處理器平台跟固態硬碟(SSD)。Gen5的情況應該會跟Gen4類似,亦即在正式相容性測試計畫發表前,業界就會有支援Gen5的產品。
事實上,在本屆PCI-SIG開發者大會台北場上,英特爾(Intel)就已經端出支援PCIe Gen5的處理器平台,搭配Astera Labs開發的重定時器(Retimer)及新思(Synopsys)的IP方案,展示PCIe Gen5的連線。但有業界人士指出,如果仔細看這個展示的內容,可發現其連線還不太穩定,距離可量產上市的水準,還需要一段時間進行微調。
Solomon表示,由於人工智慧、雲端運算與大數據分析都會產生極大的運算吞吐量,相關資料儲存、傳輸所需的頻寬,更是倍數成長,因此PCI-SIG已經訂下非常積極的目標,希望每三年讓I/O頻寬增加一倍。因此,除了規格已經底定,陸續開始有產品問世的Gen4、Gen5之外,PCIe Gen6也已出現在PCI-SIG的規格演進路線圖裡面,預計在2021年推出正式標準。
目前PCIe Gen6標準處於0.3版階段,還有很多技術細節沒有定案,但有一些目標已經確定,例如要將傳輸速度倍增到64GT/s,並且在訊號調變上放棄已經使用多年的NRZ調變,改用高速乙太網、光通訊產業已經採行的PAM4。此外,為了提升頻寬的利用效率,PCIe也將首次導入向前糾錯(FEC)機制。
Solomon指出,PCIe Gen6設定的目標非常高,因此標準要如期在2021年推出,是非常具有挑戰性的任務。而為了提高達成目標的機率,因此PCIe Gen6原則上將會大量借用在其他領域已經有實際應用經驗的技術。但即便如此,要達到64GT/s的傳輸速率目標,還是有一定的困難度。因此,PCIe Gen6標準實際推出的時間,有可能會比預定時程延後。
不過,Solomon預估,即便Gen6標準延後推出,對業界的衝擊也不至於太嚴重。因為PCI-SIG這次的時程規畫,本來就有領先業界實際需求的用意在。換言之,到2021年時,絕大多數的應用需求,都還會落在Gen5可以涵蓋的範圍內。
歷時僅18個月 PCIe Gen5標準正式釋出
負責主導PCI Express(PCIe)標準制定的產業標準組織PCI-SIG,在台北國際電腦展期間正式宣布,PCIe Gen5標準已經制定完成,相關文件已開放所有成員下載。據了解,多家台灣IC設計業者均已取得PCIe Gen5的完整規格書,許多晶片大廠也已經宣布,日後將推出支援PCIe Gen5的運算平台。
PCI-SIG主席暨總裁Al Yanes表示,許多新興應用,例如機器學習、超級電腦等,對資料傳輸介面的性能需求十分迫切,促使PCI-SIG以破紀錄的速度完成PCIe Gen5的標準制定作業。整個PCIe Gen5的標準制定只花了18個月。Yanes相信,PCIe架構在可預見的未來,將維持其高性能I/O的事實標準(Defacto Standard)地位,廣獲產業支持。
事實上,在標準正式釋出隔天,就有多家台灣IC設計業者已經拿到完整規格書,但由於PCIe Gen5在短期內的應用料將局限在高階伺服器、資料中心交換器等市場,因此台系IC設計業者目前對PCIe Gen5的產品時程規畫,多半仍不明朗。但即便如此,矽智財(IP)供應商如新思(Synopsys)、益華(Cadence)的業務開發團隊,仍與許多台系IC設計業者保持密切接觸。
相較之下,國際晶片大廠對PCIe Gen5的支持態度就明確很多。除了超微(AMD)、英特爾(Intel)之外,安謀(ARM)架構陣營的Marvell也已表態,未來將會推出支援PCIe Gen5的處理器。此外,Diodes、愛普生(Epson)、芯科實驗室(SiliconLabs)等晶片業者,以及太克(Tektronix)、Lecroy等儀器商,也都將推出PCIe Gen5的對應解決方案。
與PCIe Gen4相比,Gen5最大的突破在於將傳輸速度從16GT/s拉高到32GT/s,最大頻寬為64GB/s(在16通道配置下),並在連接器的機構跟電氣特性上做了些許改進,以確保傳輸效能可達到Gen5要求的標準。此外,PCIe Gen5也支援更多的標籤類型。但PCIe Gen5仍將維持一貫的向前相容特性,可和現有的PCIe Gen4、Gen3甚至更早之前的標準版本相容,以保護使用者在既有週邊上的投資。
PCI-SIG預計在台北時間6月19日清晨於加州Santa Clara舉辦PCI-SIG美國開發者大會,屆時將會詳細介紹最新的PCIe Gen5標準以及PCI-SIG未來的技術發展路線圖。
PCIe/CCIX化敵為友 資料中心傳輸效率翻倍
受到產業轉型、智慧型終端裝置、雲端服務及物聯網(IoT)普及率增加影響,全球網路資料中心流量近年來一直保持高速成長。在2018年,更能看到許多國際大廠如火如荼規畫興建新廠房,此一趨勢帶動了伺服器周邊零組件需求大增,其中,高速傳輸介面的發展更是備受注目。
雲端/邊緣同時驅動 資料中心蓬勃發展中
近年來,各大網路業者皆投入大量資金在建設超大型資料中心(Hyperscale Data Center),市調機構IDC估計2015年~2020年期間,資料中心市場將以每年5~10%的速度擴張。
拓墣產業研究院表示,數據資料的重要性已帶動企業對於數位轉型的龐大需求,但大量數據卻為既有資訊系統架構帶來沉重負擔。從雲端儲存、傳輸到運算,全面翻新企業的營運思維,造就了雲端廠商在近幾年的亮眼成績,以亞馬遜(Amazon)、微軟(Microsoft)、谷哥(Google)、IBM、阿里雲表現最為突出。
然而,不僅是超大型資料中心的發展引人注目,5G、人工智慧(AI)、物聯網等新興技術受到重視,以及各種終端應用全面智慧化的趨勢,邊緣運算概念所牽涉到的小型資料中心市場同樣不容小覷。DRAMeXchange資深分析師劉家豪便指出,未來隨著資料中心建置的普及,以及2020年之後5G的落實,針對邊緣運算的微型伺服器應用(Micro Server)將會在未來3~5年顯著成長,帶動相關零組件與記憶體的使用量明顯增加。
PCIe Gen5 Base Spec測試規範將就位
PCI-SIG在2010年發布PCI Express(PCIe) Gen3版本,並在市場上應用多年後,在2017年才終於推出了PCIe Gen4版本;並且,預計將在2019年8月完成PCIe Gen4 1.0版本制定。與此同時,PCI-SIG已開始積極投入PCIe Gen5的規範制定,並預計在2019年完成Gen5 Base Spec測試規範,滿足晶片層的量測需求。
PCIe Gen3傳輸效率為8GTps,PCIe Gen4則提高到16GTps,能滿足大量資料的傳輸需求,將於2019年制定完成的PCIe Gen5則會將傳輸速率進一步拉升,到達32GTps。而帶動這波介面速率升級的關鍵驅動力,就是資料中心廣泛建置所帶來的高速傳輸需求。Cadence亞太區資深應用工程經理李志勇(圖1)認為,目前PCIe Gen4甫起步,要再過一段時間才會漸漸看到商用產品出現,設備的汰舊換新亦是一漫長的過程,因此短期之內在伺服器市場將會看到PCIe Gen3與Gen4規格並存。
圖1 Cadence亞太區資深應用工程經理李志勇認為,由於設備更新需要相當的時間,PCIe Gen3與Gen4規格並存將成為短期內的狀況。
PCIe Gen5晶片2021量產
在未來PCIe介面的進化過程將會比以往更為快速。賽靈思PCIe與儲存解決方案資深產品經理Rakesh Cheerla(圖2)認為,由於處理器、PCIe交換器、繪圖處理器、張量處理器、乙太網路(Ethernet)NIC網卡以及FPGA等各大產品供應商都將推出PCIe Gen4晶片,因此估計資料中心的各種高效能應用將於2019年到2020年快速轉移至PCIe...
專訪PCI-SIG副總裁Richard Solomon PCIe Gen4/Gen5開拓新應用
PCI-SIG副總裁Richard Solomon表示,從PCI Express Gen3推出至今,已經有超過7年歷史。這段期間內許多新應用出現,對介面頻寬有更高的需求,但PCIe新規格的制定速度卻相對遲緩,讓PCI-SIG最近幾年承受不小的壓力。
Gen4標準的制定速度之所以緩慢,其實跟PCI-SIG對PCIe未來發展方向的想法,以及從PCI時代一路遺留下來的包袱有關。Solomon透露,過去PCI-SIG的標準規格寫作方式其實有點像學術論文,很多繼承前一版規格的技術細節不會在標準文件裡面詳細描述,開發者得自己去查閱先前的標準文件。PCI-SIG決定利用PCIe Gen4做一次總整理,把所有技術細節一次說清楚講明白。但這也使得PCIe Gen4的文件工作負擔變得異常龐大。
另一方面,PCI-SIG也有意藉由PCIe Gen4開拓新的應用,因此在PCIe Gen4的規格上添加了很多新的功能,例如協定增加了新的標籤(Tag),以滿足新的服務需求,並且對通道的訊號裕度(Lane Marginig)有明確的規定,同時也強化了I/O的虛擬化能力。
這些新的規範,對於PCIe應用在各種嵌入式設備,甚至智慧型手機、平板電腦,可帶來很大的幫助。開拓新應用是PCIe標準未來發展的大方向,近期PCI-SIG跟SD協會達成合作協議,就是一個具體案例。藉由雙方合作,智慧型手機、平板電腦等應用產品的儲存系統或外部記憶卡採用PCIe,將可望成為趨勢。
也因為PCIe Gen4做好了打地基的工作,因此PCI-SIG可以在很短的時間內推出速度更快的PCIe Gen5,因為Gen5基本上就是升速版的Gen4,其他變動不大。目前PCIe Gen5標準草案已經進展到0.7版,0.9版則預計在2018年底到2019年初會公布,屆時標準就可算是底定。
PCI-SIG副總裁Richard Solomon表示,PCIe Gen4是PCI標準發展過程中的一個重大轉折點。
Gen4標準打地基 PCIe應用更多元
PCI Express(PCIe)將在2019年正式進入Gen4與Gen5雙軌並行世代,新標準不僅提高傳輸速度,同時還增加了許多額外的規格要求,讓PCI Express有機會從PC/伺服器主機板相關應用走向消費性電子與汽車電子。
PCI-SIG副總裁Richard Solomon(圖)表示,從PCI Express Gen3推出至今,已經有超過7年歷史。這段期間內許多新應用出現,對介面頻寬有更高的需求,但PCIe新規格的制定速度卻相對遲緩,讓PCI-SIG最近幾年承受不小的壓力。
Gen4標準的制定速度之所以緩慢,其實跟PCI-SIG對PCIe未來發展方向的想法,以及從PCI時代一路遺留下來的包袱有關。Solomon透露,過去PCI-SIG的標準規格寫作方式其實有點像學術論文,很多繼承前一版規格的技術細節不會在標準文件裡面詳細描述,開發者得自己去查閱先前的標準文件。
PCI-SIG決定利用PCIe Gen4做一次總整理,把所有技術細節一次說清楚講明白。因為PCI標準發展到現在已經超過20年,太多新一代開發者根本沒接觸過PCI,要開發者回去研讀這些歷史文件,意義也不大。但這也使得PCIe Gen4的文件工作變得異常龐雜。
另一方面,PCI-SIG也有意藉由PCIe Gen4開拓新的應用,因此在PCIe Gen4的規格上添加了很多新的功能,例如協定裏增加了新的標籤(Tag),以滿足新的服務需求,並且對通道的訊號裕度(Lane Marginig)有明確的規定,同時也強化了I/O的虛擬化能力。這些新的規範,對於PCIe應用在各種嵌入式設備,甚至智慧型手機、平板電腦,可帶來很大的幫助。
開拓新應用是PCIe標準未來發展的大方向,近期PCI-SIG跟SD協會達成合作協議,就是一個具體案例。藉由雙方合作,智慧型手機、平板電腦等應用產品的儲存系統或外部記憶卡採用PCIe,將可望成為趨勢。
也因為PCIe Gen4做好了打地基的工作,因此PCI-SIG可以在很短的時間內推出速度更快的PCIe Gen5,因為Gen5基本上就是升速版的Gen4,其他變動不大。目前PCIe Gen5標準草案已經進展到0.7版,0.9版則預計在2018年底到2019年初會公布,屆時標準就可算是底定了,0.9版主要是針對矽智財(IP)授權的問題做最後釐清,並確認相關IP擁有者都願意依照平等、非歧視原則授權給其他開發者。因此,0.9版跟1.0正式版之間,通常不會有差別。
PCIe Gen5 1.0版預計在2019年第一季底到第二季初正式公布。