PCIe 5.0加速進擊 6.0將迎來全新規範

圖四 : PCB內的連結改採外接的光纖方案,以解決互連頻寬不夠的問題。(攝影/籃貫銘)
圖四 : PCB內的連結改採外接的光纖方案,以解決互連頻寬不夠的問題。(攝影/籃貫銘)

【作者: 籃貫銘】

2019年12月(第338期)2019 MCU品牌與新品調查
2019年12月(第338期)2019 MCU品牌與新品調查

I/O頻寬的需求每三年就會倍增,因此PCIe 5.0是一個早該推出的規範。而在PCI-SIG的努力下,PCIe 5.0規範終於在今年5月正式推出,並且已經有多個設計導入,終端產品預計在2020年就能夠陸續推出。

圖一 : 依據市場的發展,I/O頻寬的需求每三年就會倍增。(source/PCI-SIG)
圖一 : 依據市場的發展,I/O頻寬的需求每三年就會倍增。(source/PCI-SIG)

PCIe 3.0的時代,真的令人感覺漫長。甚至一度讓人以為那就是「固定」的規格了。然而,那其實是一個諸多糾結的總和。SSD市場仍不上不下,智慧手機突然搶了PC的風采,網路也還沒有很快,一切的種種,造成了PCIe 3.0可以存在的相安無事。

只不過產業變革有時就像海嘯,一道大浪打過來,原有陳舊的一切,就會被沖擊毀去。而那個大浪,就是目前仍在全速前進的數位轉型趨勢,它驅動了半導體技術持續突破、讓行動網路從4G轉進5G、讓大數據與人工智慧成為現實。

而這一切都需要更高的運算速度與傳輸性能才得以實現,因此作為I/O傳輸的樞紐,PCIe 3.0介面也不得不著手進行升級。

追趕延誤的進度 PCIe 5.0加速推出

只不過因為之前的升級作業擱置太久,整整停滯了將近十年,要再重啟就立即面臨人事全非的窘境,許多的文件與流程都需要重新擬定,因此這個新標準制定的進度就顯落後產業許多,同時也出現了需要連升兩級的怪現象。

圖二 : PCIe 5.0的測試與驗證方案目前已問世,能支援最前端應用開發。(攝影/籃貫銘)
圖二 : PCIe 5.0的測試與驗證方案目前已問世,能支援最前端應用開發。(攝影/籃貫銘)

也就是在PCIe 4.0推出後,不到2年的時間,PCIe 5.0規範馬上就出台。但是PCI-SIG副總裁暨開發者會議主席Richard Solomon卻說:「事實上,PCIe 5.0是來遲了。」

因為依據市場的發展,I/O頻寬的需求每三年就會倍增,因此PCIe 5.0是一個早該推出的規範,目前PCI-SIG的工作就是在補進度罷了。而在PCI-SIG的努力下,PCIe 5.0規範終於在今年5月正式推出,並且已經有多個設計導入(design-in),終端產品預計在2020年就能夠陸續推出。

相較於PCIe 4.0,PCIe 5.0在效能上又成長一倍,其信號速率達到32 GT/s,單道的頻寬提升至32 GB/2,而x16的頻寬則增加到了128GB/s,並維持向下相容(支援4.0~1.0)的功能。除了頻寬倍之外,PCIe 5.0也改善了電子的設計,以提高信號的完整性,並增加連接器的機械性能。此舉不僅能減少信號延遲,同時也改善了信號傳輸時的衰減。

圖三 : PCI-SIG副總裁暨開發者會議主席Richard Solomon。(攝影/籃貫銘)
圖三 : PCI-SIG副總裁暨開發者會議主席Richard Solomon。(攝影/籃貫銘)

在今年11月舉行的PCI-SIG台北開發者大會的現場,就已有數家業者展示了PCIe 5.0的解決方案,包含PCIe 5.0 CXL和CCIX的IP方案、測試與驗證系統、與高速傳輸的重定時器(Retimer)等,為PCIe 5.0的產業應用之路,先行踏出了第一步。

「我們不希望再重蹈PCIe 3.0時代的失誤。」Richard Solomon強調。

他表示,有鑑於PCIe在3.0之後開發延宕的前車之鑑,PCI-SIG正持續推動新版標準的開發進度,這也是為什麼會在4.0發表之後一年,今年就宣布了5.0的規範。

頻寬供不應求 PCIe 6.0將改採PMA-4

他指出,由於人工智慧、汽車電子、雲端運算、資料中心、物聯網與數據儲存等先進應用,市場對於運算力與傳輸頻寬的需求仍是會持續增加,因此新的規範必須不斷的推進,才能夠因應未來的應用需求。

依據PCI-SIG的預估,至2022年,市場的頻寬需求就會達到128 GB/s,至2025年則會再倍增至256 GB/s。而身為標準制定組織,就必須要在實際需求發生之前,先行將標準底定。

「我們的期待就是領先3年左右,讓製造商與相關的供應鏈可以有時間把產品開發完成。」Richard Solomon說。

目前PCIe 4.0的終端產品正迅速地進入市場中,PCIe 5.0的產品,也已經有了先行者,預計採用該規範的終端產品在明年就會率續亮相,至2021年就會有更多的產品導入。

然而今年最重磅的消息,還是PCIe 6.0草案0.3版本的發布,該規範才在今年十月推出。Richard Solomon指出,新的標準將會把頻寬再往上升一級,信號速率會達到64GT/s。此外,另一個大特色,是從不歸零(NRZ)傳輸技術,演進為四階脈衝振幅調變(PAM-4)。

這個變動的主要原因就是NRZ在高速傳輸時,訊號很容易衰減,而為了實現更高頻寬的傳輸,因此轉向PAM-4訊號。由於PAM-4能實現四種可能的電壓位準,讓每個符號代表2個位元,因此PAM-4技術理論上可以得到兩倍於NRZ的速率。

Richard Solomon解釋,使用PAM-4技術是一個新的進展,但目前仍在討論中,而透過0.3版本的發布,也將會從會員的開發實作裡取得更多的回饋,並據此再進行調整,若會員的回饋不理想,最後仍會有變動的可能性。

Richard Solomon也透露,PCIe 6.0的0.5版本很快就會推出,會更聚焦在具體的實作上,而最終的版本預計會在2021年訂定。

超高速帶來新的系統設計挑戰

不過持續倍增的速度並不全然沒有缺點,首當其衝的,就是對系統設計者帶來更大的壓力,不僅在整體的系統規劃上需投注更大的心力,以尋求在速度與穩定度上的平衡。而在開發後段的測試與驗證上,所需要的成本也將更龐大。

其中一個挑戰,就是內部各元件的同步與調適。由於更高速的數據傳輸,意味著訊號的錯誤率也會倍增,如何對PCB機板上的其他元件進行調適,就成為一大挑戰。也因此搭載重新計時器(Retimer)就會成為通用的設計。

再者,單一通道的頻寬的倍增,也讓目前的連接方案顯得難以因應,尤其是在伺服器與超級電腦這類高負載的運算應用上,也因此一些PCB內部設置的連結就改採外接的光纖方案,以解決內部互連頻寬不夠的問題。

整體而言,PCIe 5.0和6.0的相繼問世,將會對目前的元件與系統I/O設計帶來全方位的影響,並有望實現次世代的高超速傳輸與運算效能。然而,目前既有的相關周邊與PCB的設計,也需要隨之進化,才有望把這個新規範的潛力完全釋放。

延伸閱讀

陸廠搶單特斯拉 台系鏈警戒

Intel將在「Tiger Lake」導入等同高階桌機處理器的快取記憶體設計

台光電、聯茂 本周談營運展望

Seagate推出全新PCIe Gen. 4規格SSD 對應AMD全新平台設計

相關新聞

生物感測器開啟穿戴式醫療輔具新紀元

智慧輔助科技包含了設備與服務等, 可協助高齡者與失能者享受有尊嚴的生活。 輔助科技目的在於預防與延緩失能, 並提高照護品質與效率。 而三大發展主軸,包括重視銀髮族科技, 整合穿戴式裝置,並結合數位化的復健器材等。 在未來,輔具科技還將進一步延伸至更廣泛的應用領域。

數位分身為產業帶來顛覆性改變

顧名思義,數位分身就是把現實世界裡的實體物件, 在數位空間裡模擬出另一個分身。 而這個分身必須要是「Twin」, 也就是兩個一模一樣、虛實互映的物件。 有了數位分身,就可以對實體的物件有更多的控制功能, 包含遠端的操作、系統功能的模擬, 甚至是除錯與驗證,都可以在數位分身上先進行。 這樣的好處就是能降低實體物件的故障率,提升可靠度, 進而降低整體系統運行的成本。

聚焦工業與網通 以生態系統觀點布局市場

顧名思義,數位分身就是把現實世界裡的實體物件, 在數位空間裡模擬出另一個分身。 而這個分身必須要是「Twin」, 也就是兩個一模一樣、虛實互映的物件。 有了數位分身,就可以對實體的物件有更多的控制功能, 包含遠端的操作、系統功能的模擬, 甚至是除錯與驗證,都可以在數位分身上先進行。 這樣的好處就是能降低實體物件的故障率,提升可靠度, 進而降低整體系統運行的成本。

解決5G複雜性挑戰 需從根本最佳化平台

顧名思義,數位分身就是把現實世界裡的實體物件, 在數位空間裡模擬出另一個分身。 而這個分身必須要是「Twin」, 也就是兩個一模一樣、虛實互映的物件。 有了數位分身,就可以對實體的物件有更多的控制功能, 包含遠端的操作、系統功能的模擬, 甚至是除錯與驗證,都可以在數位分身上先進行。 這樣的好處就是能降低實體物件的故障率,提升可靠度, 進而降低整體系統運行的成本。

技術生態兩極化趨勢確立 台灣IC產業擴大全球佈局

科技趨勢迅雷不及掩耳, 第一聲雷—AI! 第二聲雷—5G! 第三聲雷—中美貿易戰! IC設計如此風雲變幻, 比算力,比效能,比搶佔先機 部署環境成了關鍵。 雲端空間配置彈性、運算效能高速, 上雲,成了以光超越聲音的重要解方。

AWS王定愷:雲端服務為半導體與製造業帶來優勢

科技趨勢迅雷不及掩耳, 第一聲雷—AI! 第二聲雷—5G! 第三聲雷—中美貿易戰! IC設計如此風雲變幻, 比算力,比效能,比搶佔先機 部署環境成了關鍵。 雲端空間配置彈性、運算效能高速, 上雲,成了以光超越聲音的重要解方。

5G+AR慧眼加值應用 佐臻攜手中華電信拓展智慧眼鏡市場

科技趨勢迅雷不及掩耳, 第一聲雷—AI! 第二聲雷—5G! 第三聲雷—中美貿易戰! IC設計如此風雲變幻, 比算力,比效能,比搶佔先機 部署環境成了關鍵。 雲端空間配置彈性、運算效能高速, 上雲,成了以光超越聲音的重要解方。

實現電源管理客製化 伊頓首座電能品質實驗室正式啟用

科技趨勢迅雷不及掩耳, 第一聲雷—AI! 第二聲雷—5G! 第三聲雷—中美貿易戰! IC設計如此風雲變幻, 比算力,比效能,比搶佔先機 部署環境成了關鍵。 雲端空間配置彈性、運算效能高速, 上雲,成了以光超越聲音的重要解方。

匯稅雙殺 機械業者呼籲政府啟動防禦性貶值

科技趨勢迅雷不及掩耳, 第一聲雷—AI! 第二聲雷—5G! 第三聲雷—中美貿易戰! IC設計如此風雲變幻, 比算力,比效能,比搶佔先機 部署環境成了關鍵。 雲端空間配置彈性、運算效能高速, 上雲,成了以光超越聲音的重要解方。

NOR記憶體朝向高容量、低功耗、小尺寸發展

演算法的精進,使得端點運算力隨之提升, 這也使終端裝置的AI能力出現顯著的躍進。 目前邊緣運算多半著重於物聯網系統的需求, 然而運算資源日趨成熟並走向專業化, 加上資料儲存量的增加,使邊緣端功能日漸強大, 邊緣運算也成為幾乎所有產業和應用的主導要素。 許多雲端運算產品都紛紛轉向終端運算處理, 在未來,邊緣運算將在生活中扮演更關鍵的角色。

邊緣運算四大核心 實現海量資料處理的最佳佈局

演算法的精進,使得端點運算力隨之提升, 這也使終端裝置的AI能力出現顯著的躍進。 目前邊緣運算多半著重於物聯網系統的需求, 然而運算資源日趨成熟並走向專業化, 加上資料儲存量的增加,使邊緣端功能日漸強大, 邊緣運算也成為幾乎所有產業和應用的主導要素。 許多雲端運算產品都紛紛轉向終端運算處理, 在未來,邊緣運算將在生活中扮演更關鍵的角色。

新型態競爭風雲起 EDA啟動AI晶片新戰場

演算法的精進,使得端點運算力隨之提升, 這也使終端裝置的AI能力出現顯著的躍進。 目前邊緣運算多半著重於物聯網系統的需求, 然而運算資源日趨成熟並走向專業化, 加上資料儲存量的增加,使邊緣端功能日漸強大, 邊緣運算也成為幾乎所有產業和應用的主導要素。 許多雲端運算產品都紛紛轉向終端運算處理, 在未來,邊緣運算將在生活中扮演更關鍵的角色。

熱門新聞

商品推薦

udn討論區

0 則留言
規範
  • 張貼文章或下標籤,不得有違法或侵害他人權益之言論,違者應自負法律責任。
  • 對於明知不實或過度情緒謾罵之言論,經網友檢舉或本網站發現,聯合新聞網有權逕予刪除文章、停權或解除會員資格。不同意上述規範者,請勿張貼文章。
  • 對於無意義、與本文無關、明知不實、謾罵之標籤,聯合新聞網有權逕予刪除標籤、停權或解除會員資格。不同意上述規範者,請勿下標籤。
  • 凡「暱稱」涉及謾罵、髒話穢言、侵害他人權利,聯合新聞網有權逕予刪除發言文章、停權或解除會員資格。不同意上述規範者,請勿張貼文章。