PCI特別興趣小組(PCI SIG)在年度會議上宣佈,最快在2019年就會推出可提供32GT/s的第五代(Gen 5)PCI Express(PCIe)規格,為銅纜互連技術升級帶來另一個新的里程碑。不過,PCI SIG在這次會議上的主要任務還是完成16GT/s傳輸速率的第四代(Gen 4)規格。

這個消息象徵廣泛使用的電腦互連介面速度將會顯著增加。事實上,隨著PC市場持續放緩,PCI Express已經原地踏步好幾年了。而今,PCI Express Gen 5即將面世的消息,剛好就是CCIX、GenZ和OpenCAPI等各種開放互連標準迅速興起而可能讓這一領域變得更為分散的時機。

PCIe Gen 5將使用128/130位元編碼,可在16個4GB/s的通道中提供高達128GB/s的速度。預計它將為高階繪圖處理器(GPU)、機器學習(machine learning)加速器,以及乙太網路(Ethernet)和Infiniband卡提供執行速度達400GB/s的互連傳輸。

PCI SIG的成員已經為PCIe Gen5準備好0.3版架構規格了。該小組目前正針對Gen 4標準的0.9版進行最終審查。

32G新規格的提出,正值興起中的大型資料中心持續推動串列解串器(serdes)互連的速率提升到更高的56Gbit/s之際。

PCI SIG總裁Al Yanes表示,「我們可以利用其它標準,從業界現有的大量PHY進行開發。Gen 4的許多規格與成果都可以沿用到下一代,這讓Gen 5的任務更容易。工作小組對於完成規格和時間進度都很有信心。」

工程師尚未確定新規格是否會對PCI Express的適用範圍施加新的限制,或是要求比FR4成本更高的電路板材料。但他們已經確定的是,PCIe Gen 5將與PCI SIG在過去25年來開發的規格一樣兼容前幾代的規格。

20170706_PCIe_NT31P1 *經過2010~2017年間的沉寂後,PCI SIG正加速其發展藍圖 (來源:PCI SIG) * IBM研究員Brad McCredie表示,隨著追逐摩爾定律的代價變得更加昂貴,為了滿足對於系統性能的要求,PCIe Gen 5象徵業界在快速I/O方面的工作正加速進展。這位資深的微處理器工程師正致力於Power 9,計劃在今年稍晚讓Power 9成為首款使用PCIe Gen 4的商用CPU。

業界至今「已經連續使用PCIe Gen 3長達7年了,我認為...我們必須加快Gen 4的進程,」McCredie說:「我們需要利用這些高性能的匯流排與加速器通訊,從而提供更高的成本效益。

他補充說:「預計Gen 4的主流應用將在2019年以後才會出現,但如果PCI SIG持續推動進展,我們將在2020年實現第10版Gen 5標準。」

McCredie並不願對於普遍預期銅纜互連終結的看法加以預測。然而,他表示希望Gen 4連接器仍能用於32GT/s的傳輸速率,而且在Gen 5以後也可能持續更新銅纜PCIe規格。

他說:「從2005年的Power 6開始,我們就一直在說這是最後一版了。但是,每一次,I/O工程師都再度摩拳擦掌,讓互連速率繼續倍增。」

同時,McCredie說,IBM是其他可供選擇的開放互連組織(如CCIX)成員之一,「我們正在評估所有的開放附加功能。」

雖然完成16G規格的時間比預期更長,但有幾家公司正著手先行推出使用該規格的產品了。Yanes說,其中有十幾家公司已經將裝置帶到最近舉行的Gen 4研討會上去進行測試了。

在去年的PCI SIG上,包括Cadence、PLDA和Synopsys等幾家公司就已經展示了PCI 4.0的實體層(PHY)、控制器、交換器以及其他IP模組了。他們還展示了採用PCIe 4.0的100Gbit/s Infiniband交換器晶片等各種可用晶片、板卡與背板。

在今年的會議期間,Cadence和Synopsys將發表用於多個市場的Gen 4 IP,尤其是車用領域。是德科技(Keysight)和Teledyne LeCroy將展示Gen 4就緒的測試儀;NEC則將介紹一款可橋接PCIe週邊裝置和乙太網路的新式晶片。

IBM與Mellanox、賽靈思(Xilinx)等合作夥伴則計劃在今年稍晚推出支援PCIe Gen 4網路和加速卡的Power 9。此次的活動預計還將包括共同推動Power 9系統成為IBM Open Power Initiative計劃一部份的其他公司。

McCredie說:「PCIe Gen 4匯流排來得很快,但在實際的建置上也沒有太多的意外——我們已經建立了能實現完整互連的理想產品模型。」

PCI Express的演進

20170706_PCIe_NT31P2 隨著頻寬數字持續增加,PCI Express正不斷演進中

IBM期望PCIe匯流排及其自家的OpenCAPI互連能夠支援各種網路、儲存卡和加速器。有趣的是,McCredie看好英特爾的3D XPoint記憶體作為儲存級記憶體的發展潛力,認為它能夠透過OpenCAPI進行同步存取,從而成為介於DRAM和快閃記憶體之間的新型記憶體。

「我認為3DXP可望成為一種極具顛覆性的技術,」他說。「用於同步存取,它絕對夠快了...但我不想為了這種3DXP技術再更新DIMM插槽了。」

截至目前為止,在OpenCAPI上使用3DXP還只是個概念,他指出,「我們尚未與其他人在這方面形成共識。」

相較於128GB/s的PCIe Gen 4,OpenCAPI的頻寬峰值高達150GB/s。IBM希望能藉此吸引合作夥伴加入其圍繞Power 9打造的生態環境。

在中國不斷成長的電子產業培養合作夥伴方面,IBM一直動作不斷。它已經啟動了一個發展藍圖,其中包括現正進行中的Power 9,以及預計在未來三年的Power 10設計。

McCredie表示,IBM最近宣佈在5nm奈米片(nanosheet)電晶體上的工作,可望為日後的發展鋪路。他強調,「現在Power 11也擁有未來所需要的製程技術了!」

(參考原文:PCI Express Preps Shift to 32G,by Rick Merritt)