Memilih Redriver atau Retimer Tepang untuk Memperpanjang Jangkauan Sinyal PCIe

Solusi redriver dan retimer esensial untuk memperpanjang jangkauan sinyal PCIe® dalam sistem komputasi dan penyimpanan NVMe™ modern. Panduan ini menjelaskan cara memilih perangkat optimal untuk beban kerja berkinerja tinggi hari ini dan standar muncul besok.

Dorongan tak kenal lelah untuk laju data yang lebih tinggi dalam komputasi cloud dan infrastruktur data center menuntutan besar pada integritas sinyal. Semakin tinggi throughput, semakin sempit jarak transmisi yang viable, membatasi skalabilitas sistem. Kedua redriver dan retimer dapat mengurangi kerugian ini, namun masing‑masing menawarkan trade‑off yang harus dipahami sebelum diterapkan.

Artikel ini memberikan kerangka praktis untuk memilih antara redriver atau retimer, mendetail bagaimana setiap teknologi memperpanjang jangkauan PCIe® dan faktor apa yang mempengaruhi kesesuaian mereka untuk lingkungan komputasi dan penyimpanan NVMe™.

Tantangan Integritas Sinyal PCIe

PCIe® tetap menjadi antarmuka kecepatan tinggi dominant untuk server dan jaringan data center. Laju datanya telah berevolusi dari Gen1 (2,5 GT/s) hingga Gen5 (32 GT/s), dengan Gen6 diperkirakan akan menggandakan itu lagi. Frekuensi yang lebih tinggi yang diperlukan untuk laju ini memperburuk attenuasi dan dispersi pada PCB FR4 standar, yang tetap menjadi substrat paling ekonomis tetapi menderita kerugian signifikan di atas 10 GHz.

Dielektrik berkinerja tinggi seperti Megtron 6 menawarkan karakteristik attenuasi yang superior—namun mereka dapat berkurang sekitar tujuh kali lebih mahal daripada FR4. Untuk banyak desain, premi biaya melebihi manfaat kualitas sinyal. Gambar 1 mengilustrasikan bagaimana attenuasi berekskala dengan frekuensi untuk FR4 dan Megtron 6.

Di mana:
W = lebar jejak dalam mil (5 mil digunakan dalam contoh ini)
F = frekuensi dalam GHz
Df = faktor dissipasi (tanggen hilang) dari bahan PCB
Dk = konstanta dielektrik dari bahan PCB

Gambar 1. Attenuasi vs. Frekuensi untuk FR4 dan Megtron 6

Konektor juga berkontribusi pada kerugian—konektor PCIe CEM tipikal menambahkan ~1,5 dB pada 32 Gbps. Standar PCIe Gen5 mengizinkan budget kerugian saluran total 36 dB, menyisakan margin terbatas untuk kerugian PCB dan kabel sebelum degradasi sinyal menjadi tidak dapat diterima.

Redriver Dijelaskan

Redriver adalah penguat analog bandwidth tinggi yang menggunakan Equalizer Timeline Kontinu (CTLE) pada sisi penerima untuk melawan attenuasi yang bergantung pada frekuensi. Pre‑emphasis opsional pada sisi transmisi dapat membentuk bentuk gelombang untuk meningkatkan penutupan mata. Karena redriver tidak bergantung pada protokol, mereka tidak memiliki logika pelatihan tautan dan oleh karena itu tidak dapat menyesuaikan urutan pelatihan tautan yang terembed PCIe.

Manfaat utama redriver adalah biaya rendah, konsumsi daya modest, dan integrasi yang sederhana. Namun, mereka juga memperkuat semua kebisingan sinyal, menambahkan lantai jitter sendiri—biasanya 8 ps jitter intrinsik—dan tidak dapat memperbaiki jitter non‑ISI. Redriver umumnya terbatas pada link PCIe Gen1–Gen3 dan menjadi tidak praktis di atas 16 Gbps karena akumulasi kebisingan berlebih.

Gambar 2 menunjukkan diagram blok redriver satu jalur tipikal.

Gambar 2. Diagram blok redriver satu jalur

Redriver Memiliki Batasan

Sementara redriver dapat memperpanjang panjang jejak untuk sistem Gen1–Gen3 kompleks rendah, ia gagal untuk mengompensasi attenuasi yang lebih tinggi dan budget waktu yang lebih ketat dari link Gen4 (16 Gbps) dan Gen5 (32 Gbps). Rangkaian beberapa redriver kontraproduktif karena setiap tahap menambahkan kebisingan sendiri, secara efektif menggandakan budget jitter. Akibatnya, redriver tidak cocok untuk beban kerja data center yang memerlukan link PCIe jarak jauh pada 16 Gbps atau lebih tinggi.

Retimer ke Penyelamatan

Dimulai dengan PCIe Gen4, standar secara eksplisit memerlukan retimer untuk link kecepatan tinggi. Retimer menyadari lapisan fisik dan mengimplementasikan logika pelatihan dan pemulihan tautan lengkap. Ia mencakup blok Pemulihan Jam dan Data (CDR) yang mengekstrak kembali jam yang terembed, pasang pengurai/penyusun (SERDES), dan subsistem pemantauan mata untuk diagnostik waktu nyata.

Gambar 3 menunjukkan diagram blok retimer satu jalur dua arah tingkat tinggi.

Gambar 3. Diagram blok retimer

Retimer tipikal hadir dalam konfigurasi x4, x8, atau x16, menyediakan 4, 8, atau 16 jalur fisik, masing‑masing. Arsitektur mereka sepenuhnya meregenerasi aliran data, menghilangkan kerugian sisipan dan mempertahankan budget jitter sinyal. Kemampuan ini membuat retimer tak tergantikan untuk aplikasi PCIe throughput tinggi dan jarak jauh seperti SSD NVMe, Ethernet 400 Gbps, dan interkoneksi akselerator.

Tabel 1 membandingkan atribut esensial redriver dan retimer.

Tabel 1. Perbandingan Redriver vs. Retimer

Contoh Retimer dalam Aplikasi PCIe

Retimer kini merupakan komponen wajib dalam banyak topologi data center. Gambar 4 menunjukkan arsitektur server tipikal di mana retimer berada antara root complex CPU dan papan belakang atau kartu tambahan, memungkinkan ekspansi sinyal melalui kabel, kartu riser, atau switch tambahan.

Gambar 4. Contoh server dengan retimer PCIe

Konfigurasi umum meliputi:
• CPU ↔ Retimer ↔ Kartu Tambahan (AIC)
• CPU ↔ Retimer ↔ Kartu Riser ↔ AIC
• CPU ↔ Retimer ↔ Kabel ↔ Switch ↔ AIC
• CPU ↔ Retimer ↔ Kabel ↔ AIC

Gambar 5. Retimer pada kartu riser dan papan induk ke AIC

Dalam rangkuman, redriver masih dapat berharga untuk desain kecepatan rendah dan sederhana, tetapi untuk aplikasi yang memerlukan >16 Gbps—baik PCIe, USB 4.0, atau Thunderbolt 3.0—retimer menyediakan regenerasi sinyal yang diperlukan dan kepatuhan dengan protokol pelatihan tautan modern.

Referensi

1. High‑Speed Serial Bus Repeater Primer (PDF)
2. PCI‑SIG® Educational Webinar Series 2019 (PDF)
3. AN 766: Intel® Stratix® 10 Devices, High‑Speed Signal Interface Layout Design Guideline (PDF)
4. PCI Express Base Specification Revision 5.0, Version 1.0, 2019

Industry Articles adalah bentuk konten yang memungkinkan mitra industri untuk berbagi berita, pesan, dan teknologi yang berguna dengan pembaca All About Circuits dengan cara yang konten editorial tidak cocok untuknya. Semua Industry Articles tunduk pada pedoman editorial yang ketat dengan niat untuk menawarkan pembaca berita yang berguna, keahlian teknis, atau cerita. Pandangan dan pendapat yang diekspresikan dalam Industry Articles adalah dari mitra dan tidak tentu dari All About Circuits atau penulisnya.