Merancang Interkoneksi Berkinerja Tinggi Sepanjang Generasi PCIe

PCI Express dan Kehausan akan Bandwidth

PCI Express® (PCIe®) telah menjadi standar industri untuk interkoneksi berkinerja tinggi, menghubungkan CPU, GPU, penyimpanan, dan periferal jaringan dengan tautan serial titik-titik yang efisien. Dengan menskalakan jumlah kanal dan kecepatan sinyal, PCIe menyediakan bandwidth yang diperlukan untuk aplikasi modern.

Sejak debutnya pada 2002 pada 2,5 GT/s (8 GB/s pada link ×16), PCIe telah menggandakan bandwidth dengan setiap generasi baru—PCIe 2.0 pada 2006, PCIe 3.0 pada 2010, dan loncatan terbaru ke PCIe 4.0 dan 5.0, yang bersama-sama mendorong throughput agregat jauh di luar 50 GB/s per jalur.

PCI Express telah menjadi referensi interkoneksi berkinerja tinggi untuk berbagai desain sistem.
(Sumber: Diodes Inc.)

Lonjakan layanan cloud—media sosial, streaming video, dan analitik big data—telah memperkuat permintaan akan link yang sangat cepat di dalam data center massal. Proliferasi IoT, kota cerdas, industri 4.0, dan wearable memenuhi server dengan terabyte data yang harus ditangkap, disimpan, dan dianalisis secara real-time.

Kendaraan terhubung akan lebih memperkuat lalu lintas, mendorong kebutuhan akan jalur ultra-berat rendah dan bandwidth tinggi untuk mendukung beban kerja otonom dan inferensi AI yang mendominasi data center generasi berikutnya.

Merespons tekanan ini, PCIe 4.0 (2017) dan PCIe 5.0 (2019) diperkenalkan, seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 1, menawarkan kecepatan agregat yang tetap setara dengan 400 GbE dan di luarnya.

Gambar 1: Kecepatan agregat yang ditawarkan versi PCIe (Sumber: Diodes Inc.)

PCIe 5.0 siap menjadi tulang punggung data center generasi berikutnya, menghubungkan transisi dari 100 GbE ke 400 GbE. Evolusi protokol mencerminkan Ethernet, mempertahankan jalur data yang seimbang dan bebas bottleneck di seluruh tumpukan.

Standar PCI Lama Masih Relevan

Dengan peluncuran PCIe 5.0 dan PCI-SIG yang sudah mengerjakan PCIe 6.0 (ditetapkan pada 2021), PCIe tetap solusi andalan untuk komunikasi periferal throughput tinggi. Keuntungan utamanya adalah kompatibilitas mundur—beberapa generasi coexist dalam satu papan atau sistem, yang memungkinkan desainer untuk mempertahankan modul lama sambil mengupgrade bagian lain platform.

Mengatasi Tantangan Implementasi

Meskipun generasi baru membawa laju data yang lebih tinggi, mereka juga meningkatkan persyaratan margin sinyal dan kompleksitas desain. Menghubungkan lintas generasi—atau ke antarmuka lain seperti USB, PCI-X, atau UART—memerlukan seleksi komponen yang hati-hati.

Diodes Inc. menawarkan garis lengkap IC dukungan PCIe, termasuk generator jam, buffer, pengontrol, switch/bridge paket, chip ReDriver™, dan multiplexer kecepatan tinggi, seperti yang diilustrasikan dalam Gambar 2.

klik untuk gambar lebih besar

Gambar 2: Contoh solusi PCIe yang tersedia dari Diodes Inc. (Sumber: Diodes Inc.)

Chip ReDriver menyediakan cara yang hemat biaya dan latensi rendah untuk meningkatkan integritas sinyal pada jejak atau kabel panjang. Dengan menerapkan equalisasi dan pre-emphasis, mereka memulihkan margin yang hilang karena attenuasi garis transmisi, memastikan tingkat kesalahan bit yang rendah tanpa kompleksitas tambahan dari retimer penuh.

Bridge dan switch menterjemahkan antara perangkat host dan endpoint, di seluruh lapis protokol, atau antara PCIe dan PCI/PCI-X, USB, atau UART lama. Switch paket multi-port memperluas satu root complex menjadi beberapa peer, sementara perangkat seperti PI7C9X442SL “swidge” menggabungkan bridge PCIe-ke-USB 2.0 dengan switching internal, memungkinkan satu port upstream PCIe ×1 untuk menyala ke dua port downstream PCIe ×1 dan empat port USB 2.0.

Multiplexer/demultiplexer pasbal duplex PCIe 1.0/2.0/3.0 Diodes memungkinkan ekspansi satu jalur ke bandwidth multi-lane, ideal untuk percepatan grafis atau komputasi. Buffer jam dan generator berbasis PLL mereka—seperti keluarga 1,8 V PI6CG18xxx dan 1,5 V PI6CG15xxx—menyediakan timing rendah jitter di konfigurasi 2-, 4-, dan 8-channel, dengan terminasi on-chip yang mengurangi hingga 32 komponen dari BOM.

Kesimpulan

Kevabutan PCIe, kompatibilitas mundur, dan ekosistem yang kuat dari solusi bridging, buffering, dan driving menjadikannya interkoneksi yang dipilih untuk sistem terpadu, desktop high-end, dan beban kerja AI data center. Dengan memilih campuran yang tepat dari perangkat PCIe, desainer dapat membangun platform yang diskalabel, hemat biaya yang memenuhi kebutuhan bandwidth hari ini dan kebutuhan ekspansi masa depan.