مقدمة لمواصفات PCIe 5.0

• مقدمة لمواصفات PCIe 5.0

اكتملت مواصفات PCIe 4.0 عام 2017، ولكنها لم تُدعم من قِبل منصات المستهلكين حتى سلسلة AMD Rydragon 3000 بتقنية 7 نانومتر، وكانت تقنية PCIe 4.0 مقتصرة في السابق على منتجات مثل الحوسبة الفائقة، ووحدات التخزين عالية السرعة للمؤسسات، وأجهزة الشبكات. على الرغم من أن تقنية PCIe 4.0 لم تُطبق على نطاق واسع بعد، إلا أن منظمة PCI-SIG تعمل منذ فترة طويلة على تطوير PCIe 5.0 أسرع، حيث تضاعف معدل الإشارة من 16 جيجابت في الثانية حاليًا إلى 32 جيجابت في الثانية، ويمكن أن يصل عرض النطاق الترددي إلى 128 جيجابايت في الثانية، وتم الانتهاء من مواصفات الإصدار 0.9/1.0. وقد أُرسل نص الإصدار v0.7 من معيار PCIe 6.0 إلى الأعضاء، ويجري العمل على تطوير المعيار. تم زيادة معدل نقل البيانات في PCIe 6.0 إلى 64 جيجا بايت/ثانية، أي ثمانية أضعاف معدل PCIe 3.0، ويمكن أن يتجاوز عرض النطاق الترددي في قنوات x16 256 جيجابايت/ثانية. بمعنى آخر، لا يتطلب تحقيق السرعة الحالية لـ PCIe 3.0 x8 سوى قناة PCIe 6.0 واحدة. أما بالنسبة للإصدار v0.7، فقد حقق PCIe 6.0 معظم الميزات المعلن عنها سابقًا، ولكن استهلاك الطاقة لا يزال في تحسن مستمر.د، وقد أدخل المعيار حديثًا تهيئة طاقة L0p. بالطبع، بعد الإعلان عنها في عام ٢٠٢١، يمكن طرح PCIe 6.0 تجاريًا في عام ٢٠٢٣ أو ٢٠٢٤ على أقرب تقدير. على سبيل المثال، تمت الموافقة على PCIe 5.0 في عام ٢٠١٩، والآن فقط تتوفر تطبيقات له.

مقارنةً بالمواصفات القياسية السابقة، جاءت مواصفات PCIe 4.0 متأخرة نسبيًا. طُرحت مواصفات PCIe 3.0 عام 2010، أي بعد سبع سنوات من طرح PCIe 4.0، لذا قد يكون عمرها الافتراضي قصيرًا. على وجه الخصوص، بدأ بعض المُصنِّعين بتصميم أجهزة PCIe 5.0 PHY للطبقة المادية.

تتوقع منظمة PCI-SIG أن يتعايش المعياران لبعض الوقت، ويُستخدم PCIe 5.0 بشكل رئيسي للأجهزة عالية الأداء ذات متطلبات إنتاجية أعلى، مثل وحدات معالجة الرسومات (GPU) للذكاء الاصطناعي وأجهزة الشبكات، وما إلى ذلك. مما يعني أن PCIe 5.0 أكثر احتمالاً للظهور في بيئات مراكز البيانات والشبكات والحوسبة عالية الأداء (HPC). أما الأجهزة ذات متطلبات النطاق الترددي الأقل، مثل أجهزة الكمبيوتر المكتبية، فيمكنها استخدام PCIe 4.0.

بالنسبة إلى PCIe 5.0، تمت زيادة معدل الإشارة من 16GT/s في PCIe 4.0 إلى 32GT/s، مع الاستمرار في استخدام ترميز 128/130، وتم زيادة عرض النطاق الترددي x16 من 64 جيجابايت/ثانية إلى 128 جيجابايت/ثانية.

بالإضافة إلى مضاعفة عرض النطاق الترددي، يُقدّم PCIe 5.0 تغييرات أخرى، منها تغيير التصميم الكهربائي لتحسين سلامة الإشارة، والتوافق مع الإصدارات السابقة من PCIe، وغيرها. كما صُمّم PCIe 5.0 بمعايير جديدة تُقلّل من زمن الوصول وتوهين الإشارة لمسافات طويلة.

تتوقع منظمة PCI-SIG إكمال الإصدار 1.0 من المواصفات في الربع الأول من هذا العام، ولكن بإمكانها تطوير المعايير، لكنها لا تستطيع التحكم في موعد طرح الجهاز الطرفي في السوق. ومن المتوقع أن تُطرح أول أجهزة PCIe 5.0 هذا العام، وستظهر المزيد من المنتجات في عام 2020. ومع ذلك، دفعت الحاجة إلى سرعات أعلى هيئة المعايير إلى تحديد الجيل التالي من PCI Express. يهدف PCIe 5.0 إلى زيادة سرعة المعيار في أقصر وقت ممكن. لذلك، صُمم PCIe 5.0 لزيادة السرعة إلى معيار PCIe 4.0 ببساطة دون أي ميزات جديدة مهمة أخرى.

على سبيل المثال، لا يدعم PCIe 5.0 إشارات PAM 4 ويتضمن فقط الميزات الجديدة اللازمة لتمكين معيار PCIe من دعم 32 GT/s في أقصر وقت ممكن.

تحديات الأجهزة

التحدي الرئيسي في إعداد منتج يدعم PCI Express 5.0 سيكون مرتبطًا بطول القناة. كلما زادت سرعة الإشارة، ارتفع تردد الموجة الحاملة للإشارة المنقولة عبر لوحة الكمبيوتر. هناك نوعان من الأضرار المادية يحدّان من قدرة المهندسين على نشر إشارات PCIe:

· 1. توهين القناة

· 2. الانعكاسات التي تحدث في القناة بسبب انقطاعات المعاوقة في الدبابيس والموصلات والثقوب العابرة والهياكل الأخرى.

تستخدم مواصفات PCIe 5.0 قنوات بتوهين -36 ديسيبل عند تردد 16 جيجاهرتز. يمثل التردد 16 جيجاهرتز تردد نيكويست للإشارات الرقمية بسرعة 32 جيجاهرتز/ثانية. على سبيل المثال، عند بدء تشغيل إشارة PCIe5.0، قد يكون لها جهد ذروة إلى ذروة نموذجي يبلغ 800 مللي فولت. ومع ذلك، بعد المرور عبر قناة -36 ديسيبل الموصى بها، يختفي أي تشابه مع العين المفتوحة. فقط من خلال تطبيق معادلة تعتمد على المرسل (إزالة التركيز) ومعادلة المستقبل (مزيج من CTLE وDFE) يمكن لإشارة PCIe5.0 المرور عبر قناة النظام وتفسيرها بدقة بواسطة المستقبل. الحد الأدنى المتوقع لارتفاع العين لإشارة PCIe 5.0 هو 10 مللي فولت (بعد المعادلة). حتى مع وجود جهاز إرسال منخفض الاهتزاز شبه مثالي، فإن التوهين الكبير للقناة يقلل من سعة الإشارة إلى الحد الذي يمكن فيه إغلاق أي نوع آخر من تلف الإشارة الناتج عن الانعكاس والتداخل لاستعادة العين.