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PCI Express
閱讀�15448時間�2011-08-24 09:26:55

  PCI Express(Peripheral Component Interconnect Express)簡�PCI-E,是電腦總線PCI的一種,它沿用了�(xiàn)有的PCI編程概念及通訊標準,但建基于更快的串行通信系統(tǒng)。英特爾是該接口的主要支援�。PCIe僅應用于�(nèi)部互�。由于PCIe是基于現(xiàn)有的PCI系統(tǒng),只需修改物理�而無須修改軟件就可將�(xiàn)有PCI系統(tǒng)轉換為PCIe。PCIe擁有更快的速率,以取代幾乎全部�(xiàn)有的�(nèi)部總線(包括AGP和PCI�。它將作為標準的局� I/O 總線并廣泛應用于未來各種計算機平臺�

歷史

  目前應用的計算機�(nèi)部總線技術為PCI,即"Peripheral Component Interconnect",中文名�"外圍組件互�",它是由 Intel � 1991 年提出的(與本文要介紹的 PCI-Express 總線技術屬同一個公司開�(fā)的)。后�,PCI-SIG 小組接替� Intel的PCI�(guī)范的�(fā)展,� 1993�5 月發(fā)布了 PCI 2.0。那�,PCI 的競爭對手是 VESA 本地總線(VL-bus � VLB� ,它是由視頻電子標準�(xié)會提出的 32bit 總線,在標準� ISA 插槽之后提供附加的第三和第四接口,額定頻� 33MHz,并且能夠提供超� ISA。但是當時作� 486處理�/�(nèi)存總線的直接擴展,VESA是運行在與處理器相同的頻率上,因此名�"本地總線",這種直接的擴展意味著如果連接的設備過�,則很可能會干擾處理器自身的工作,特別是當信號通過一個插槽時。于� VESA 標準中建議在 33MHz 頻率上只使用 2 個插�,或者在總線使用電子緩沖時使� 3 個。在更高的頻率上不能連接 2 個以上的設備,而在 50MHz 時它們則必須都內(nèi)建于主板�(nèi)�

  由于 VESA 與處理器同步工作,因而隨著處理器頻率的提�,VESA 總線類型的外圍設備工作頻率也得隨著提高,但是外圍設備要求的速度越高,其造價也就更高,對外圍設備的生�(chǎn)成本控制造成了極大的不利。因�,VESA只能工作� 40MHz 以內(nèi)的頻率上。當時與 VESA競爭� PCI總線技�,相� VESA來說�(yōu)勢非常明顯,因為它是一種中間性的總線,獨立于 CPU,但又與主內(nèi)存相�。同� PCI 總線能夠與處理器異步運行,額定頻率為 25MHz�30MHz �33MHz。當處理器的頻率增加�,PCI 總線頻率仍然能夠保持不變。PCI 允許的插槽數(shù)或外部設備數(shù)� 5 個或者更�,而且還不必考慮總線速度、緩沖或其它電器問題的限��

  其它的特點則使得設備的使用更加簡�。即插即用功能讓系統(tǒng)自動進行外圍設備的設�,而不必再手動設置 IRQ跳腳、DMA� IO地址。它還允� IRQ共享,有自己的中斷系�(tǒng)�

  ,PCI 總線上的�(shù)�(jù)傳輸是不�(jīng)� CPU,而直接處理,這樣降低了潛伏期和處理器的使用率�

  PCI 總線的真正應用是隨著 Intel � Pentium 處理器的誕生而開始的,由于在當時與其競爭對手 VESA 相比�(yōu)勢非常明顯,使其很快� 1994 年成為這場總線之爭的勝利者并�(tǒng)一了標�,從此以�,幾乎所有的外圍設備,從硬盤控制器、聲卡到�(wǎng)卡和顯卡,都使用 PCI插槽�

  版本 資料傳輸帶寬 單向單通道帶寬 雙向16通道帶寬 原始傳輸� 供電 �(fā)表日�

  1.0    2Gb/s     250MB/s         8GB/s 2.5GT/s             2002�7�22�

  1.0a   2Gb/s     250MB/s         8GB/s 2.5GT/s             2003�4�15�

  1.1    2Gb/s     250MB/s         8GB/s 2.5GT/s     77W     2005�3�28�

  2.0    4Gb/s     500MB/s         16GB/s 5.0GT/s    225W    2006�12�20�

  2.1    4Gb/s     500MB/s         16GB/s 5.0GT/s            2009�3�4�

  3.0    8Gb/s     1GB/s           32GB/s 8.0GT/s            2010�11�10�

總體架構

  在正式了解PCI Express串行鏈接物理和邏輯結構前,先來看一下PCI Express系統(tǒng)架構的方框圖。你可以看到 PCI Express連接器已被移植到系統(tǒng)中的各個不同部�,為將來的高速設備提供連接��

  PCI Express 的基本結構包括根組件(Root Complex� 、交換器(Switch)和各種終端設備(Endpoint� 。根組件可以集成在北橋芯片中,用于處理器和內(nèi)存子系統(tǒng)� I/O 設備之間的連接,而交換器的功能通常是以軟件形式提供�,它包括兩個或更多的邏� PCI � PCI 的連接橋(PCI-PCI Bridge� ,以保持與現(xiàn)� PCI兼容。當�,像 PCI Express-PCI的橋設備也可能存�。在PCI Express架構中的新設備是交換器(Switch� ,它取代了現(xiàn)有架構中� I/O橋接�,用來為 I/O 總線提供輸出端。交換器支持在不同終端設備間進行對等通信。下� 1 就是PCI Express 1.0 的拓撲結構圖�

PCI Express 1.0 的拓撲結構圖

  � 1

  為了便于與現(xiàn)行的PCI總線結構進行有效對比� �(xiàn)把兩種總線的桌面系統(tǒng)架構并列于下� 2 ��

兩種總線的桌面系統(tǒng)架構

  � 2

  在圖中現(xiàn)有的 PCI 架構�,用于顯卡的接口� AGP,而新� PCI Express 架構中以 PCIExpress取代�,現(xiàn)有PCI架構 I/O橋接器中的PCI/PCI-X橋接器在PCI Express 架構中全部以 Switch 交換器取代,增加了一� PCI Express 總線接口用于與終端設備連接,當然為了保持與�(xiàn)� PCI兼容,在� PCI Express 架構中仍保留 PCI接口�

  PCI Express 總線技術將全面應用于桌�/移動和服務器系統(tǒng)以及串口服務器中,但各自的體系結構不完全相同,如� 3 左圖所示的是桌面機和移動筆記本電腦中使� PCI Express 總線的系�(tǒng)架構,而圖 3右圖所示的是服務器和工作站中使� PCI Express 總線的系�(tǒng)架構。除此之�,在�(wǎng)絡中同樣可以以使� PCI Express 總線技術進行通信,結構圖如圖 4 所��

桌面機和移動筆記本電腦中使用 PCI Express 總線的系統(tǒng)架構

  � 3

  從圖 3中的兩個應用架構比較可以看�,PCI Express 總線技術在服務器和工作站中的應用更為徹�,在服務�/工作站中除了�(nèi)存子系統(tǒng)與芯片組之間的通信�,其它都是采� PCIExpress總線來與芯片連接�,而在桌面機中在目前來說還主要是取代顯卡中� AGP總線和其� PCI板卡,如�(wǎng)卡,至于硬盤和外設接口都仍是采用相應的總線接口直接與芯片組連接�

PCI Express總線技術通信結構圖

  � 4

  從圖中可以看�,PCI Express總線在網(wǎng)絡中的應用也是非常徹底的,除了內(nèi)存子系統(tǒng)�,幾乎所有的外設及內(nèi)置板卡都是直接或者間接通過 PCI Express 總線與芯片組連接��

  綜上所�,目前來說PCI Express總線主要還是先從服務�、工作站和網(wǎng)絡設備得到徹底應�,在桌面機中主要以先取代 AGP 和部� PCI接口開始�

硬件�(xié)�

  PCIe的連接是建立在一個雙向的序列的(1-bit)點對點連接基礎之上,這稱之為“傳輸通道�。與PCI 連接形成鮮明對比的是PCI是基于總線控�,所有設備共同分享的單向32位并行總�。PCIe是一個多層協(xié)議,由一個對話層,一個數(shù)�(jù)交換層和一個物理層構成。物理層又可進一步分為邏輯子層和電氣子層。邏輯子層又可分為物理代碼子層(PCS)和介質接入控制子層(MAC��

  物理�

  各式不同的PCI Express插槽(由上而下:x4, x16, x1,與 x16),相較于傳�(tǒng)�32-bit PCI插槽(最下方),取自于DFI的LanParty nF4 Ultra-D機板于使用電力方�,每組流水線使用兩個單向的低電壓差分信號(LVDS)合計達�2.5兆波�。傳送及接收不同�(shù)�(jù)會使用不同的傳輸通道,每一通道可運作四項資�。兩個PCIe設備之間的連接成為“鏈接”,這形成了1組或更多的傳輸通道。各個設備最少支�1傳輸通道(x1)的鏈接。也可以�2�4�8�16�32個通道的鏈�。這可以更好的提供雙向兼容性。(x2模式將用于內(nèi)部接口而非插槽模式)PCIe卡能使用在至少與之傳輸通道相當?shù)牟宀凵希ɡ鐇1接口的卡也能工作在x4或x16的插槽上�。一個支援較多傳輸通道的插槽可以建立較少的傳輸通道(例�8個通道的插槽能支援1個通道)。PCIe設備之間的鏈接將使用兩設備中較少通道�(shù)的作為標�。一個支援較多通道的設備不能在支援較少通道的插槽上正常工作,例如x4接口的卡不能在x1的插槽上正常工作(插不入�,但它能在x4的插槽上只建�1個傳輸通道(x1�。PCIe卡能在同一�(shù)�(jù)傳輸通道�(nèi)傳輸包括中斷在內(nèi)的全部控制信息。這也方便了與PCI的兼�。多傳輸通道上的�(shù)�(jù)傳輸采取交叉存取,這意味著連續(xù)字節(jié)交叉存取在不同的通道�。這一特性被稱之為“數(shù)�(jù)條紋�,需要非常復雜的硬件支援連續(xù)�(shù)�(jù)的同步存�,也對鏈接的�(shù)�(jù)吞吐量要求極高。由于數(shù)�(jù)填充的需�,數(shù)�(jù)交叉存取不需要縮小數(shù)�(jù)包。與其它高速數(shù)傳輸�(xié)議一�,時鐘信息必須嵌入信號中。在物理層上,PCIe采用常見�8B/10B代碼方式來確保連續(xù)�1�0字符串長度符合標�,這樣保證接收端不會誤讀。編碼方案用10位編碼比特代�8個未編碼比特來傳輸數(shù)�(jù),占�20%的總帶寬。到了PCIe 3.0,采�128B/130B代碼方式,僅占用1.538%的總帶寬。有些協(xié)議(如SONET)使用另外的編碼結構如“不�(guī)則”在�(shù)�(jù)流中嵌入時鐘信息。PCIe的特性也定義了一種“不�(guī)則化”的運算方法,但這種方法與SONET完全不同,它的方法主要用來避免數(shù)�(jù)傳輸過程中的�(shù)�(jù)重復而出�(xiàn)�(shù)�(jù)散射。代PCIe采用2.5兆位單信號傳輸率,PCI-SIG計劃在未來版本中增強�5~10兆位�

  �(shù)�(jù)鏈接�

  �(shù)�(jù)鏈接層采用按序的交換層信息包(Transaction Layer Packets,TLPs),是由交換層生�,按32位循�(huán)冗余校驗碼(CRC,本文中用LCRC)進行�(shù)�(jù)保護,采用著名的�(xié)議(Ack and Nak signaling)的信息包。TLPs能通過LCRC校驗和連續(xù)性校驗的稱為Ack(命令正確應答);沒有通過校驗的稱為Nak(沒有應答)。沒有應答的TLPs或者等待逾時的TLPs會被重新傳輸。這些�(nèi)容存儲在�(shù)�(jù)鏈接層的緩存�(nèi)。這樣可以確保TLPs的傳輸不受電子噪音干擾。PCIe對于ACK有所�(guī)�,在收到TLP封包之后,在一定時間內(nèi)必須回應ACK,也就是ACK延遲(ACK Latency)的等待時間。因應ACK/NAK流程的需要,必須實作出重新播送緩沖器(Replay Buffer��

  Ack和Nak信號由低層的信息包傳�,這些包被稱為�(shù)�(jù)鏈接層信息包(Data Link Layer Packet,DLLP)。DLLP也用來傳送兩個互連設備的交換層之間的流控制信息和實現(xiàn)電源管理功能�

  交換�

  PCI Express采用分離交換(數(shù)�(jù)提交和應答在時間上分離),可保證傳輸通道在目標端設備等待�(fā)送回應信息傳送其它數(shù)�(jù)信息。它采用了可信性流控制。這一模式�,一個設備廣播它可接收緩存的初始可信信號�。鏈接另一方的設備會在�(fā)送數(shù)�(jù)時統(tǒng)計每一�(fā)送的TLP所占用的可信信號量,直至達到接收端初始可信信號�。接收端在處理完畢緩存中的TLP�,它會回送發(fā)送端一個比初始值更大的可信信號�??尚判盘柦y(tǒng)計是定制的標準計�(shù)�,這一算法的優(yōu)勢,相對于其他算�,如握手傳輸�(xié)議等,在于可信信號的回傳反應時間不會影響系統(tǒng)性能,因為如果雙方設備的緩存足夠大的話,是不會出�(xiàn)達到可信信號值的情況,這樣�(fā)送數(shù)�(jù)不會停頓。代PCIe標稱可支援每傳輸通道單向每秒250兆字節(jié)的數(shù)�(jù)傳輸率。這一�(shù)字是根據(jù)物理信號�2500兆波特除以編碼率�10位/每字節(jié))計算而得。這意味著一�16通道(x16)的PCIe卡理論上可以達到單向250*16=4000兆字節(jié)/秒�3.7G字節(jié)/每秒)。實際的傳輸率要根據(jù)�(shù)�(jù)有效載荷率,即依賴于�(shù)�(jù)的本身特�,這是由更高層(軟件)應用程序和中間協(xié)議層決定。PCI Express與其它高速序列連接系統(tǒng)相似,它依賴于傳�?shù)聂敯粜裕–RC校驗和Ack算法�。長時間連續(xù)的單向數(shù)�(jù)傳輸(如高速存儲設備)會造成>95%的PCIe通道�(shù)�(jù)占用�。這樣的傳輸受益于增加的傳輸通道,但大多�(shù)應用程序如USB或以太網(wǎng)絡控制器會把傳輸�(nèi)容拆成小的數(shù)�(jù)包,同時還會強制加上確認信號。這類�(shù)�(jù)傳輸由于增加了數(shù)�(jù)包的解析和強制中�,降低了傳輸通道的效�。這種效率的降低并非只出現(xiàn)在PCIe��

技術優(yōu)�

  PCI Express之所以能迅速得到業(yè)界的承認,并且被大家公認為下一� 10 年總線標�,它具有鮮明的技術優(yōu)勢,它可以全面解� PCI 總線技術所面臨的種種問�。有專家預計,PCIExpress的設計不只要取代 PCI� AGP 的插�,同時也會是一些電腦內(nèi)部系�(tǒng)連接接口,如處理�、繪�、網(wǎng)絡及磁盤� I/O 子系�(tǒng)芯片間的連接。下面就來具體介紹這個新總線技術有哪些關鍵技術優(yōu)勢:

  ·在兩個設備之間點對點串行互聯(lián)(兩個芯片之間使用接口連線;設備之間使用數(shù)�(jù)電纜;� PCI Express 接口的擴展卡之間使用連接插槽進行連接);

  與PCI所有設備共享同一條總線資源不�,PCI Express 總線采用點對點技�,能夠為每一塊設備分配獨享通道帶寬,不需要在設備之間共享資源,這樣充分保障了各設備的寬帶資源,提高�(shù)�(jù)傳輸速率;·雙通道,高帶寬,傳輸速度快在�(shù)�(jù)傳輸模式上,PCI Express 總線采用獨特的雙通道傳輸模式,類似于全雙工模�,大大提高了�(shù)�(jù)與速度。在傳輸速度�� 1.0版本的PCI Express將從每個信道單方向2.5Gbps的傳輸速率起步,而它在物理層上提供的 1�32速可選信道帶寬特性更使其可以輕松實現(xiàn)近乎"無限"的擴展傳輸能��

  ·靈活擴展�

  與PCI不同,PCI Express 總線能夠延伸到系�(tǒng)之外,采用專用線纜可將各種外設直接與系統(tǒng)�(nèi)� PCI Express總線連接在一起。這樣可以允許開發(fā)商生�(chǎn)出能夠與主系�(tǒng)脫離的高性能的存儲控制器,不必再擔心由于改用 FireWire � USB 等其它接口技術而使存儲系統(tǒng)的性能受到影響�

  ·低電源消耗,并有電源管理功能

  這主得益� PCI Express 總線采用� PCI總線少得多的物理結構,如� x1 帶寬模式只需4 線即可實�(xiàn)調整�(shù)�(jù)傳輸,實際上是每個通道只需 4根線,發(fā)送和接收�(shù)�(jù)的信號線各一�,另外各一根獨立的地線。當然實際上在單通道PCI Express總線接口插槽中并不是 4 針引�,而是 18 �,� 其余� 14 針都是通過 4 根芯線相互組合得到的。由于減少了�(shù)�(jù)傳輸芯線�(shù)�,所以它的電源消耗也就大大降低了�

  ·支持設備熱撥插和熱交�

  PCI Express 總線接口插槽中含�"熱撥插檢測信�",所以可以像 USB、IEEE 1394 總線那樣進行熱撥插和熱交��

  ·支持 QoS 鏈接配置和公證策�

  ·支持同步�(shù)�(jù)傳輸

  PCI Express 總線設備可以通過主機橋接器芯片進行基于主機的傳�,也可以通過交換器進行點對點傳輸;

  ·具有�(shù)�(jù)包和層協(xié)議架�

  它采用類似于�(wǎng)絡通信中的 OSI 分層模式,各層使用專門的協(xié)議架構,所以可以很方便地在其它領域得到廣泛應用�

  ·每個物理鏈接含有多點虛擬通道

  類似� InfiniBand,PCI Express總線技術在每一個物理通道中也支持多點虛擬通道,理論上來講每一個單物理通道中可以允許有 8 條虛擬通道進行獨立通信控制,而且每個通信的數(shù)�(jù)包都定義不同� QoS。正因如�,它與外設之間的連接就可以得到非常的�(shù)�(jù)傳輸速率�

  ·可保持端對端和鏈接級�(shù)�(jù)完整�

  這是得益� PCI Express 總線的分層架構,具體將在下篇介紹�

  ·具有錯誤處理和先進的錯誤報告功能

  這也是得益于PCI Express總線的分層架構,它具有軟件層,軟件層的主要功能就是進行錯誤處理和提供錯誤報告,具體將在下篇介紹�

  ·使用小型連接,節(jié)約空�,減少串�

  PCI Express 技術不需要像PCI總線那樣在主板上布大量的�(shù)�(jù)線(PCI使用 32� 64條平行線傳輸�(shù)�(jù)�,與 PCI相比� PCI Express 總線的導線數(shù)量減少了將近 75% (PCI Express總線也會有好幾種版本的),速度會加快而且�(shù)�(jù)不需要同�。同時因為主板上走線少了,從而可以使通過增加走線�(shù)量提升總線寬度的方法就更容易實現(xiàn),同時各走線之間的間隔就可以更寬,減少了相互之間的串��

  ·在軟件層保持� PCI兼容

  跨平臺兼容是PCI Express 總線非常重要的一個特�。目前被廣泛采用的PCI 2.2設備可以在這一新標準提供的低帶寬模式下運行,不會出�(xiàn)類似 PCI插卡無法� ISA或� VLB插槽上使用的問題,從而為廣大用戶提供了一個平滑的升級平臺。同時由 IBM �(chuàng)導的 PCI-X接口標準� PCI Express 標準中也得到了兼容,但要注意的是它不兼容目前� AGP 接口�

  鑒于如此眾多的優(yōu)�,大家都認為 PCI Express 將成為今� 10 年內(nèi)的主要內(nèi)部總線連接標準,它不但將被用在臺式�、筆記本電腦以及服務器平臺上,甚至會繼續(xù)延伸到網(wǎng)絡設備的�(nèi)部連接設計中�

相關術語

  8B/10B 編碼:一種嵌入式時鐘編碼信號。編碼有兩個目�,首先它確保了數(shù)�(jù)流中有足夠的變換用于恢復時鐘,第� 0 � 1 的個數(shù)是匹配的,保證了 AC 耦合系統(tǒng)� DC 平衡

  AGP:圖形端口使用不同接口卡的更高速PCI 總線,是為了滿足臺式機專用插入式顯卡的帶寬需要而開�(fā)��

  CRC:循�(huán)冗余碼校驗通過在包中添加一組計算值來檢測和糾正比特誤差的方法。這些值由包中原始�(shù)�(jù)推出

  差分:差分信號采用兩條線來傳送一� 180 度異相信�。主要的好處是能降低引入噪聲的靈敏度

  ExpressCard:包� PCI Express � USB2.0接口的小� I/O �

  ISA Bus:工�(yè)標準構架1984年推出的PC總線標準,它把XT總線構架擴展� 16�。設計用來連接外設卡和主板。也被稱� AT bus

  PICMG:PCI 工業(yè)計算機制造商�(lián)盟維護目前CompatPCI � PCI/ISA �(guī)范的公司�(lián)盟PCI

  外設組件連接:最初由 Intel 設計的高速并行總�,用來連接外設� CPU

  PCI Express:PCI 的改進版,保� PCI 軟件的使用模型并使用具有多通路的高速(2.5Gb/s)串行總線替代物理總線SIOM 服務

  I/O 模塊:I/O 模塊,為服務器和工作站應用而設計,使用 PCI Express 進行通信USB2.0 是外部差分點對點串行總線,能提供的數(shù)�(jù)速率� 480Mb/s�

  USB2.0 � USB1.1 的擴�,它使用相同的線纜和連接�

應用

  在機架和刀片服務器中的應用

  絕大多數(shù)的服務器可分為兩類—I/O服務器和計算服務�。一般來說,I/O服務器擁�1-2個CPU及多個I/O插槽,以及連接到I/O資源的各種設備,如內(nèi)�、通信設備等;而計算服務器則具備更強的計算能力(四個或更多的CPU)及較少的I/O資源。傳�(tǒng)的機架服務器一般為19英寸寬,1-4U�。但新興的刀片服務器正憑借其成本少、功耗低、體積小及管理容易等特�,大肆搶占機架服務器的市場份��

  服務器之所以轉向PCIe技�,就是為了利用PCIe在帶寬、可擴展性、廣泛的生態(tài)圈等方面的優(yōu)�。今天市面上的服務器大都提供一些PCIe插槽,當然大部分還是PCI-X插槽,但我們看�,隨著芯片組廠商在芯片組上逐步取消PCI-X接口,PCIe取代PCI-X已是時間問題�

  值得一提的�,如今市面上的絕大多�(shù)芯片組都提供3-4個數(shù)目有限的PCIe端口,但I/O密集型應用顯然需要更多的PCIe端口,如存儲系統(tǒng)。于�,有些服務器廠商如PLX公司,就開發(fā)了帶有多個通道和端口的PCIe交換器,以增加服務器主板上的PCIe端口�(shù)�

  通常,刀片服務器提供SAS/SATA、光纖通道、千兆以太網(wǎng)等幾種接�,以連接那些無法被所有刀片所共享的網(wǎng)絡設備和存儲設備。上文已提到:全新的PCIe�(xié)議新增了IOV技�,這將減少連接�(shù),實�(xiàn)I/O資源的共�,從而可以極大地降低服務器的采購、維�、支持及管理成本�

  在PC圖像處理方面的應�

  PC圖形卡是驅動PCIe技術發(fā)展的關鍵因素�2006�,絕大部分的高端PC機都具備一個x16 PCIe插槽,以支持3D、高分辨率的圖形圖像效果�

  PC視頻游戲猶如高速公路上的汽車,�(fā)展速度�?�?,顯卡廠商不斷研制高分辨率圖像處理元件(GPU),以提高硬件性能。如�,高端圖像技術在科學、娛樂以及工程領域的重要性已是無可非�。GPU制造商也希望游戲發(fā)燒友們在兩個x16 PCIe插槽上安裝兩個GPU,來實現(xiàn)游戲體驗�

  在多顯示器計算中的應�

  多顯示器計算剛剛嶄露頭角,以往多用于金融和制圖領域,但隨著成本的降�,有望成為一種主流趨�,其應用領域主要包括:電子數(shù)�(jù)表分析程�、出版印�、CAD、CAM、CAID、工程跟蹤、網(wǎng)站設�、網(wǎng)絡游戲、游戲開�(fā)、模型設計、商�(yè)演示、金融分析、股票交�、軟件開�(fā)、模擬仿�、視頻會�、動�、音�/視頻編緝等等。促進這種應用模式�(fā)展的關鍵因素在于:PCIe技�、全新的操作系統(tǒng)、更低的�(nèi)存價�、LCD技術改�、顯示器價格和新一代GPU設備�

  在上述領域中,用戶的工作需要同時和多種應用程序打交道,多顯示器計算正好可以同時瀏覽及處理大量的信息資源。通過多個顯示器,用戶可以在多個顯示屏上移動和排列各種不同的信息和圖像,從而提高工作效��

  在多顯示器計算的音頻/視頻應用中,PCIe接口提供了GPU和處理器(芯片組)間的連接。同�,交換器可以用來擴展主處理器(或者芯片組)上的PCIe端口�(shù),進而連接多個GPU。這使得板卡制造商可以設計更多的圖形端口(插槽�,以支持多顯示器系統(tǒng)�

  在存儲系�(tǒng)和路由器中的應用

  一個典型存儲系�(tǒng)依靠CPU、內(nèi)�、I/O芯片、模塊和存儲設備間的高速連接。在如今的很多系�(tǒng)�,PCIe就提供了FC、SCSI、SATA等存儲接口與處理器間的連接,從而實�(xiàn)對整個存儲系�(tǒng)的控制管��

  光纖通道總線適配器(HBA)在企業(yè)級存儲系�(tǒng)中占有重要地位。通常,HBA、FC、SCSI、SATA及其他接口都采用傳統(tǒng)的PCI/PCI-X連接總線;HBA通過芯片組連接到主機(適用于x86結構)或者直接連接主機(適用于RISC架構�。但為了支持日益增長的CPU速度和存儲接口數(shù)�(jù)率,利用PCI/PCI-X等傳�(tǒng)總線來設計系�(tǒng)的方法開始受到嚴重挑�(zhàn)。而且,為了增加插槽數(shù)量,還需要額外的PCI/PCI-X橋接�,從而帶來了額外的成本、噪�、復雜性、主板空間及延遲。傳�(tǒng)總線的這些不足卻促進了PCIe等串行交換技術的普及�

  PCIe交換器主要用于擴展存儲系�(tǒng)主板的PCIe端口�(shù),用以連接更多組件或HBA上的ASIC。多�(shù)FC HBA廠商都轉向了PCIe技術,因為它提供了串行接口,擁有更高的可擴展帶寬,完全符合FC線率�1GB/s�2GB/s�4GB/s�8GB/s)的要求?,F(xiàn)�,市場上許多廠商都提供了相應的FC HBA和SATA��

  大家知道,互�(lián)�(wǎng)連接主要依靠路由器的性能,路由器控制著信息數(shù)�(jù)(包)在用戶、計算機和遠程系�(tǒng)之間的傳�,如�(wǎng)上沖�、郵�、ftp等應�。高端路由器每秒可以處理�(shù)以百萬計的數(shù)�(jù)�,從而滿足現(xiàn)代信息社會對處理速度和實時響應的苛刻要求。這些路由器為驗證、安�、服務質�、路由優(yōu)化以及網(wǎng)絡管理提供遠程包處理。一些專用處理器和定制的ASIC也會參與其中。這些處理器和ASIC需要通過高速有效的、芯片對芯片或主板對主板的互�(lián)技術進行連接。通常,路由器由網(wǎng)卡、路由器模塊及控制模塊組��

  在工�(yè)嵌入式系�(tǒng)中的應用

  如今,PCIe已經(jīng)被許多標準組織采�,用于工�(yè)嵌入式領�,如高端電信(Advanced Telecom�、微型TCA系統(tǒng)和AMC�(guī)格。其�,AMC采用PCIe高速串行接�,用于支持微型TCA系統(tǒng)中的AMC模塊和TCA系統(tǒng)中的載波模塊。AMC模塊被通信、醫(yī)療設備、蜂窩基站及成像系統(tǒng)等許多嵌入式�(huán)境采��

  在基于X86、MIPS、PowerPC等處理器的系�(tǒng)�,PCIe接口提供了芯片組上的互聯(lián)。PCIe交換器則用于擴展芯片組或處理器上有限的端口數(shù)。有些系�(tǒng)利用交換器的PTP功能開發(fā)系統(tǒng)背板和交換機,以支持更多的I/O設備�

  為了方便管理和控制,大多�(shù)路由器廠商采用傳�(tǒng)PCI來連接路由器的子系�(tǒng)。近�,隨著對管理模塊帶寬和處理能力需求的日益增長,迫使設計者尋求新的更快速的互聯(lián)技術。而PCIe技術由于可以同PCI兼容,正好提供了這一便利,且無須更改�(wǎng)絡操作系�(tǒng)。PCIe交換器可用于連接嵌入式處理器和網(wǎng)絡處理器,因為大多數(shù)處理器都提供PCIe接口�

  另一個例子是,傳�(tǒng)的安全系�(tǒng)在控制范圍和功能上都有局限�,比如只能簡單地檢測門窗開關系�(tǒng)。但最近幾年,這些系統(tǒng)的功能有了較大改�,如可以通過有線或無線攝像機,對受保護區(qū)域中的多個點進行視頻�(jiān)控——獲取視頻圖�,在本地機上進行處理,然后傳送到主機進行分析。顯�,這么多高分辨率攝像機對系�(tǒng)帶寬和吞吐量也提出了更高的要求,需要多個高速端口將信息傳送給CPU或主�。PCIe交換器因為可以提供高速點對點連接,正好可以漂亮地滿足這些要求�

  綜上所�,PCI Express由于提供了高速帶�、可擴展、廣泛的生態(tài)�、與PCI兼容等諸多優(yōu)�,其應用范圍正在從傳�(tǒng)的PC和圖形工作站領域向外擴展,在服務�、存�、路�、多顯示器計算以及工�(yè)嵌入式系�(tǒng)中都得到了非常廣泛的應用,其取代傳統(tǒng)的PCI/PCI-X總線也不過是時間問題�

前景

  PCI-Express 體系結構符合第三� I/O總線的所有需�� PCI-Express 的不同就在于點對點的串行連接,可以使用更少的�(shù)�(jù)線提供更高的連接速度。它可以為任何帶寬需求的應用以每幀 100MB/s 的速度進行傳輸。它的先進特征的自由縮放性能將及成為�(tǒng)一� I/O 方案而全面進入臺式�、筆記本電腦、服務器、通信、工作站的內(nèi)置設備等領域。PCI-Express 連接是執(zhí)行多通道、點對點連接的,而多通道可以用來建立 I/O之間的互�(lián),而使帶寬得到成倍地增加�

  這種 I/O 之間的互�(lián)可以使系�(tǒng)之間的發(fā)割變得非常容易,其成本與當前工作 PCI 架構相當,甚至更�。并� PCI-Express 與現(xiàn)在的PCI軟件保持兼容,這樣有利于在將來的系�(tǒng)中得到綜��

  隨著 PCI-SIG 頒發(fā) PCI Express 1.0以來,幾乎沒有誰會再懷疑 PCI Express 將是下一代總線標�。不僅原有的 PCI、AGP 總線擁戴者如�,就連許多各種不同的系統(tǒng)�(nèi)部總線開�(fā)者,� AMD、VIA、SIS、ATi、nVIDIA等都無不提出對PCI Express 的支�,紛紛想把自己的總線技術加入到 PCI Express 技術之中,尤其� Intel 的競爭對� AMD。由此看來,PCIExpress 總線將一�(tǒng)天下的局面似乎沒有什么障�,但實際上至少在目前為止還遠不是說這話的時候,特別是在服務器和工作站中,因為在其中早已有像 Infiniband� PCI-X總線技術得到廣泛的應用。還有如 RapidIO� Intel自己的超線程技術等�

  正如 PCI Express 工作小組 Arapahoe所說的那樣,以上所說的這些解決方案面向的目標與 PCI Express 總線不同。RapidIO 和超線程技術是針對那些特殊的應�,� PCI Express則是為一般應用所設計的。PCI Express 取代超線程技術而作為處理器之間接口的可能性也幾乎是不存在�,因為PCI Express 缺乏高速緩存一致性協(xié)議,在同步時鐘周期內(nèi)高于并行接口的潛伏期也使它不適于此類應用。所�,AMD 和nVidia 沒什么可害怕的,Intel也不會用它來取代P4 總線,因為一個開放的PCI Express 標準意味� Intel無法再為P4總線授權問題而起訴其他第三方芯片組廠商�

  但是 PCI Express仍有著巨大的�(fā)�?jié)�?,它在一般用途的定位使其在靈活性方面具有明顯的�(yōu)�,而且這確保了它有著廣闊的應用前景�

  由于有著許多改變,所以從PCI到PCI Express的轉變不會在一夜之間完�。ISA插槽掙扎了近 10年才� PCI總線全面取代而消�,所以不要認為你� PCI設備已經(jīng)落伍了�

  PCI Express 底板 1.0a�(guī)范和板卡電氣 1.0a�(guī)范都已經(jīng)�(fā)布了,但我們要等到 2004年才能看到真正的 PCI Express �(chǎn)�,在桌面機和服務器中全面采用PCI Express接口的設備更不是近兩、三年可以出�(xiàn)�?;蛟S最開始� nVidia 和ATi的顯卡產(chǎn)品以及基� Grantsdale芯片組的 Intel主板。在服務器終端市�,Intel想要通過 Lindenhurst 和Twin Castle 芯片組來引進PCI Express。由于各種新的因素和富有前途的性能表現(xiàn),PCI Express的未來看上去充滿希望�

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