PCI-E : 8 choses que vous devez savoir tôt

1. Qu'est-ce que PCI Express et que signifie-t-il ?

Selon la définition de Wikipedia, PCI Express (Peripheral Component Interconnect Express), offici abrégé en PCIe ou PCI-e, est une norme de bus d'extension d'ordinateur série haute vitesse, conçue pour remplacer les anciennes normes de bus PCI, PCI-X et AGP. En tant que l'un des bus à grande vitesse des ordinateurs, PCI-E n'est pas seulement un canal de données, mais également une interface de carte mère réseau. Ce dernier est la longue fente du panneau de commande.

 

PCIe est le bus le plus crucial du système serveur car les signaux sont interconnectés via PCIe, ce qui permet au processeur de communiquer avec divers périphériques externes. Si nous comparons chaque bit de données à une petite voiture, et le bus PCIe est comme les voies à double sens. Mais la spécification PCIe a sa propre limite de vitesse, ce qui indique que s'il y a plus de voies existantes, plus la vitesse sera rapide, c'est-à-dire qu'il y aura plus de trafic de données transmis.

 

2. Statut actuel et orientation future de PCI-E

La spécification de base PCIe 6.0 a publié sa version provisoire 0.5 jusqu'à présent et la norme PCIe 6.0 a terminé l'interprétation de la version 0.5, qui devrait être lancée offici en 2021. Cependant, la spécification PCIe 6.0 CEM est toujours en cours de délibération par le PCI-SIG.  

∆ La Blue Lane met en lumière le bus PCIe 

Pendant ce temps, le processeur PCIe 4.0 Ice Lake Xeon-SP pris en charge par Intel est sur le point de sortir à la fin de cette année et le processeur AMD EPYC prenant en charge PCIe 4.0 ainsi que de nombreux processeurs ARM sont progressivement mis en vente. En conséquence, PCIe 4.0 deviendra le courant dominant sur le marché en 2021, incitant les fabricants de câbles et les fournisseurs à réfléchir à la destination des câbles PCI-E.

 

3. PCIe contre PCI : L'évolution et la prolifération du PCIe Gen

Le PCI est né en 1992 avec sa bande passante de bus PCI de 133 Mo/s alors. Après cela, Intel a augmenté le bit d'état du bus à 64 à la demande de transmission dans la zone du serveur. Ainsi, 2 nouveaux bus PCI ont été créés qui étaient 64bit/33Mhz et 64bit/66Mhz en vitesse d'horloge avec une vitesse de transfert de données de 266Mbps et 533Mbps respectivement.

 

Dans le domaine des cartes graphiques, Intel a développé individuellement l'AGP (Accelerated Graphics Port) et a publié la « spécification AGP 1.0 » en 1997 avec un bus 32 bits fonctionnant à 66 MHz et une bande passante de 266 Mbps. La spécification AGP 2.0 qui a suivi a documenté la signalisation de 1.5 V, qui pouvait être utilisée à 2 × et 4 × et la vitesse à jeun de 4x pouvait atteindre 1 Gbps. Techniquement parlant, AGP n'est pas un vrai standard de bus car il ne peut connecter qu'un seul périphérique, c'est-à-dire une carte graphique.

 

En ce qui concerne l'application dans les serveurs, quelques fabricants et fournisseurs dont IBM, HP et Compaq développent conjointement les normes PCI-X et ont obtenu l'approbation en 1998. chaque sens.

 

Les spécifications PCI-X 2.0 et PCI-X 3.0 ont mis à jour la vitesse d'horloge de 266Mhz, à 533Mhz, voire à 1GMhz. Mais à ce moment-là, il y avait aussi quelques problèmes pour PCI-X. D'une part, la diaphonie du signal parallèle est apparue en raison de l'augmentation de la vitesse d'horloge, d'autre part, il y avait un conflit de ressources causé par le bus partagé. Bref, bien que les spécifications soient mises à jour, l'effet réel peut ne pas être en mesure de répondre à ces indicateurs.

∆ Carte d'interface réseau PCIe

 

Sur ce, Intel offa annoncé ici sa technologie d'E/S de troisième génération pour remplacer le bus PCI lors de la conférence Intel Spring IDF en 2001. Cette norme a été développée par l'AWG (Groupe de travail Arapahoe) pris en charge par Intel et a été nommée E/S de 3e génération, également 3GIO.

De toute évidence, Intel a indiqué qu'il s'agissait de la spécification d'interface d'E / S de nouvelle génération et qu'il ne s'appelait pas PCI-Express jusqu'à ce qu'il soit soumis au PCI-SIG (PCI Special Interest Group) et obtenu son approbation.

 

4. Emplacements PCIe communs

Selon les spécifications fournies par PCI-SIG, il existe 7 versions de slots PCI-E x1, x2, x4, x8, x12, x16 et x32, correspondant à 1/2/4/8/12/16/32 canaux , dont PCI -E x32 n'est utilisé que dans certaines occasions spéciales en raison de problèmes de volume, et les produits de production de masse correspondants sont presque nuls; PCI-E x12 est principalement appliqué dans les serveurs ; alors que PCI-E x2 est principalement utilisé pour les interfaces internes plutôt que pour les slots d'extension, même si certaines cartes mères fournissent cette interface, son PCI-E x2 apparaît également essentiellement sous la forme d'interface M.2, plutôt que sous la forme de slot PCI-E . Les liens physiques PCI Express peuvent contenir de 1 à 16 voies, plus précisément Les connexions « PCIe x8 » ont huit voies de données. Par conséquent, les emplacements PCI-E courants sur les cartes mères sont essentiellement concentrés dans quatre PCI-E x1/x4/x8/x16.

 

5. Avantages du PCI-E

Le PCI-e remplacerait globalement le PCI et l'AGP et atteindrait un statut uni de norme de bus d'extension d'ordinateur série haute vitesse. L'une de ses caractéristiques avantageuses est la capacité de transférer un grand débit de données, qui peut actuellement atteindre plus de 10 Go/s, et il devrait évoluer vers un nouveau niveau de vitesse de transmission. En outre, il existe une variété de spécifications pour PCI Express, de PCI Express 1X à PCI Express 16X, qui peuvent répondre aux besoins des périphériques à faible vitesse et des périphériques à grande vitesse qui apparaîtront dans un certain laps de temps à l'avenir.

 

Δ Présentation des emplacements communs PCIe x1, x4, x8, x16

Les périphériques PCI Express (ci-après dénommés PCI-E) communiquent via une connexion logique appelée interconnexion ou lien. Un lien est un canal de communication point à point entre deux ports PCI Express. Par rapport à l'architecture de bus parallèle partagé du PCI et des bus informatiques antérieurs, chaque périphérique PCI-E dispose de sa propre connexion dédiée et n'a pas besoin de demander de bande passante à l'ensemble du bus. 

 

De plus, il peut augmenter le taux de transfert de données à une fréquence très élevée et atteindre une bande passante élevée qu'un périphérique PCI ne peut pas atteindre. Par contrat avec le bus PCI traditionnel qui ne peut réaliser une transmission de signal unidirectionnelle que sur une seule période de temps, la connexion double simplex de PCI-E peut fournir un débit et une qualité de transmission plus élevés. La différence entre eux est similaire au semi-duplex et au duplex intégral.

 

6 . Quelles sont les tailles PCIe standard ?

L'interface PCI-E varie en fonction de la largeur de bit du bus, y compris X1, X4, X8 et X16, et le mode X2 sera utilisé pour l'interface interne au lieu du mode slot. La spécification PCI-E va de la connexion à 1 canal à la connexion à 32 canaux, ce qui offre une très forte évolutivité pour répondre aux exigences des différents périphériques système en matière de bande passante de transmission de données. En outre, la carte PCI-E plus courte peut être insérée dans l'emplacement PCI-E plus long d'une application, et l'interface PCI-E peut également prendre en charge le branchement à chaud, ce qui est considéré comme une étape importante dans l'industrie.

 

La norme PCI Express définit des largeurs de lien de ×1（250Mo/s）, ×2, ×4, ×8, ×12, ×16 et ×32. Mais selon l'état actuel de PCI-E, PCI-E x1 et PCI-E x 16 sont deux spécifications courantes. Dans le même temps, de nombreux fabricants de chipsets ont ajouté PCI-E X1 à la liste de la puce South Bridge et PCI-E X16 à la puce North Bridge. Outre son taux de transfert de données élevé, chaque empreinte physique des connecteurs PCI-E peut atteindre plus de bande passante que la spécification d'E/S conventionnelle puisque PCI-E transfère les données via des paquets de données de port série. Ainsi, cela peut réduire les coûts de production et minimiser la taille des périphériques PCI-E. En outre, PCI-E prend également en charge la gestion avancée de l'alimentation, le remplacement à chaud, la transmission synchrone des données et l'optimisation de la bande passante pour la transmission des données prioritaires.

 

7. Différentes versions pour la spécification PCI-E

 

● PCI Express 1.0

En 2003, PCI-SIG a introduit PCIe 1.0a, avec un débit de données par voie de 250 Mo/s et un taux de transfert de 2.5 Giga transferts par seconde (GT/s). Étant donné que chaque octet est de 10 bits (1 bit de début, 8 bits de données et 1 bit de fin), le taux de transmission est de 2.5 G/10 = 250 Mo/S (250 mégaoctets par seconde). Par cela, on peut calculer que le taux de transmission unidirectionnel de PCI-E 16X est de 250 Mo/S*16 = 4 Go/S, et le taux de transmission bidirectionnel est de 8 Go/S.

 

● PCI Express 2.0

PCI-SIG a annoncé la disponibilité de la spécification PCI Express Base 2.0 le 15 janvier 2007. PCI-E 1X (norme 2.0) a spécifié un débit en bauds 5G unidirectionnel pour la transmission. Étant donné que chaque octet est de 10 bits (1 bit de début, 8 bits de données et 1 bit de fin), le taux de transmission unidirectionnel est de 5G/10 = 500 Mo/S (500 mégaoctets par seconde). Grâce à cela, on peut conclure que le taux de transmission unidirectionnel de PCI-E 16X (norme 2.0) est de 500 Mo/S * 16 = 8 Go/S, le taux de transmission bidirectionnel est de 16 Go/S et le taux de vitesse du navire de PCI-E 32X (norme 2.0) correspond à 32 Go/S.

 

● PCI-E 3.0 

En août 2007, PCI-SIG a annoncé que PCI Express 3.0 supporterait un débit de 8 Giga transferts par seconde (GT/s). PCI-E 1X (norme 3.0) utilise un débit en bauds unidirectionnel de 10G pour la transmission. Étant donné que chaque octet est de 10 bits (1 bit de début, 8 bits de données et 1 bit de fin), le taux de transmission unidirectionnel est de 10G/10=1000 Mo/S (1000 mégaoctets par seconde). Par conséquent, nous pouvons en déduire que le taux de transmission unidirectionnel de PCI-E X16 (norme 3.0) est de 1000 Mo/S * 16 = 16 Go/S, et le taux de transmission bidirectionnel est de 32 Go/S, le taux de transmission bidirectionnel de PCI-E X32 (norme 3.0) est jusqu'à 64 Go/S.

∆ Différentes spécifications PCIe : de PCI à PCIe 6.0

● PCI-E 4.0

PCI-SIG a annoncé à titre préliminaire PCI Express 4.0 Le 29 novembre 2011, fournissant un débit de 16 GT/s qui double la bande passante fournie par PCI Express 3.0. Par conséquent, le débit de la transmission bidirectionnelle à 16 canaux peut théoriquement atteindre 512 Go/s, soit 64 Go/s. De plus, la norme PCI-E 4.0 optimisera les périphériques de stockage dotés d'interfaces PCI-E, tels que les disques durs PCI-E (HDD) et les cartes RAID PCI-E, pour tirer parti des avantages de faible latence du PCI-E. autobus.

 

Les spécifications PCI E 4.0 ont également introduit OCuLink-2, une alternative à Thunderbolt promue par Intel. PCI-E OCuLink est développé sur la base de PCI-E 3.0 et utilisera des câbles en cuivre comme support de connexion, offrant un débit de connexion minimum de 8 Gb/s (PCI-E 3.0 x1) et un maximum de 32 Gb/s (PCI-E 3.0 x4).

 

● PCI-E 5.0

Alors que PCIe 5.0 augmentait le débit du signal à 32 GT/s, le débit du signal du périphérique Ethernet avait atteint 56 Gbps et il transitait vers 112 Gbps. En termes de taux de transfert de données, l'équipement de mesure peut aujourd'hui totalement répondre à la demande de mesure du signal de données PCIe 5.0. En fait, le signal PCIe 5.0 est modulé par NRZ, tandis que le signal Ethernet 56 Gbps est modulé par la technique PAM4 et la fréquence fondamentale.

 

8. Vitesses de liaison et capacités de bande passante pour les emplacements PCIe courants

Le tableau suivant montre le taux de transfert de données selon différentes normes et différentes largeurs de bits.

Δ PCI express Versions et Betlargeurs 

 

La figure ci-dessous met en évidence la bande passante/le taux de transfert de données unidirectionnel spécifié dans diverses versions de spécifications PCIe.

Δ Bandes passantes de x1, x4, x8, x16  Emplacements PCIe

 

À partir du tableau et de la figure, on peut conclure que PCIe double sa bande passante tous les 3 ans.

Δ Développement et prédiction de la bande passante réelle et E/S PCIe 

 

Conclusion

PCI Express fonctionne dans les applications grand public, serveur et industrielles, en tant qu'interconnexion au niveau de la carte mère (pour relier les périphériques montés sur la carte mère). PCIe a évolué de PCI né en 1992 à l'actuel PCIe 5.0. À l'heure actuelle, l'emplacement PCI-E est devenu l'emplacement d'extension principal de la carte mère. En plus de l'application dans les cartes graphiques, les emplacements PCI-E peuvent également être utilisés dans du matériel tel que des cartes son indépendantes, des cartes réseau indépendantes, des cartes d'extension d'interface USB 3.0/3.1 et des SSD.