早在2011年底，PCI SIG組織就開始了PCI-E 4.0標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的制定工作，原計劃在2014-2015年推出PCI-E 3.0已經(jīng)達(dá)到了8GT/s的超高傳輸速率，單條通道即可提供1GB/s的帶寬，PCI-E 3.0 x16全速模式下可達(dá)16GB/s。
為了保持向下兼容性，PCI-E 4.0沒有改變基礎(chǔ)架構(gòu)，還是銅介質(zhì)。雖然目標(biāo)很明確，理論上也完全可行，那就是速率翻番到16GT/s，PCI-E 4.0 x16那就能達(dá)到32GB/s，但實際干起來費勁的很。
幸運的是，近日的PCI SIG年會上傳來好消息，工程師們已經(jīng)在實驗室里跑出了16GT/s的預(yù)定速率，完成了最關(guān)鍵的突破，Cadence、Synopsys也都宣布了各自的PCI-E 4.0 PHY物理層和控制器產(chǎn)品規(guī)劃。
一旦得到全面鋪開，PCI利益集團(簡稱PCI SIG)將著手研發(fā)下一代5.0方案，其運行標(biāo)準(zhǔn)將達(dá)到每秒25Gbits甚至32 Gbits。
Cadence、PLDA與Synopsys等廠商已經(jīng)在PCI SIG的年度開發(fā)者大會上分別展示了其PCIe 4.0物理層控制器、交換機與其它IP模塊。各廠商同時拿出了可工作芯片、電路板與基板，其中皆包含有利用PCIe 4.0實現(xiàn)的每秒100 Gbit Infiniband交換芯片。
自上一次大規(guī)模標(biāo)準(zhǔn)——即每秒8 Gbits PCIe 3.0——更新以來，PCI SIG已經(jīng)有六年時間沒有發(fā)布新的技術(shù)方案。這一次，其推出的4.0版本可能將成為最后一款基于銅質(zhì)材料的芯片到芯片互連機制。不過在此之后，以太網(wǎng)與光纖通道仍將發(fā)布銅質(zhì)網(wǎng)絡(luò)方案，速度分別為每秒25 Gbits與32 Gbits。
“可以肯定的是，PCIe還將迎來下一代升級方案，我們只需要對其細(xì)節(jié)進行敲定，”PCI SIG總裁Al Yanes在其年度開發(fā)者大會的一場新聞發(fā)布會上指出。
不過關(guān)于5.0版本的疑問仍然很多，其中包括其是否向下兼容以及是否仍然作為當(dāng)前全部PCIe標(biāo)準(zhǔn)所采取的芯片到芯片鏈接定位。
“我們無法再從編碼方面實現(xiàn)改進，”Yanes指出，3.0版本則針對上代的8b/10b水平提升至128b/130b?！暗褂?56編碼無法帶來更理想的提升，因此我們面臨可能只剩下提升頻率這一條道路了，”他進一步補充稱。
市場需求則源自當(dāng)前各類常見用例。由于網(wǎng)卡傳輸速度已經(jīng)達(dá)到每秒100 Gbit，必然要求有速度更快的芯片鏈接。另外，下一代圖形處理器與固態(tài)驅(qū)動器的陸續(xù)推出也將在性能層面向廠商提出要求。
面向732家企業(yè)客戶創(chuàng)造出一套同時適用于從智能手機到超級計算機的廣泛應(yīng)用場景的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)顯然不那么容易。隨著數(shù)據(jù)傳輸速率的不斷提升與信號頻段的收窄，PCIe新版本的研發(fā)周期已經(jīng)由過去的3年延長至如今的7年。
PCIe 4.0 1.0標(biāo)準(zhǔn)版本預(yù)計將在今年4月推出。
該集團曾于一年前表示，其希望能夠在去年年內(nèi)完成0.7版本草案，即在2015年年末前敲定一切需要加入最新版本的功能?！安贿^將各類新特性納入方案的工作，顯然需要耗費超出預(yù)期的時間，”Yanes表示。
新功能的引入過程顯然并不順利，特別是其中的信道建模機制——其允許系統(tǒng)工程師以目測方式檢查互連體系中的每條通道，并查看其擁有多大的設(shè)計余量。
“4.0規(guī)范的制定已經(jīng)耗費了相當(dāng)長的時間。我們的很多客戶都在迫切要求其推出，因為他們發(fā)現(xiàn)目前的0.7版本草案并不夠理想，”Synopsys公司IP部門高級產(chǎn)品營銷經(jīng)理Scott Knowlton指出。
Cadence(在上)與Synopsys兩家公司展示了運行在其IP模塊上的PCIe 4.0信道建模功能。
“我們的一家客戶強調(diào)稱，新規(guī)范的出臺實在太過遲緩。為了不錯過市場營銷周期，他們會很快推出相關(guān)設(shè)備，并隨后再考慮合規(guī)方面的工作，”Cadence公司IP部門PCIe專家Arif Khan表示。
去年早些時候，IBM公司曾為其下一代服務(wù)器處理器Power9公布了一系列規(guī)范，其中就包括對PCIe 4.0的支持能力。
4.0規(guī)范為了實現(xiàn)更高數(shù)據(jù)傳輸速率而在傳輸距離方面稍做犧牲，其目前傳輸有效范圍為12至14英寸。因此，在3.0版本中就比較常見的轉(zhuǎn)接定時器與轉(zhuǎn)接驅(qū)動器可能會在未來得到更為廣泛的應(yīng)用。
在此次大會上，Cadence與Synopsys兩家公司都展示了該信道建模功能在其IP模塊芯片上的運行效果。其中Cadence公司的芯片采用16納米FinFET制程，而Synopsys方面表示其模塊能夠較上代PCIe模塊在延遲與面積方面分別降低20%與15%。
Pericom公司展示了面向PCIe的每秒12 Gbit轉(zhuǎn)接驅(qū)動模塊，并表示其成本僅為完整轉(zhuǎn)接定時器的四分之一。不過未來一到兩年內(nèi)，我們恐怕還無法買到能夠完整實現(xiàn)每秒16 Gbit標(biāo)準(zhǔn)的轉(zhuǎn)換驅(qū)動器。