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2017年8月20日 星期日

丁酉(鸡)年闰六廿九

PCI Express接口PCI Express是新一代的总线接口,而采用此类接口的显卡产品,已经在2004年正式面世。早在2001年的春季“英特尔开发者论坛”上,英特尔公司就提出了要用新一代的技术取代PCI总线和多种芯片的内部连接,并称之为第三代I/O总线技术。随后在2001年底,包括Intel、AMDDELLIBM在内的20多家业界主导公司开始起草新技术的规范,并在2002年完成,对其正式命名为PCI Express。

PCI EXPRESS接口 - 概述 [回目录]

PCI Express采用了目前业内流行的点对点串行连接,比起PCI以及更早期的计算机总线的共享并行架构,每个设备都有自己的专用连接,不需要向整个总线请求带宽,而且可以把数据传输率提高到一个很高的频率,达到PCI所不能提供的高带宽。相对于传统PCI总线在单一时间周期内只能实现单向传输,PCI Express的双单工连接能提供更高的传输速率和质量,它们之间的差异跟半双工和全双工类似。

PCI Express接口PCI Express的接口根据总线位宽不同而有所差异,包括X1、X4、X8以及X16(X2模式将用于内部接口而非插槽模式)。较短的PCI Express卡可以插入较长的PCI Express插槽中使用。PCI Express接口能够支持热拔插,这也是个不小的飞跃。PCI Express卡支持的三种电压分别为+3.3V、3.3Vaux以及+12V。用于取代AGP接口的PCI Express接口位宽为X16,将能够提供5GB/s的带宽,即便有编码上的损耗但仍能够提4GB/s左右的实际带宽,远远超过AGP 8X的2.1GB/s的带宽。

PCI Express规格从1条通道连接到32条通道连接,有非常强的伸缩性,以满足不同系统设备对数据传输带宽不同的需求。例如,PCI Express X1规格支持双向数据传输,每向数据传输带宽250MB/s,PCI Express X1已经可以满足主流声效芯片、网卡芯片和存储设备对数据传输带宽的需求,但是远远无法满足图形芯片对数据传输带宽的需求。 因此,必须采用PCI Express X16,即16条点对点数据传输通道连接来取代传统的AGP总线。PCI Express X16也支持双向数据传输,每向数据传输带宽高达4GB/s,双向数据传输带宽有8GB/s之多,相比之下,目前广泛采用的AGP 8X数据传输只提供2.1GB/s的数据传输带宽。

尽管PCI Express技术规格允许实现X1(250MB/秒),X2,X4,X8,X12,X16和X32通道规格,但是依目前形式来看,PCI Express X1和PCI Express X16将成为PCI Express主流规格,同时芯片组厂商将在南桥芯片当中添加对PCI Express X1的支持,在北桥芯片当中添加对PCI Express X16的支持。除去提供极高数据传输带宽之外,PCI Express因为采用串行数据包方式传递数据,所以PCI Express接口每个针脚可以获得比传统I/O标准更多的带宽,这样就可以降低PCI Express设备生产成本和体积。另外,PCI Express也支持高阶电源管理,支持热插拔,支持数据同步传输,为优先传输数据进行带宽优化。

PCI Express接口PCI Express(以下简称PCI-E)采用了目前业内流行的点对点串行连接,比起PCI以及更早期的计算机总线的共享并行架构,每个设备都有自己的专用连接,不需要向整个总线请求带宽,而且可以把数据传输率提高到一个很高的频率,达到PCI所不能提供的高带宽。相对于传统PCI总线在单一时间周期内只能实现单向传输,PCI-E的双单工连接能提供更高的传输速率和质量,它们之间的差异跟半双工全双工类似。

在兼容性方面,PCI-E在软件层面上兼容目前的PCI技术和设备,支持PCI设备和内存模组的初始化,也就是说过去的驱动程序、操作系统无需推倒重来,就可以支持PCI-E设备。目前PCI-E已经成为显卡的接口的主流,不过早期有些芯片组虽然提供了PCI-E作为显卡接口,但是其速度是4X的,而不是16X的,例如VIA PT880 ProVIA PT880 Ultra,当然这种情况极为罕见。

PCI EXPRESS接口 - 起源和现状 [回目录]

2001年春季的IDF上Intel正式公布PCI Express,是取代PCI总线的第三代IO技术,也称为3GIO。该总线的规范由Intel支持的AWG(Arapahoe Working Group)负责制定。2002 年4月17日,AWG正式宣布3GIO 1.0规范草稿制定完毕,并移交PCI-SIG进行审核。开始的时候大家都以为它会被命名为Serial PCI(受到串行ATA的影响),但最后却被正式命名为PCI Express。2006年正式推出Spec2.0(2.0规范)。

PCI Express总线技术的演进过程,实际上是计算系统IO接口速率演进的过程。PCI总线是一种33MHz@32bit或者66MHz@64bit的并行总线,总线带宽为133MB/s到最大533MB/s,连接在PCI总线上的所有设备共享133MB/s~533MB/s带宽。这种总线用来应付声卡、10/100M网卡以及USB 1.1等网络接口基本不成问题。随着计算机和通信技术的进一步发展,新一代的IO接口大量涌现,比如千兆(GE)、万兆(10GE)的以太网技术、4G/8G的FC技术,使得PCI总线的带宽已经无力应付计算系统内部大量高带宽并行读写的要求,PCI总线也成为系统性能提升的瓶颈,于是就出现了PCI Express总线。PCI Express总线技术在当今新一代的存储系统已经普遍的应用。PCI Express总线能够提供极高的带宽,来满足系统的需求。如下表所示:
PCI Express接口
目前,PCI-E 3.0规范也已经确定,其编码数据速率,比同等情况下的PCI-E 2.0规范提高了一倍,X32端口的双向速率高达320Gbps。

PCI EXPRESS接口 - 技术优势 [回目录]

PCI总线的最大优点是总线结构简单、成本低、设计简单,但是缺点也比较明显:

1) 并行总线无法连接太多设备,总线扩展性比较差,线间干扰将导致系统无法正常工作;

2) 当连接多个设备时,总线有效带宽将大幅降低,传输速率变慢;

3) 为了降低成本和尽可能减少相互间的干扰,需要减少总线带宽,或者地址总线和数据总线采用复用方式设计,这样降低了带宽利用率。 PCI Express总线是为将来的计算机和通讯平台定义的一种高性能,通用IO互连总线。

与PCI总线相比,PCI Express总线主要有下面的技术优势:

1) 是串行总线,进行点对点传输,每个传输通道独享带宽。

2) PCI Express总线支持双向传输模式和数据分通道传输模式。其中数据分通道传输模式即PCI Express总线的x1、x2、x4、x8、x12、x16和x32多通道连接,x1单向传输带宽即可达到250MB/s,双向传输带宽更能够达到500MB/s,这个已经不是普通PCI总线所能够相比的了。具体配置可以参照表1。

3) PCI Express总线充分利用先进的点到点互连、基于交换的技术、基于包的协议来实现新的总线性能和特征。电源管理、服务质量(QoS)、热插拔支持、数据完整性、错误处理机制等也是PCI Express总线所支持的高级特征。

4) 与PCI总线良好的继承性,可以保持软件的继承和可靠性。PCI Express总线关键的PCI特征,比如应用模型、存储结构、软件接口等与传统PCI总线保持一致,但是并行的PCI总线被一种具有高度扩展性的、完全串行的总线所替代。

5) PCI Express总线充分利用先进的点到点互连,降低了系统硬件平台设计的复杂性和难度,从而大大降低了系统的开发制造设计成本,极大地提高系统的性价比和健壮性。从下面表格可以看出,系统总线带宽提高同时,减少了硬件PIN的数量,硬件的成本直接下降。

PCI Express接口

PCI EXPRESS接口 - 万兆存储系统的应用 [回目录]

H3C公司开发的最新一代存储产品IX3000中,采用Intel最新一代服务器硬件平台技术,前端支持高达16个GE接口,或者8个GE+8个4Gb FC接口,最高配置更可以支持多达4个10GE接口,后端接口可以提供6个SAS×4宽端口,达到72Gbps的后端访问速率,提供无与伦比的磁盘访问IOPS和吞吐量,只有PCI Express总线架构的系统才能满足系统性能的需求。

IX3000存储系统控制器系统架构如下图所示。系统采用4条×8的PCIE总线来扩展前端和后端接口,采用2条×8PCIE总线来实现2个控制器之间的缓存镜像,采用2条×8PCIE总线作为系统内部的控制和管理通道。其前端接口能够安装10GE接口卡或者GE+FC COMBO接口卡,以及GE接口卡,后端PCIE接口用来和高性能的IO处理扩展卡连接,提供高性能IO处理、RAID计算以及CACHE镜像管理等功能,并提供SAS后端接口用于连接SAS磁盘阵列,为用户带来前所未有的存储新体验。

PCI Express接口

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更新时间 : 2009-07-05

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