Особенности шины PCI Express 3.0

Первые продукты с поддержкой PCI Express 3.0 появились еще в 2010 году. Реальная скорость передачи данных по PCI Express 3.0 вдвое выше, чем у PCI Express 2.0. Материнские платы с поддержкой PCI Express 3.0 могут работать с видеокартами, потребляющими до 300 Вт.
                В версии  PCI Express  3.0, максимальная полоса пропускания канала увеличена до 8 ГТ/с  с незначительными изменениями протокола обмена, форм-фактора и методов обеспечения целостности данных. В дальнейшем предполагается увеличение скорости передачи данных за счет развития новых технологий.

При выборе скорости передачи данных по шине было решено остановиться на отметке 8 ГТ/с (гигатрансфер в секунду – единица измерения, определяющая количество произведенных операций по пересылке данных в секунду), в то время как для версии 2.0 стандарта данный показатель был установлен на уровне 5 ГТ/с. Почти двукратного роста пропускной способности удалось достичь благодаря изменениям в системе кодирования. Вместо традиционной системы кодирования теперь будет использована технология перестановки элементов изображения с фиксированной длиной пакетов в начале и в конце потоков данных.

Именно для обеспечения высокой пропускной способности при ограниченной частоте было принято решение перейти на использование более агрессивной схемы кодирования 128b130b, которая предусматривает передачу всего 1,6% избыточной информации, по сравнению с 20% в текущей схеме кодирования 8b10b. Выбор такого принципа устранения избыточности вместо перехода на 10 ГТ/с был обусловлен тем, что 8 ГТ/с является наиболее оптимальным компромиссом между затратами, возможностями производства, энергопотреблением и совместимостью.

К этому решению PCI SIG шла рассматривая различные варианты из диапазона 8-10 ГТ/с. Одним из факторов, который повлиял на окончательное решение, стала несовместимость самого быстрого варианта с пропускной способностью 10 ГТ/с и самой первой версии стандарта с пропускной способностью 2,5 ГТ/с. Более того, потребляемая мощность при переходе с 8 ГТ/с к 10 ГТ/с растет экспоненциально, а не линейно, как ранее. Отказаться от повышения частоты до 10 ГГц пришлось, прежде всего, из соображений сохранения уровня энергопотребления в разумных границах, поскольку рост частоты сопровождается экспоненциальным увеличением потребляемой мощности.

По мнению специалистов, рост частоты до 8 ГГц повлечет за собой значительное усложнение структуры чипов, для реализации которых, скорее всего, понадобится применять, по меньшей мере, 65-нм техпроцесс. Среди остальных новшеств нового стандарта отметим усовершенствования каналов, улучшенную систему передачи сигналов, уравнивание приема и передачи, улучшения системы фазовой автоподстройки частоты.

В составе готовых систем новые интерфейсы начали появляться еще в 2011 г., с основным прицелом на «жадные» к пропускной способности графические чипы в настольных системах высокого уровня и серверы, использующие мультипортовые карты 10 Гбит Ethernet и 8 Гбит Fibre Channel.

Что касается устройств, для которых потребуется быстродействие PCI Express 3.0, то это коммутаторы PLX, контроллеры Ethernet 40 Гбит/с, InfiniBand, твёрдотельные устройства, которые становятся всё популярнее, и, конечно, видеокарты. Все возможные инновации разработчики PCI Express еще не исчерпали, и они появляются не статически, а непрерывным потоком, который открывает путь для дальнейших улучшений в будущих версиях интерфейса PCI Express.

Решения для десктопов потребительского класса Intel P67, H67 и H61 уже не получили поддержки шины PCI, но большинство и более современных материнских плат обладают слотами PCI. В них используются специальные чипы-мосты PCI Express – PCI, их поставщиком уже является, например, компания IDT (рис. 1).

Мост PCI Express – PCI  (IDT PEB383) поддерживает 32-битную шину PCI с тактовой частотой 33 или 66 МГц. Габариты данного чипа составляют 10х10 мм, он предлагается в исполнении QFP или QFN и стоит $4,95 при заказе партии в 10 000 штук. А это значит, что каждая материнская плата с чипсетом Intel P67, H67 и H61 и слотом PCI стоит на $4,95 дороже. Стоит отметить, что чипсеты Intel B65, Q67 и Q65 корпоративного и бизнес-класса нативной поддержки PCI не утратили.