PCI-Express與ASI：避免在2Gbps速率上的混亂

PCI-Express與ASI：避免在2Gbps速率上的混亂

　在高達每路2Gbps的數據速率上，幾乎沒(méi)有什么技術(shù)能使信號完整性有很大的不同。哪種技術(shù)能真正提高性能？或者是只能使性能更差？專(zhuān)家們意見(jiàn)不一。
　　要點(diǎn)
　　高速串行PCI-Express正迅速成為PC中占主導地位的互連技術(shù)，并由于其廣泛使用可降低器件成本而擁有更廣泛的應用機會(huì )；
　　面向眾多通信協(xié)議物理實(shí)現的PICMG標準，可減少系統設計中的許多主觀(guān)臆測——包括根據PCIe及相關(guān)ASI進(jìn)行的臆測等；
　　自適應均衡化可實(shí)現實(shí)際的超高速串行總線(xiàn)設計，否則即使經(jīng)過(guò)單調乏味的手動(dòng)調整，仍不能可靠地完成；
　　行業(yè)專(zhuān)家不僅對如何才能使PCIe實(shí)現中所采用的器件特性達到最佳化，而且對“食譜”(Cookbook)實(shí)現方法究竟是導致問(wèn)題還是避免出現問(wèn)題意見(jiàn)不一。
　　盡管有無(wú)數其它高速點(diǎn)對點(diǎn)串行協(xié)議（其中大多數都先于PCIe出現），但PCI-Express (PCIe) 仍在迅速成為PC中高速數據傳輸的主導標準。此外，PCIe的組成，尤其是物理層，甚至更加普遍地成為ASI（高級交換互連）的一部分，而ASI則是一項雄心勃勃的協(xié)議，其目標瞄準要求有高于典型臺式機及筆記本電腦性能的應用。ASI SIG（特別興趣組）雖將通信、存儲、服務(wù)器及嵌入式系統等列為ASI的目標市場(chǎng)，但并沒(méi)有限制ASI對這些市場(chǎng)發(fā)揮潛力。
　　ASI似乎為高速數據傳輸帶來(lái)了許多好處。例如，不像以主機為中心的PCIe，ASI可在系統外圍器件之間（或在組合有多個(gè)CPU的系統中的各CPU之間）實(shí)現對等通信。由于其允許在這些器件之間同時(shí)進(jìn)行多個(gè)對話(huà)，故對等特性可極大地提高復雜系統中的信息傳輸速度。其他PCIe不支持的ASI特性還包括：服務(wù)質(zhì)量 (QoS)、可使基于A(yíng)SI的系統支持多個(gè)協(xié)議的隧道式實(shí)現以及ASI核心處的網(wǎng)絡(luò )交換等。
　　但據其反對者稱(chēng)，ASI也面臨來(lái)自其他舊協(xié)議的激烈競爭，例如RIO (RapidIO)（尤其帶有新型RapidFabric擴展的RIO）、InfiniBand、FibreChannel以及許多已建立了實(shí)際用戶(hù)群體的專(zhuān)用協(xié)議，其中大多數據說(shuō)在改變可預見(jiàn)未來(lái)的主導協(xié)議中沒(méi)有看到特別的優(yōu)勢。業(yè)內很多人士都將以太網(wǎng)看成是ASI的一個(gè)主要競爭對手，但ASI SIG的立場(chǎng)是，以太網(wǎng)這種長(cháng)壽命的協(xié)議雖可作為ASI的補充，但目前尚不能與其進(jìn)行競爭。
　　目前的單路PCIe實(shí)現，可在每個(gè)方向上以最高2 Gbps的速率傳輸數據。由于PCIe（像其它大多數高速串行協(xié)議一樣）采用8b/10b編碼來(lái)將時(shí)鐘嵌入到數據流中，故原生數據速率要比2 Gbps高25%（即2.5 Gbps）。但無(wú)論是PCIe還是ASI，都允許使用多路，故可將數據傳輸速率提高32倍。目前，一些目標瞄準視頻游戲的昂貴臺式PC中的高級視頻子系統，已經(jīng)在用單向16路版PCIe以32 Gbps（等于4GB/s）的速率來(lái)傳輸數據。由于有這種令人暈眩的速度，使得這些臺式機系統不需要有ASI的高級特性，因此PCIe的單向版不失為一種合適的選擇。

　　快速部署
　　PC與外圍設備制造商目前正在以（打個(gè)比方說(shuō)）可與總線(xiàn)上數據傳輸速度相媲美的速度來(lái)部署PCIe（參考文獻1），且這些廠(chǎng)商似乎并未被PCI SIG某些詳細信息（這些信息在工程師們設計新設備時(shí)遲早有用）所透露出來(lái)的困難所嚇倒。SIG迄今所提供信息的短缺并未妨礙采用PCIe的一個(gè)重要原因是，大量信息可從PICMG（PCI工業(yè)計算機廠(chǎng)商組）那兒得到。PICMG扮演的角色是對PCI SIG及ASI SIG等專(zhuān)用協(xié)議行業(yè)組角色的補充。盡管PICMG未定義通信協(xié)議，但它公布了“系統物理架構”規范，使設計人員能成功實(shí)現其它組已經(jīng)定義的協(xié)議。此外，PICMG成員公司還提供了用于這些實(shí)現的硬件。最近，PICMG完成了它聲稱(chēng)在其11年歷史上工作量最大的規范編寫(xiě)工作。其結果是實(shí)現了一組匯集描述模塊化ATCA（高級通信計算架構）的規范（附圖）。
　　除此之外，PCI SIG制定的PCIe規范及ASI SIG制定的ASI規范還可對ATCA規范進(jìn)行補充——盡管PICMG更喜歡協(xié)議規范為ATCA的補充規范。ATCA規范定義如何實(shí)現具有不同通信協(xié)議的架構，一項規范同時(shí)覆蓋了ASI及PCIe兩個(gè)版本。盡管ASI的交換網(wǎng)絡(luò )幾乎肯定會(huì )要求使用PCIe不使用的模塊駐留硬件，但這種公共性并不令人吃驚，因為這兩個(gè)協(xié)議共用一種物理層與數據鏈路層。而令人吃驚的是，PICMG迄今發(fā)現，一種卡籠設計、一種底板設計及一種模塊格式，即足以實(shí)現至少可支持半打通信協(xié)議的ATCA版本。
　　模塊制造商甚至還開(kāi)發(fā)了插件式ATCA格式線(xiàn)卡模塊原型，只需簡(jiǎn)單地加載合適的軟件，即可用于任何一種通信協(xié)議。但據AMCC (Applied MicroCircuits Corp) 交換網(wǎng)絡(luò )產(chǎn)品營(yíng)銷(xiāo)總監Gilles Garcia介紹，圍繞網(wǎng)絡(luò )處理器構建的線(xiàn)卡需要的軟件比ASI或RIO/RapidFabric需要的軟件更多。這些協(xié)議需要以FPGA來(lái)實(shí)現的其他膠合邏輯。Garcia發(fā)現，目前尚無(wú)開(kāi)發(fā)包含這種外部邏輯的新型網(wǎng)絡(luò )處理器的動(dòng)機，因為市場(chǎng)不需要支持ASI或RapidFabric的線(xiàn)卡。

　　有希望的前景
　　不過(guò)，ATCA含意似乎確實(shí)有前途：在電信中心局設備中，該架構似乎將成為一種統一力量，促使競爭企業(yè)生產(chǎn)實(shí)際上相類(lèi)似的硬件。這種統一將導致有助于控制成本以及將產(chǎn)品差異化推向（很多人相信它應該具有的）系統軟件水平的器件級規模經(jīng)濟。的確，ATCA幻想者發(fā)現，該架構正在超出電信市場(chǎng)的范圍并擠入集群服務(wù)器等計算領(lǐng)域，從而正在產(chǎn)生進(jìn)一步的規模經(jīng)濟。
　　盡管忙于A(yíng)TCA，但PICMG也沒(méi)有忘記不太復雜的系統。該機構總是不忘其在以前并行版PCI中的根，已經(jīng)將重點(diǎn)集中在其率先運用于小型系統的架構更新上，其中最有名的是CompactPCI。PICMG幾乎準備公布一項基于PCIe版架構的規范。PICMG希望在新設備設計中新、老CompactPCI架構能隨著(zhù)基于PCIe的架構逐漸取代并行版本而共存多年。PICMG還規定了一種95mm