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(dá)每路2Gbps的數(shù)據(jù)速率上，幾乎沒有什么技術(shù)能使信號(hào)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？專家們意見不一。
　　要點(diǎn)
　　高速串行PCI-Express正迅速成為PC中占主導(dǎo)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(yīng)用機(jī)會(huì)；
　　面向眾多通信協(xié)議物理實(shí)現(xiàn)的PICMG標(biāo)準(zhǔn)，可減少系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的許多主觀臆測(cè)——包括根據(jù)PCIe及相關(guān)ASI進(jìn)行的臆測(cè)等；
　　自適應(yīng)均衡化可實(shí)現(xiàn)實(shí)際的超高速串行總線設(shè)計(jì)，否則即使經(jīng)過單調(diào)乏味的手動(dòng)調(diào)整，仍不能可靠地完成；
　　行業(yè)專家不僅對(duì)如何才能使PCIe實(shí)現(xiàn)中所采用的器件特性達(dá)到最佳化，而且對(duì)“食譜”(Cookbook)實(shí)現(xiàn)方法究竟是導(dǎo)致問題還是避免出現(xiàn)問題意見不一。
　　盡管有無數(shù)其它高速點(diǎn)對(duì)點(diǎn)串行協(xié)議（其中大多數(shù)都先于PCIe出現(xiàn)），但PCI-Express (PCIe) 仍在迅速成為PC中高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹鲗?dǎo)標(biāo)準(zhǔn)。此外，PCIe的組成，尤其是物理層，甚至更加普遍地成為ASI（高級(jí)交換互連）的一部分，而ASI則是一項(xiàng)雄心勃勃的協(xié)議，其目標(biāo)瞄準(zhǔn)要求有高于典型臺(tái)式機(jī)及筆記本電腦性能的應(yīng)用。ASI SIG（特別興趣組）雖將通信、存儲(chǔ)、服務(wù)器及嵌入式系統(tǒng)等列為ASI的目標(biāo)市場(chǎng)，但并沒有限制ASI對(duì)這些市場(chǎng)發(fā)揮潛力。
　　ASI似乎為高速數(shù)據(jù)傳輸帶來了許多好處。例如，不像以主機(jī)為中心的PCIe，ASI可在系統(tǒng)外圍器件之間（或在組合有多個(gè)CPU的系統(tǒng)中的各CPU之間）實(shí)現(xiàn)對(duì)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(duì)話，故對(duì)等特性可極大地提高復(fù)雜系統(tǒng)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ASI的系統(tǒng)支持多個(gè)協(xié)議的隧道式實(shí)現(xiàn)以及ASI核心處的網(wǎng)絡(luò)交換等。
　　但據(jù)其反對(duì)者稱，ASI也面臨來自其他舊協(xié)議的激烈競(jìng)爭(zhēng)，例如RIO (RapidIO)（尤其帶有新型RapidFabric擴(kuò)展的RIO）、InfiniBand、FibreChannel以及許多已建立了實(shí)際用戶群體的專用協(xié)議，其中大多數(shù)據(jù)說在改變可預(yù)見未來的主導(dǎo)協(xié)議中沒有看到特別的優(yōu)勢(shì)。業(yè)內(nèi)很多人士都將以太網(wǎng)看成是ASI的一個(gè)主要競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，但ASI SIG的立場(chǎng)是，以太網(wǎng)這種長(zhǎng)壽命的協(xié)議雖可作為ASI的補(bǔ)充，但目前尚不能與其進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)。
　　目前的單路PCIe實(shí)現(xiàn)，可在每個(gè)方向上以最高2 Gbps的速率傳輸數(shù)據(jù)。由于PCIe（像其它大多數(shù)高速串行協(xié)議一樣）采用8b/10b編碼來將時(shí)鐘嵌入到數(shù)據(jù)流中，故原生數(shù)據(jù)速率要比2 Gbps高25%（即2.5 Gbps）。但無論是PCIe還是ASI，都允許使用多路，故可將數(shù)據(jù)傳輸速率提高32倍。目前，一些目標(biāo)瞄準(zhǔn)視頻游戲的昂貴臺(tái)式PC中的高級(jí)視頻子系統(tǒng)，已經(jīng)在用單向16路版PCIe以32 Gbps（等于4GB/s）的速率來傳輸數(shù)據(jù)。由于有這種令人暈眩的速度，使得這些臺(tái)式機(jī)系統(tǒng)不需要有ASI的高級(jí)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(shè)備制造商目前正在以（打個(gè)比方說）可與總線上數(shù)據(jù)傳輸速度相媲美的速度來部署PCIe（參考文獻(xiàn)1），且這些廠商似乎并未被PCI SIG某些詳細(xì)信息（這些信息在工程師們?cè)O(shè)計(jì)新設(shè)備時(shí)遲早有用）所透露出來的困難所嚇倒。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(jì)算機(jī)廠商組）那兒得到。PICMG扮演的角色是對(duì)PCI SIG及ASI SIG等專用協(xié)議行業(yè)組角色的補(bǔ)充。盡管PICMG未定義通信協(xié)議，但它公布了“系統(tǒng)物理架構(gòu)”規(guī)范，使設(shè)計(jì)人員能成功實(shí)現(xiàn)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(xiàn)的硬件。最近，PICMG完成了它聲稱在其11年歷史上工作量最大的規(guī)范編寫工作。其結(jié)果是實(shí)現(xiàn)了一組匯集描述模塊化ATCA（高級(jí)通信計(jì)算架構(gòu)）的規(guī)范（附圖）。
　　除此之外，PCI SIG制定的PCIe規(guī)范及ASI SIG制定的ASI規(guī)范還可對(duì)ATCA規(guī)范進(jìn)行補(bǔ)充——盡管PICMG更喜歡協(xié)議規(guī)范為ATCA的補(bǔ)充規(guī)范。ATCA規(guī)范定義如何實(shí)現(xiàn)具有不同通信協(xié)議的架構(gòu)，一項(xiàng)規(guī)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?yàn)檫@兩個(gè)協(xié)議共用一種物理層與數(shù)據(jù)鏈路層。而令人吃驚的是，PICMG迄今發(fā)現(xiàn)，一種卡籠設(shè)計(jì)、一種底板設(shè)計(jì)及一種模塊格式，即足以實(shí)現(xiàn)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發(fā)了插件式ATCA格式線卡模塊原型，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(jù)AMCC (Applied MicroCircuits Corp) 交換網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品營(yíng)銷總監(jiān)Gilles Garcia介紹，圍繞網(wǎng)絡(luò)處理器構(gòu)建的線卡需要的軟件比ASI或RIO/RapidFabric需要的軟件更多。這些協(xié)議需要以FPGA來實(shí)現(xiàn)的其他膠合邏輯。Garcia發(fā)現(xiàn)，目前尚無開發(fā)包含這種外部邏輯的新型網(wǎng)絡(luò)處理器的動(dòng)機(jī)，因?yàn)槭袌?chǎng)不需要支持ASI或RapidFabric的線卡。

　　有希望的前景
　　不過，ATCA含意似乎確實(shí)有前途：在電信中心局設(shè)備中，該架構(gòu)似乎將成為一種統(tǒng)一力量，促使競(jìng)爭(zhēng)企業(yè)生產(chǎn)實(shí)際上相類似的硬件。這種統(tǒng)一將導(dǎo)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(yīng)該具有的）系統(tǒng)軟件水平的器件級(jí)規(guī)模經(jīng)濟(jì)。的確，ATCA幻想者發(fā)現(xiàn)，該架構(gòu)正在超出電信市場(chǎng)的范圍并擠入集群服務(wù)器等計(jì)算領(lǐng)域，從而正在產(chǎn)生進(jìn)一步的規(guī)模經(jīng)濟(jì)。
　　盡管忙于ATCA，但PICMG也沒有忘記不太復(fù)雜的系統(tǒng)。該機(jī)構(gòu)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(yùn)用于小型系統(tǒng)的架構(gòu)更新上，其中最有名的是CompactPCI。PICMG幾乎準(zhǔn)備公布一項(xiàng)基于PCIe版架構(gòu)的規(guī)范。PICMG希望在新設(shè)備設(shè)計(jì)中新、老CompactPCI架構(gòu)能隨著基于PCIe的架構(gòu)逐漸取代并行版本而共存多年。PICMG還規(guī)定了一種95mm