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Briefing Cebit 2004 PCI Express
Erstellt von Frank Becker Briefing Cebit 2004 PCI Express Der Nachfolger von PCI: PCI Express PCI Express von Frank Becker SWT02b Abgabetermin: 20.04.2004 Inhaltsverzeichnis PCI Express Inhaltsverzeichnis Der Nachfolger von PCI: PCI Express Schlüsselmerkmale der neuen Technik Punkt zu Punkt Verbindungen Paketorientierte Datenübertragung Schichtenmodell von PCI Express Systemen Serielle Übertragungsweise Differentielle Signalübertragung Hot-Plug Möglichkeit Kompatible mechanische Formfaktoren und Kompatibilität zu bestehender Software Eigenschaften und Kompatibilität Mechanische Konzepte Ausblick Quellen Abbildungsverzeichnis Anhang D:\SWT\beleg - cebit 2004\Briefing Cebit 2004 PCI Express.doc 1 1 2 2 2 2 3 3 3 3 3 4 4 4 5 5 5 Stand vom 25.06.04 um 08:33 Seite 1 von 6 Erstellt von Frank Becker Briefing Cebit 2004 Der Nachfolger von PCI: PCI Express Schlüsselmerkmale der neuen Technik Der Nachfolger von PCI: PCI Express Bereits 2002 würde auf der WinHEC, Microsofts Entwicklerkonferenz für Hardware, eine Spezifikation von großen Herstellern wie Dell, IBM usw. zur Diskussion vorgelegt. Damals als Third Generation I/O (3GIO) bekannt und mit dem Ziel entwickelt den derzeit meist eingesetzten PCI 2.2 Bus für den Datentransfer zu ersetzen. Abbildung 1 - Aktuelle Architektur Die nun mittlerweile 10 Jahre alte Form von PCI (2.0 bis 2.2) stößt in ihrer Leistungsfähigkeit mit der bei 32bit/33MHz auf 133 MB/s begrenzten Datenrate in ihre Grenzen. Oftmals werden sogar nur 100MB/s erreicht und moderne Schnittstellen wie Gigabit Ethernet, ATA133, … lasten den Bus derart aus, dass es zu Engpässen und somit zu einer sinkenden Gesamtleistung kommt. PCI 2.2 mit der Erweiterung auf 64bit/66MHz wäre eine viel zu teure und nur im Serverbereich lohnende Möglichkeit. Hier setzt die neue PCI Express Spezifikation an. Schlüsselmerkmale der neuen Technik Punkt zu Punkt Verbindungen Ähnlich wie beim Ethernet-Switch wird für jedes Gerät eine eigene Verbindung (Link) geschaltet, und nicht ein Bussystem, in dem sich alle angeschlossenen Geräte einen Bus teilen. Paketorientierte Datenübertragung Hauptvorteil liegt in der gleichzeitigen Datenübertragung mehrerer Geräte. Bei einem Bussystem muss gewartet werden, bis ein Transfer abgeschlossen ist, bevor der neue gestartet werden kann. Bei PCI Express wird ein Paket von einem Punkt zum nächsten übertragen, während zwischen zwei anderen Punkten ebenfalls Daten ausgetauscht werden. D:\SWT\beleg - cebit 2004\Briefing Cebit 2004 PCI Express.doc Stand vom 25.06.04 um 08:33 Seite 2 von 6 Erstellt von Frank Becker Briefing Cebit 2004 Schlüsselmerkmale der neuen Technik Schlüsselmerkmale der neuen Technik Schichtenmodell von PCI Express Systemen Zweck eines Schichtenmodells ist es, die Arbeit der Verwaltung der Datenübertragung von der Software auf die Hardware zu verlagern. Die Kompatibilität zu bereits bestehender Software ist das Ziel der schichtenbasierten Paketübertragung bei PCI Express. Die Schichten bei PCI Express sind die Transaktionsschicht, die Linkschicht und die physische Schicht. Möchte man die Geschwindigkeit steigern, so muss nur die physische Schicht verändert werden, während der Rest bestehen bleibt. Serielle Übertragungsweise Die Daten werden nur noch über 2 Leitungspaare nacheinander übertragen. Statt den bisherigen 84 Leitungen der PCI Stecker nutz PCI Express nur 40 (neben den 2 Leitungspaaren für Senden und Empfangen sind noch Strom- und Masseleitungen nötig). Dadurch haben die Boarddesigner weniger Aufwand und es wird Platz für neue Entwicklungen auf den Mainboards geschaffen. Zudem verringert es die Kosten. Differentielle Signalübertragung Ähnlich wie bei SCSI erfolgt die Übertragung der binären Informationen durch die Auswertung der Differenz der Spannung. Dadurch werden die Übertragungssicherheit und die elektrischen Eigenschaften immens verbessert. Hot-Plug Möglichkeit Es ist möglich PCI Express Karten während des Betriebes zu entnehmen und einzustecken. Da dies hauptsächlich in Servern nötig wird, ist noch unklar, wie weit die Funktion von allen PCI Express Systemen unterstützt werden. Kompatible mechanische Formfaktoren und Kompatibilität zu bestehender Software Für PCI Express Systeme werden also weder zwingend neue Gehäuse noch neue Software nötig sein. Abbildung 2 - PCI Express System D:\SWT\beleg - cebit 2004\Briefing Cebit 2004 PCI Express.doc Stand vom 25.06.04 um 08:33 Seite 3 von 6 Erstellt von Frank Becker Briefing Cebit 2004 Eigenschaften und Kompatibilität Quellen Eigenschaften und Kompatibilität Im vorhergehenden Abschnitt wurde schon zum Großteil darauf eingegangen, sodass es nichts mehr zu ergänzen gibt, was von großer Bedeutung wäre, um sich einen Überblick über den neuen Bus zu verschaffen. Mechanische Konzepte Der Entwurf sieht zwei verschiedene Ansätze die in der abgeschlossenen Spezifikation verwendet werden können. Im ersten Ansatz ist das revolutionäre Design, wobei nur ein Slot auf dem Board für PCI Express genutzt wird. Dadurch werden lange PCI Express Slots mit fast beliebig vielen PCI Express „Lanes“ möglich. Der Vorteil ist zwar, dass theoretisch eine Transferrate bis zu 6400 MB/s (bei 32 Lanes) möglich wäre, aber dies zugunsten der normalen PCI-Slots geht, die weniger sein werden. Der zweite Ansatz ist ein Design, das PCI Express Slots zusammen mit herkömmlichen PCISlots auf dem Mainboard ermöglicht. Es wird also der normale PCI-Slot verlängert. Der Vorteil ist, dass die nutzbaren Steckplätze nicht verringert werden, so wie es beim Übergang von ISA zu PCI war. Allerdings geht das zugunsten der Leistungsfähigkeit, weil hier nur kurze PCI Express Slots mit 1-2 Lanes möglich sind, was maximal 400 MB/s entsprecht (200 MB/s pro Lane). Abbildung 3 - links: Design 1; rechts: Design 2 Ausblick Anders als viele andere PCI Varianten werden die kosten gesenkt und zudem bessere technische Daten erreicht, was zu einer erhöhten Attraktivität führt. PCI Express könnte sich als vollständiger Ersatz für PCI 2.2 und Konsorten empfehlen und damit im Desktop, als auch im Mobil- und Serverbereich zum Einsatz kommen. D:\SWT\beleg - cebit 2004\Briefing Cebit 2004 PCI Express.doc Stand vom 25.06.04 um 08:33 Seite 4 von 6 Erstellt von Frank Becker Briefing Cebit 2004 Quellen Anhang Quellen [1] [2] [3] [4] http://www.tecchannel.de, 27.03.2004 http://www.heise.de, 27.03.2004 http://www.hardware.net, 27.03.2004 http://www.computerbase.de, 27.03.2004 Abbildungsverzeichnis Abbildung 1 Abbildung 2 Abbildung 3 Abbildung 4 Abbildung 5 - Aktuelle Architektur PCI Express System links: Design 1; rechts: Design 2 Bluetoothumgebung Asus P5GD1 mit 2 PCI Express x1 Steckplätzen 2 3 4 6 6 Anhang [1] Abbildung 4 – PCI Express Karte von Nvidia [2] Abbildung 5 – Asus P5GD1 mit 2 PCI Express x1 Steckplätzen D:\SWT\beleg - cebit 2004\Briefing Cebit 2004 PCI Express.doc Stand vom 25.06.04 um 08:33 Seite 5 von 6 Erstellt von Frank Becker Briefing Cebit 2004 Anhang Anhang Anhang 1 & 2 Abbildung 4 - Bluetoothumgebung Abbildung 5 - Asus P5GD1 mit 2 PCI Express x1 Steckplätzen Stand vom 25.06.04 um 08:33 D:\SWT\beleg - cebit 2004\Briefing Cebit 2004 PCI Express.doc Seite 6 von 6
