Την τελευταία δεκαετία, το εύρος ζώνης και ο ρυθμός μετάδοσης δεδομένων που απαιτούνται για εφαρμογές υπολογιστών αυξάνονται χρόνο με το χρόνο. Σε μεγάλες βιομηχανίες, η ζήτηση εύρους ζώνης διπλασιάζεται περίπου κάθε τρία χρόνια. Αυτό οφείλεται κυρίως σε έναν σύνθετο ετήσιο ρυθμό αύξησης έως και 45% για τις τηλεπικοινωνιακές υπηρεσίες, τις υπηρεσίες υπολογιστικού νέφους και τους παρόχους τεχνολογίας πληροφοριών, ιδίως στους τραπεζικούς τομείς, τους τομείς των κινητών αξιών και των ασφαλίσεων. Επιπλέον, οι εταιρείες τεχνητής νοημοσύνης (AI) που βασίζονται σε μοντέλα μεγάλων γλωσσών (LLM) συνεχίζουν επίσης να επεκτείνουν τις δραστηριότητές τους. Ο βιομηχανικός αυτοματισμός, συμπεριλαμβανομένης της ανίχνευσης με τη βοήθεια AI και του αυτόνομου οχήματος, προωθεί επίσης την ανάγκη για υψηλότερο εύρος ζώνης και μεγαλύτερες ταχύτητες δεδομένων.
Η υποδομή που παρέχει δεδομένα υψηλής ταχύτητας για αυτές τις εφαρμογές περιλαμβάνει ενσύρματα και ασύρματα δίκτυα. Αλλά στους υπολογιστές υψηλής απόδοσης (HPC), στον εξοπλισμό δοκιμών υψηλής ταχύτητας και στο υλικό παιχνιδιών, η σύνδεση μεταξύ της κεντρικής μονάδας επεξεργασίας και των περιφερειακών πρέπει επίσης να υποστηρίζει συνεχώς αυξανόμενους ρυθμούς μεταφοράς δεδομένων.
Η δύναμη του PCIe
Οι συσκευές δικτύωσης ή τα εξαρτήματα που είναι συνδεδεμένα στην κεντρική μονάδα επεξεργασίας απαιτούν έναν απλοποιημένο τρόπο γρήγορης και ακριβούς μετάδοσης δεδομένων, ο οποίος είναι η τεχνολογία διασύνδεσης περιφερειακών στοιχείων (PCI). Διάφορες υποαγορές υπολογιστών, συμπεριλαμβανομένων διακομιστών και κέντρων δεδομένων, αυτοκινήτων και βιομηχανικών, σταθμών εργασίας και φορητών συσκευών, υιοθετούν σειριακή αρχιτεκτονική σημείου-προς-σημείο PCI Express (PCIe) για να επιτύχουν γρήγορη και αξιόπιστη μετάδοση δεδομένων.
PCI-SIG, είναι η συντομογραφία του Peripheral Component Interdisciplinary Group, μια συμμαχία περίπου 900 εταιρειών μελών που είναι υπεύθυνες για την ανάπτυξη και τη διαχείριση ανοιχτών βιομηχανικών προτύπων για την τεχνολογία PCIe (Εικόνα 1).
Ρυθμός δεδομένων προδιαγραφής PCIe (Gb/s)
(Κωδικοποίηση) Μονής κατεύθυνσης x16
Εύρος ζώνης καναλιού * ετήσιο
1.0 2,5 (8b/10b) 32 Gb/s 2003
2.0 5,0 (8b/10b) 64 Gb/s 2007
3.0 8,0 (128b/130b) 126 Gb/s 2010
4.0 16,0 (128b/130b) 252 Gb/s 2017
5.0 32,0 (128b/130b) 504 Gb/s 2019
6.0 64,0 (PAM-4, Flit) 1024 Gb/s
(~1 Tb/s) 2021
*- Εύρος ζώνης μετά την αφαίρεση των γενικών εξόδων κωδικοποίησης
Εικόνα 1: Από το 2003, οι προδιαγραφές του στοιχείου σύνδεσης PCI του PCI-SIG υποστηρίζουν τη συνεχή αύξηση των ρυθμών μετάδοσης δεδομένων. (Πηγή εικόνας: PCI-SIG)
Ο οργανισμός κυκλοφόρησε το πρότυπο PCIe 1.0 το 2003, το οποίο υποστηρίζει μετάδοση 2,5 gigabits ανά δευτερόλεπτο (GT/s) και πληρούσε τις απαιτήσεις του προτύπου ασύρματης σύνδεσης 3G εκείνη την εποχή. Οι επακόλουθες ενημερώσεις άνοιξαν το δρόμο για την ετήσια αύξηση της απόδοσης I/O, διασφαλίζοντας παράλληλα συμβατότητα προς τα πίσω. Για παράδειγμα, οι συσκευές που πληρούν την προδιαγραφή PCIe 5.0 μπορούν να επιτύχουν ρυθμό 32,0 GT/s ανά κανάλι και είναι συμβατές με το δίκτυο 5G που απαιτείται για ροή πολυμέσων και υπολογιστές αιχμής.
Αυτή η υψηλότερη απόδοση παρέχουν υποστήριξη για χαμηλή καθυστέρηση που απαιτείται για την τεχνητή νοημοσύνη και την επεξεργασία άκρων, τον βιομηχανικό αυτοματισμό, τον εξοπλισμό δοκιμών και τα παιχνίδια. Η αρχιτεκτονική σημείου προς σημείο της τεχνολογίας PCIe υποστηρίζει επίσης απόδοση υψηλής ενεργειακής απόδοσης, η οποία αποτελεί βασικό στοιχείο για προηγμένες εφαρμογές υπολογιστών.
Διατηρήστε την ψύξη των εξαρτημάτων HPC
Ακόμη και με τους βελτιωμένους ρυθμούς δεδομένων και την ενεργειακή απόδοση που παρέχει η τελευταία τεχνολογία PCIe, οι εφαρμογές υπολογιστών υψηλής απόδοσης (HPC), όπως η ανίχνευση χρηματοοικονομικής απάτης σε πραγματικό χρόνο, τα συστήματα μοντελοποίησης μεγάλων γλωσσών AI και η υπολογιστική δυναμική ρευστών (CFD) εξακολουθούν να απαιτούν πολλούς παράλληλους επεξεργαστές. Η διαχείριση της απαγωγής θερμότητας και των περιορισμών χώρου με ταυτόχρονη ικανοποίηση αυτής της ζήτησης δεν είναι εύκολη υπόθεση, ειδικά όταν υπάρχει ανταγωνισμός για χώρο μεταξύ των καλωδίων δεδομένων και των καναλιών ροής αέρα που συνδέουν εξαρτήματα και επεξεργαστές.
Σε αυτήν την περίπτωση, οι σχεδιαστές υπολογιστικών συσκευών υψηλής απόδοσης θα στραφούν στη χρήση επίπεδων, αναδιπλούμενων εξαρτημάτων καλωδίων επέκτασης PCIe, όπως η σειρά 8KDx της 3M (Εικόνα 2).
Εικόνα στοιχείου καλωδίου επέκτασης 3M 8KDx Series PCIe 5.0
Εικόνα 2: Το συγκρότημα καλωδίων επέκτασης PCIe 5.0 της σειράς 8KDx της 3M είναι ένα επίπεδο, εύκαμπτο συγκρότημα καλωδίων που μπορεί να διπλωθεί μόνο του. (Πηγή εικόνας: 3M)
Η σειρά 8KDx έχει σχεδιαστεί σύμφωνα με το πρότυπο PCIe 5.0 και είναι συμβατή με συστήματα που έχουν σχεδιαστεί σύμφωνα με τα πρώτα πρότυπα PCIe. Διατίθενται σε δύο μοντέλα, x8 και x16, με οκτώ και δεκαέξι καλώδια αντίστοιχα. Παρέχετε επιλογές για την εγκατάσταση βραχυκυκλωτήρα και τους ακροδέκτες επιφανειακής στήριξης (SMT).
Το επάργυρο σύρμα 30 AWG τοποθετείται με ακρίβεια σε μια συνεχή στοίβα στρώσεων θωράκισης, με συνολικό πάχος 0,74 mm. Τα ζεύγη αγωγών των παραδοσιακών συρμάτων τυλίγονται κατά μήκος σε ένα σπειροειδές προστατευτικό στρώμα, ενώ το σύρμα επέκτασης σειράς 8KDx είναι λεπτότερο και μαλακότερο σε σύγκριση με αυτό. Μια πιο ευέλικτη σχεδίαση επιτρέπει τη δέσμευση και αναδίπλωση πολλαπλών καλωδίων επέκτασης PCIe χωρίς να εμποδίζεται η κρίσιμη ροή αέρα (Εικόνα 3).
Εικόνα σύρματος 30 AWG με συνεχή στοίβαξη και ακριβή τοποθέτηση
Εικόνα 3: Η συνεχής στοίβαξη και η ακριβής τοποθέτηση 30 συρμάτων AWG επιτρέπουν στη σειρά 8KDx να συνδέει εξαρτήματα χωρίς να εμποδίζει τη ροή του αέρα. (Πηγή εικόνας: 3M)
Σύγχρονος εξοπλισμός δοκιμών υψηλής ταχύτητας
Οι εφαρμογές υπολογιστών υψηλής απόδοσης βασίζονται στην παράλληλη επεξεργασία για τη διαχείριση μεγάλων συνόλων δεδομένων, ενώ ο εξοπλισμός δοκιμών υψηλής ταχύτητας πρέπει να συνδέεται με άλλα περιφερειακά, όπως επεξεργαστές, γεννήτριες σήματος, κάρτες γραφικών και παλμογράφους. Αυτά τα συστήματα απαιτούν σύγχρονα σήματα και χαμηλή καθυστέρηση για να διασφαλιστεί η εγκυρότητα των δεδομένων δοκιμής.
PCIe 3.0、 Τα πρότυπα 4.0 και 5.0 υποστηρίζουν συγχρονισμό σήματος με ένα μόνο ρολόι ή πολλαπλά ρολόγια. Οι τεχνολογίες που κατασκευάζονται σύμφωνα με αυτά τα πρότυπα, όπως η σειρά 8KDx, βασίζονται σε κωδικοποίηση 128 b/130 b. Σε αυτό το πρωτόκολλο κωδικοποίησης, το πακέτο δεδομένων περιέχει 128 bit πληροφοριών, που οριοθετούνται από τα 2 bit που σηματοδοτούν την αρχή και το τέλος του πακέτου. Τα δυαδικά ψηφία έναρξης και τέλους χρησιμοποιούνται για συγχρονισμό ρολογιού και ανίχνευση σφαλμάτων, χρησιμοποιώντας έτσι τα υπόλοιπα bit στο πακέτο δεδομένων για μετάδοση δεδομένων.
Το καλώδιο επέκτασης PCIe της σειράς 8KDx χρησιμοποιεί καλώδια με σύνθετη αντίσταση 87 ± 5 Ω για περαιτέρω διασφάλιση της ταχύτητας και της ακεραιότητας των δεδομένων. Όταν συνδέονται με τη βασική σύνθετη αντίσταση 85 Ω συστημάτων που έχουν κατασκευαστεί σύμφωνα με τα πρότυπα PCIe 3.0, 4.0 και 5.0, αυτοί οι αγωγοί μπορούν να ελαχιστοποιήσουν την αναντιστοιχία σύνθετης αντίστασης και την ανάκλαση σήματος στο μέγιστο δυνατό βαθμό.
Επιπλέον, οι μηχανικοί δοκιμών μπορούν να χρησιμοποιήσουν με σιγουριά την ευελιξία και τον σχεδιασμό εξοικονόμησης χώρου των εξαρτημάτων της σειράς 8KDx. Οι δοκιμές έδειξαν ότι σε σύγκριση με τα ξεδιπλωμένα καλώδια, η ακεραιότητα του σήματος δεν μειώνεται όταν το καλώδιο διπλώνει μόνο του (Εικόνα 4).