PCI-Express与ASI：避免在2Gbps速率上的混乱

PCI-Express与ASI：避免在2Gbps速率上的混乱

　在高达每路2Gbps的数据速率上，几乎没有什么技术能使信号完整性有很大的不同。哪种技术能真正提高性能？或者是只能使性能更差？专家们意见不一。
　　要点
　　高速串行PCI-Express正迅速成为PC中占主导地位的互连技术，并由于其广泛使用可降低器件成本而拥有更广泛的应用机会；
　　面向众多通信协议物理实现的PICMG标准，可减少系统设计中的许多主观臆测——包括根据PCIe及相关ASI进行的臆测等；
　　自适应均衡化可实现实际的超高速串行总线设计，否则即使经过单调乏味的手动调整，仍不能可靠地完成；
　　行业专家不仅对如何才能使PCIe实现中所采用的器件特性达到最佳化，而且对“食谱”(Cookbook)实现方法究竟是导致问题还是避免出现问题意见不一。
　　尽管有无数其它高速点对点串行协议（其中大多数都先于PCIe出现），但PCI-Express (PCIe) 仍在迅速成为PC中高速数据传输的主导标准。此外，PCIe的组成，尤其是物理层，甚至更加普遍地成为ASI（高级交换互连）的一部分，而ASI则是一项雄心勃勃的协议，其目标瞄准要求有高于典型台式机及笔记本电脑性能的应用。ASI SIG（特别兴趣组）虽将通信、存储、服务器及嵌入式系统等列为ASI的目标市场，但并没有限制ASI对这些市场发挥潜力。
　　ASI似乎为高速数据传输带来了许多好处。例如，不像以主机为中心的PCIe，ASI可在系统外围器件之间（或在组合有多个CPU的系统中的各CPU之间）实现对等通信。由于其允许在这些器件之间同时进行多个对话，故对等特性可极大地提高复杂系统中的信息传输速度。其他PCIe不支持的ASI特性还包括：服务质量 (QoS)、可使基于ASI的系统支持多个协议的隧道式实现以及ASI核心处的网络交换等。
　　但据其反对者称，ASI也面临来自其他旧协议的激烈竞争，例如RIO (RapidIO)（尤其带有新型RapidFabric扩展的RIO）、InfiniBand、FibreChannel以及许多已建立了实际用户群体的专用协议，其中大多数据说在改变可预见未来的主导协议中没有看到特别的优势。业内很多人士都将以太网看成是ASI的一个主要竞争对手，但ASI SIG的立场是，以太网这种长寿命的协议虽可作为ASI的补充，但目前尚不能与其进行竞争。
　　目前的单路PCIe实现，可在每个方向上以最高2 Gbps的速率传输数据。由于PCIe（像其它大多数高速串行协议一样）采用8b/10b编码来将时钟嵌入到数据流中，故原生数据速率要比2 Gbps高25%（即2.5 Gbps）。但无论是PCIe还是ASI，都允许使用多路，故可将数据传输速率提高32倍。目前，一些目标瞄准视频游戏的昂贵台式PC中的高级视频子系统，已经在用单向16路版PCIe以32 Gbps（等于4GB/s）的速率来传输数据。由于有这种令人晕眩的速度，使得这些台式机系统不需要有ASI的高级特性，因此PCIe的单向版不失为一种合适的选择。

　　快速部署
　　PC与外围设备制造商目前正在以（打个比方说）可与总线上数据传输速度相媲美的速度来部署PCIe（参考文献1），且这些厂商似乎并未被PCI SIG某些详细信息（这些信息在工程师们设计新设备时迟早有用）所透露出来的困难所吓倒。SIG迄今所提供信息的短缺并未妨碍采用PCIe的一个重要原因是，大量信息可从PICMG（PCI工业计算机厂商组）那儿得到。PICMG扮演的角色是对PCI SIG及ASI SIG等专用协议行业组角色的补充。尽管PICMG未定义通信协议，但它公布了“系统物理架构”规范，使设计人员能成功实现其它组已经定义的协议。此外，PICMG成员公司还提供了用于这些实现的硬件。最近，PICMG完成了它声称在其11年历史上工作量最大的规范编写工作。其结果是实现了一组汇集描述模块化ATCA（高级通信计算架构）的规范（附图）。
　　除此之外，PCI SIG制定的PCIe规范及ASI SIG制定的ASI规范还可对ATCA规范进行补充——尽管PICMG更喜欢协议规范为ATCA的补充规范。ATCA规范定义如何实现具有不同通信协议的架构，一项规范同时覆盖了ASI及PCIe两个版本。尽管ASI的交换网络几乎肯定会要求使用PCIe不使用的模块驻留硬件，但这种公共性并不令人吃惊，因为这两个协议共用一种物理层与数据链路层。而令人吃惊的是，PICMG迄今发现，一种卡笼设计、一种底板设计及一种模块格式，即足以实现至少可支持半打通信协议的ATCA版本。
　　模块制造商甚至还开发了插件式ATCA格式线卡模块原型，只需简单地加载合适的软件，即可用于任何一种通信协议。但据AMCC (Applied MicroCircuits Corp) 交换网络产品营销总监Gilles Garcia介绍，围绕网络处理器构建的线卡需要的软件比ASI或RIO/RapidFabric需要的软件更多。这些协议需要以FPGA来实现的其他胶合逻辑。Garcia发现，目前尚无开发包含这种外部逻辑的新型网络处理器的动机，因为市场不需要支持ASI或RapidFabric的线卡。

　　有希望的前景
　　不过，ATCA含意似乎确实有前途：在电信中心局设备中，该架构似乎将成为一种统一力量，促使竞争企业生产实际上相类似的硬件。这种统一将导致有助于控制成本以及将产品差异化推向（很多人相信它应该具有的）系统软件水平的器件级规模经济。的确，ATCA幻想者发现，该架构正在超出电信市场的范围并挤入集群服务器等计算领域，从而正在产生进一步的规模经济。
　　尽管忙于ATCA，但PICMG也没有忘记不太复杂的系统。该机构总是不忘其在以前并行版PCI中的根，已经将重点集中在其率先运用于小型系统的架构更新上，其中最有名的是CompactPCI。PICMG几乎准备公布一项基于PCIe版架构的规范。PICMG希望在新设备设计中新、老CompactPCI架构能随着基于PCIe的架构逐渐取代并行版本而共存多年。PICMG还规定了一种95mm