Trong thập kỷ qua, băng thông và tốc độ truyền dữ liệu cần thiết cho các ứng dụng máy tính đã tăng lên hàng năm.Nhu cầu băng thông tăng gấp đôi khoảng mỗi ba nămĐiều này chủ yếu được thúc đẩy bởi tốc độ tăng trưởng hàng năm tổng hợp lên đến 45% cho các dịch vụ viễn thông, dịch vụ điện toán đám mây và các nhà cung cấp công nghệ thông tin, đặc biệt là trong lĩnh vực ngân hàng,Chứng khoánNgoài ra, các công ty trí tuệ nhân tạo (AI) dựa trên mô hình ngôn ngữ lớn (LLM) cũng tiếp tục mở rộng hoạt động kinh doanh của họ.bao gồm phát hiện hỗ trợ AI và xe tự trị, cũng thúc đẩy nhu cầu về băng thông cao hơn và tốc độ dữ liệu nhanh hơn.
Cơ sở hạ tầng cung cấp dữ liệu tốc độ cao cho các ứng dụng này bao gồm các mạng có dây và không dây.và phần cứng chơi game, kết nối giữa đơn vị xử lý trung tâm và các thiết bị ngoại vi cũng phải hỗ trợ tốc độ truyền dữ liệu tăng liên tục.
Sức mạnh của PCIe
Thiết bị mạng hoặc các thành phần được kết nối với đơn vị xử lý trung tâm đòi hỏi một cách đơn giản để truyền dữ liệu nhanh chóng và chính xác, đó là công nghệ kết nối thành phần ngoại vi (PCI).Các thị trường phân khúc máy tính khác nhau, bao gồm máy chủ và trung tâm dữ liệu, ô tô và công nghiệp, trạm làm việc và thiết bị cầm tay,áp dụng kiến trúc hàng loạt điểm đến điểm PCI Express (PCIe) để đạt được truyền dữ liệu nhanh chóng và đáng tin cậy.
PCI-SIG, nó là viết tắt của nhóm liên ngành thành phần ngoại vi,một liên minh gồm khoảng 900 công ty thành viên chịu trách nhiệm phát triển và quản lý các tiêu chuẩn công nghiệp mở cho công nghệ PCIe (Hình 1).
Tốc độ dữ liệu thông số kỹ thuật PCIe (Gb/s)
(Tập mã) X16 một chiều
Phạm vi băng thông kênh * hàng năm
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
*- băng thông sau khi khấu trừ chi phí mã hóa
Hình 1: Kể từ năm 2003, các thông số kỹ thuật thành phần kết nối PCI của PCI-SIG đã hỗ trợ sự tăng trưởng liên tục về tốc độ truyền dữ liệu. (nguồn hình: PCI-SIG)
Tổ chức này đã phát hành tiêu chuẩn PCIe 1.0 vào năm 2003, hỗ trợ truyền 2,5 gigabit mỗi giây (GT / s) và đáp ứng các yêu cầu của tiêu chuẩn không dây 3G vào thời điểm đó.Các bản cập nhật tiếp theo mở đường cho sự gia tăng hàng năm về thông lượng I / O trong khi đảm bảo tương thích ngượcVí dụ, các thiết bị đáp ứng thông số kỹ thuật PCIe 5.0 có thể đạt tốc độ 32,0 GT / s mỗi kênh và tương thích với mạng 5G cần thiết cho truyền thông trực tuyến và máy tính cạnh.
Các thông lượng cao hơn này cung cấp hỗ trợ cho độ trễ thấp cần thiết cho AI và xử lý cạnh, tự động hóa công nghiệp, thiết bị thử nghiệm và chơi game.Kiến trúc điểm đến điểm của công nghệ PCIe cũng hỗ trợ hiệu suất năng lượng cao, đây là một cân nhắc quan trọng cho các ứng dụng máy tính tiên tiến.
Duy trì làm mát các thành phần HPC
Ngay cả với tốc độ dữ liệu được cải thiện và hiệu quả năng lượng được cung cấp bởi công nghệ PCIe mới nhất, các ứng dụng máy tính hiệu suất cao (HPC) như phát hiện gian lận tài chính thời gian thực,AI hệ thống mô hình ngôn ngữ lớn, và động lực học chất lỏng tính toán (CFD) vẫn yêu cầu nhiều bộ xử lý song song.đặc biệt là khi có sự cạnh tranh về không gian giữa các cáp dữ liệu và các kênh luồng không khí kết nối các thành phần và bộ xử lý.
Trong trường hợp này, các nhà thiết kế các thiết bị máy tính hiệu suất cao sẽ chuyển sang sử dụng các thành phần cáp mở rộng PCIe phẳng, có thể gập lại, chẳng hạn như loạt 8KDx của 3M (Hình 2).
Hình ảnh thành phần cáp mở rộng 3M 8KDx Series PCIe 5.0
Hình 2: Bộ cáp mở rộng PCIe 5.0 dòng 8KDx của 3M là một bộ cáp linh hoạt phẳng có thể tự gấp.
Dòng 8KDx được thiết kế theo tiêu chuẩn PCIe 5.0 và tương thích ngược với các hệ thống được thiết kế theo các tiêu chuẩn PCIe ban đầu.với tám và mười sáu dây tương ứng. Cung cấp các tùy chọn cho việc lắp đặt máy nhảy và các đầu cuối gắn trên bề mặt (SMT).
Sợi 30 AWG bọc bạc được đặt chính xác trong một chồng liên tục của các lớp chắn, với độ dày tổng thể là 0,74 mm.Các cặp dây dẫn truyền thống được bọc theo chiều dọc trong một lớp chắn xoắn ốc, trong khi dây kéo dài dòng 8KDx mỏng hơn và mềm hơn so với nó.Một thiết kế linh hoạt hơn cho phép nhiều dây mở rộng PCIe được ghép lại và gấp lại mà không chặn dòng không khí quan trọng (Hình 3).
Hình ảnh của 30 AWG dây với chồng liên tục và vị trí chính xác
Hình 3: Việc xếp chồng liên tục và vị trí chính xác của 30 dây AWG cho phép dòng 8KDx kết nối các thành phần mà không cản trở dòng không khí. (Dữ liệu từ hình ảnh: 3M)
Thiết bị thử nghiệm đồng bộ tốc độ cao
Các ứng dụng máy tính hiệu suất cao dựa trên xử lý song song để xử lý các bộ dữ liệu lớn, trong khi thiết bị thử nghiệm tốc độ cao phải được kết nối với các thiết bị ngoại vi khác như bộ xử lý,Máy phát tín hiệuCác hệ thống này yêu cầu tín hiệu đồng bộ và độ trễ thấp để đảm bảo tính hợp lệ của dữ liệu thử nghiệm.
PCIe 3.0、 Các tiêu chuẩn 4.0 và 5.0 hỗ trợ đồng bộ hóa tín hiệu với một đồng hồ hoặc nhiều đồng hồ.dựa trên mã hóa 128b/130bTrong giao thức mã hóa này, gói dữ liệu chứa 128 bit thông tin, được giới hạn bởi 2 bit đánh dấu đầu và cuối gói.Các bit bắt đầu và kết thúc được sử dụng để đồng bộ hóa đồng hồ và phát hiện lỗi, do đó sử dụng các bit còn lại trong gói dữ liệu để truyền dữ liệu.
Cáp mở rộng PCIe dòng 8KDx sử dụng dây với trở kháng 87 ± 5 Ω để đảm bảo tốc độ và tính toàn vẹn dữ liệu.Khi kết nối với hệ thống 85 Ω của hệ thống được xây dựng theo PCIe 3.0, 4.0, và các tiêu chuẩn 5.0, các dây dẫn này có thể giảm thiểu sự không phù hợp trở kháng và phản xạ tín hiệu ở mức độ lớn nhất có thể.
Ngoài ra, các kỹ sư thử nghiệm có thể tự tin sử dụng sự linh hoạt và thiết kế tiết kiệm không gian của các thành phần dòng 8KDx.Sự toàn vẹn của tín hiệu không giảm khi cáp tự gấp (Hình 4).