PCI Express

Интерфейс PCI Express, также известный как PCIe, является стандартом для шины ввода/вывода компьютеров в последние годы. Первая версия спецификации PCIe 1.a была представлена в 2003 году. Версия 2.0 появилась в 2007 году, версия 3.0 — в 2010 году. Версии спецификаций также называют поколениями. С момента появления спецификации до момента широкого распространения компьютеров и устройств, использующих новую версию интерфейса, обычно проходит год или два. Спецификации PCIe разрабатываются и поддерживаются организацией PCI-SIG. PCI Express и PCIe являются зарегистрированными торговыми знаками PCI-SIG. Разработка передачи SATA и SAS трафика через соединения PCIe идет полным ходом.

Скорости передачи данных различных версий PCIe указаны в таблице ниже. Они выражены в гигатранзакциях в секунду (GT/s) и являются функциями от числа полос в соединении. PCI Express поддерживает полнодуплексный режим передачи данных (поток информации может идти в двух направлениях одновременно). Скорости передачи данных в таблице указаны для передачи в одном направлении.

Mini-PCIe

Карты PCI Express также доступны в форм-факторе mini-PCIe. Это форм-фактор, специально разработанный для портативных компьютеров, размером приблизительно 30x51мм или 30x26.5мм. Mini-PCIe эквивалентен однополосному разъему PCIe. Множество устройств, таких как модули WiFi, WAN, видео/аудио декодеры, SSD-диски и др. доступны в этом форм-факторе.

M.2

M.2 — это новое поколение коннектора PCIe для ультратонких мобильных устройств. M.2 поддерживает PCIe и SATA протоколы, но не одновременно. Поддерживается множество карт различной ширины и длины. M.2 доступен в виде одностороннего модуля, который может быть впаян в карту или в виде single-sided и dual-sided модуля, используемого с коннектором.

U.2 (SFF-8639)

U.2 (до июня 2015 был известен как SFF-8639) — это коннектор backplane ввода-вывода, разработанный для высокоплотных SSD устройств хранения и совместим с существующими интерфейсами. SFF-8639 поддерживает PCIe/NVMe, SAS и SATA устройства и позволяет горячее подключение и замену устройств во время работы системы.

M-PCIe

M-PCIe — это спецификация, которая отображает PCIe на технологию MIPI Alliance M-PHY, использующуюся в мобильных устройствах с низким энергопотреблением. M-PCIe оптимизирован в соответствии с требованиями RFI/EMI и поддерживает M-PHY 1, 2 и 3, ожидается поддержка M-PHY 4.

PCIe 2.0

Серверы, поддерживающие 8 разъемов PCIe 2.0 могут поддерживать 2 порта по 10GbE или 16GFC с одним адаптером.

PCIe 3.0

6 марта 2012 года производители серверного оборудования объявили о создании нового поколения серверов с поддержкой PCIe 3.0, которые, среди прочего, имели вдвое большую пропускную способность ввода/вывода по сравнению с предыдущим поколением. Эти серверы поддерживают до 40 полос PCIe 3.0 на сокет процессора, что как минимум в два раза превосходит ранее доступное количество полос. Материнские платы рабочих станций и домашних компьютеров, поддерживающие PCIe 3.0, впервые появились в конце 2011 года, тогда же появились первые графические карты на PCI Express 3.0.

PCIe 3.1

Спецификация PCIe 3.1 была выпущена в октябре 2014. Она включает в себя M-PCIe и консолидирует множество расширений протоколов и функциональности для простоты использования.

PCIe 4.0

В ноябре 2011 организация PCI-SIG подтвердила, что следующее поколение PCIe под названием PCIe 4.0 будет иметь скорость передачи данных в 16GT/s. Технический анализ установил, что известные технологии позволяют создать новый интерфейс с указанной скоростью передачи данных. Новый стандарт будет обратно совместим с PCIe 1.x, 2.x и 3.x. Версия 0.5 спецификации PCIe 4.0 ожидается в середине 2015, версия 0.9 будет доступна во второй половине 2016 года. После завершения спецификации до появления продуктов на PCIe пройдет около года или более.

OCuLINK

OCuLINK — это недорогой кабель небольшого форм-фактора для подключения внутренних и внешних устройств, таких как устройства хранения или графические адаптеры. Пассивные кабели до 3м и активные медные и оптические кабели предоставляют скорость передачи данных от 8 Gbps с запасом для увеличения. OCuLINK поддерживает x1, x2 и x4 полосы PCIe 3.0.

Виртуализация ввода/вывода (IOV)

В 2008 году PCI-SIG объявила о завершении спецификаций IOV (I/O Virtualization), включая SR-IOV и MR-IOV. Эти технологии могут работать с технологиями виртуализации и позволяют множеству операционных систем разделять между собой устройства PCIe. SR-IOV в настоящее время поддерживается несколькими 10GbE NIC и гипервизорами.

Идея разделения устройств PCIe с помощью предоставления доступа к устройствам, которые могут быть физически больше, чем могут вместить некоторые системы небольшого форм-фактора, привела к разработке внешнего подключения некоторых PCIe устройств. Были разработаны кабели для расширения шины PCIe вне корпуса с разъемами. Эти кабели зависят от количества поддерживаемых полос. В основном, кабели доступны для конфигураций в 4, 8 или 16 полос. Наиболее распространенные длины кабелей — 1 и 3 метра.

На картинке ниже показаны PCIe кабели и коннекторы. Также, для передачи на большие расстояния могут использоваться оптоволоконные кабели. В будущем мы будем наблюдать переход с PCIe кабелей на OCuLINK кабели и коннекторы, также изображенные на рисунке внизу.