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舊 2004-05-11, 05:14 AM   #1
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預設 蛻變 談PCI Express總線及其套用

 現在的處理器已經以數GHz衡量了,顯示卡的處理能力更是達到了前所未有的強大,硬碟的轉速也很快了,但是你發現電腦系統並沒有因此而快多少。

  雖然記憶體都達到了512MB甚至是1024MB,但是我們反而在更多的時候看到硬碟燈狂閃不止。

  當然如果你有錢的話,可以不停的昇級,比如使用最新的3GHz處理器、1024MB記憶體和4個Ultra320 SCSI組成快速又安全的磁牒陣列來讓你的機器在任何程序面前都無所顧忌。

  如果你是個苛刻的遊戲玩家或者對於聲音有著特殊的偏執,那麼擁有一款硬體級的聲效處理器也是比不可少的。這樣你的電腦就站在了效能的頂峰了嗎?不,當這樣的機器用於處理下一代的資料庫時,依然會無力應對—因為這樣的工作往往是多線程的、所以這個時候就要求你的電腦具有多處理器、並行處理能力、雙資料率、雙通道RAM等。

  如果你的機器真的已經成為了這個樣子,你就已經有了一台效能極高的工作站,但是你知道嗎?你的機器依然使用著486時代的技術。 為什麼會出現這樣的情況呢?因為你的幾百個GB的硬碟、SCSI通道、幾百乃至1GB的RAM都要受制於33MHz的PCI總線。

  PCI就是Peripheral Component Interconnect(外部設備互聯總線)的簡稱,它是連接所有擴展板卡、硬碟、光碟到系統的I/O接頭,正是通過PCI總線的聯繫這些設備才能同系統記憶體和處理器進行資料通訊。不過這種總線技術的服役期已經超過了10年了。

  當然出現現在的這種情況也不能完全歸咎於PCI。PCI技術自從推出以來表現一直相當的出色,只是目前的硬體設備為了達到更高的速度都對於帶寬具有非凡的要求,而PCI總線這一個目前電腦那最最基礎的總線標準卻牢牢的禁錮著它們的發展。

  正是因為它的這種基礎的性質,使得其它的I/O總線都要在它的基礎上開發,因為對於整合行業來說如果I/O總線技術也如同處理器或者顯示卡那樣的速度更新換代,無論是廠商還是最終用戶都會苦不堪言,而且對於整個業界乃至整個社會的發展都沒有什麼好處。

  正是因為PCI總線技術是被設計為管理絕大多數外圍設備的,所以它必須經的住時間的考驗。所以在1990年前PCI總線被設計的時候,它就被設計為一種要長期為電腦系統服役的標準。當這種技術第一次在486和早期的Pentium主機板上出現的時候,我們使用電腦的方式就開始被這種總線標準改變了。

  也正是PCI顯示卡的出現,使得顯示卡的處理速度極大的提高,也使得真正意義上的多媒體電腦進入了我們的生活—雖然這個時候沒有什麼全螢幕抗鋸齒等功能,但是從256色提升到真彩色顯示就是一個巨大的飛躍了。隨後很多廠商都意識到了PCI技術的潛力和相對於ISA的優勢,於是在隨後的一兩年中各種各樣的PCI設備應運而生。

  經過了多年的發展,越來越多的設備已經徹底的摒棄了老的ISA/EISA平台而投入到了更快的PCI平台。網路速度的提升和存儲設備速度的提高也使得這種轉變成為了必要。

新的繼承者

  現在已顯得老邁的PCI是一個連接外部、內部設備的I/O總線,於90年代誕生,對於現在越來越多、越來越快的I/O操作已經有些力不從心了。這在幾年前就表現了出來。高效能的顯示卡在五年前就讓PCI總線顯得蒼白無力,於是出現了關於PCI技術的AGP總線。

  在90年代末,伺服器和工作站中的高速硬碟和網路橋接器就轉移到了66Mz/64位PCI總線上,現在更是用上了PCI-X和PCI 2.0。目前南橋和北橋之間的互連也比PCI總線要快的多,Intel的800系列晶片組使用的就是HubLink互連。

  目前的晶片組集成了EIDE、USB(或是USB 2.0)以及10/100網路卡,而不再通過PCI總線。我們的系統機箱裡實際上是一個互連的大雜燴。為了更大的帶寬需求加上如今的PCI瓶頸,業界需要一個標準化的高速的PCI技術來取代老的。

  電腦總線大約每隔3年在效能上提高一倍,從原先8bit的PC/XT、16bit ISA總線,到32位 EISA、MCA、VL總線、PCI、PCI-64/66MHz,再到如見的PCI-X 1.0和2.0。而處理器的效能的提升則要快的多,差不多是每9-10個月效能提升一倍。這種發展的不均衡就造成了I/O系統成為瓶頸,無法滿足處理器、記憶體子系統的需要。

  PCI的繼任者需要更高速的總線插槽,可以將晶片級的I/O設備加入系統。進一步,它還需要通過高速互連可以將系統中不同的功能區連接起來。運算設備在未來可能以各種形狀和大小出現,目前甚至已經出現了分離式的系統設計。

  舉個例子,主機板、處理器以及散熱系統可以放置在一個獨立的地方,存儲設備則被另行放置或是集成到CRT/LCD顯示器中,而顯示子系統也可以集成到顯示器中(很可能作為可昇級單元出現)。 而且這一切都將在PCI Express總線所替代,這就是3rd Generation I/O(第三代輸出輸出總線技術)的正式官方名稱,其未來將成為電腦內部互連技術的總稱。


PCI Express將替代PCI總線成為第三代輸入輸出總線技術

PCI Express發展史

  在2001年的IDF上,Intel就推出了旨在取代PCI總線連接內部晶片的第三代I/O技術,也就是3GIO。根據Intel的說法,3GIO技術將會在下面20年中與我們相伴,可以和不同的物理介質配合。當時曾有人對Intel的這個發佈活動表示懷疑,認為他們缺乏業界的支持。

  不過Intel在接下來證明了自己的實力:PCI-SIG組織在2001年8月初認可了Arapahne標準(3GIO的另一個名字)。Intel的合作夥伴在那個時候已經有了康柏、Dell、IBM、微軟等巨頭,業界的支持已經勿庸置疑。到了8月底,AMD以及其他21家廠商也加入了這個陣營,剛好在Intel的IDF前夕!

  Intel和PCI-SIG的實力使得HyperTransport技術的支持者AMD也加入了進來。早期,Intel認為HyperTransport功能不夠多,無法滿足未來的需要。AMD很快就澄清了這一點,向大家表明HyperTransport和3GIO可以在一個系統中共存,並很快公佈了HyperTransport的遠景發展計劃,提供更豐富的功能、更高的速度。


到了2002年4月,PCI-SGI和Arapahoe工作組完成了3GIO規範草稿,並正式將其改名為PCI Express。有人認為這個名字太接近於PCI-X 1.0/2.0(伺服器、工作站用的連接方式),不過PCI-SIG並不認為這是個大問題。

  在2002年7月23日,PCI-SIG正式公佈了PCI Express規範1.0版以及相應的PCI Express卡電氣規範,對於非PCI-SIG成員而言,定價為475美元。

  採用PCI Express的晶片組和顯示卡在2003年末已經問世,到今年中期正式銷售,也就是說第三代總線技術真的離我們很近了。

PCI Express:新型總線

  PCI Express從名稱上來看似乎同PCI有著很大的關係,但實際上這並不是PCI技術的延續(不是新的具有更高帶寬的PCI技術,也更不是一個驅動程式或者一個昇級修正檔),就如同PCI取代ISA一樣,PCI Express的出現將會改寫我們使用的電腦的架構。

  同樣真是看到了PCI總線所遇到的問題,Intel努力修正設計從而希望PCI Express不再遇到目前PCI所面臨的尷尬。這種解決方案提供的是一個智能化的總線架構,它可以有效的解決多個設備共享的問題—或者說讓這個問題根本的消失。

目前的PCI總線技術主要面臨以下的幾個的問題: 


最高帶寬133MB/s
工作頻率只有33MHz
IRQ共享問題
主機板銅布線工藝
設備數目限制
僅能在機箱內使用 PCI Express的主要目標就是解決以上的所有問題,加入一些用戶嚮往已久的新功能。

PCI Express主要可以為我們帶來如下的新功能:

  效能: PCI Express總線只需要從晶片組中引出很少的引腳,所以使得主機板布線難度大大降低(其引線數目比現在的PCI總線減少大約75%)但是卻具有比現在的PCI高的多的帶寬和傳輸速度,另外在配置的靈活性方面PCI Express也優於PCI。它可以根據所連接的硬體設備的不同,使用不同頻率的同其聯繫通訊。

  多種連接方式:這是同PCI總線非常不同的地方, PCI Express總線可以「走出機箱」。也就是說PCI Express可以如同現在的USB或者Firewire一樣通過電腦上的一定接頭同外部採用相應符合PCI Express標準接頭的設備進行連接和通訊。

  點對點總線:相對於PCI這種「總線式」的連接方式,一旦PCI總線有瓶頸現象發生,將會影響所有連接其上的PCI設備。PCI Express總線採用了點對點技術,這樣每個PCI Express設備都是直接同系統晶片進行交流,而不再存在帶寬問題。

  進階功能: PCI Express可以使用多種不同的信號傳輸協定包括它本身的傳輸協定。它還具有進階電源管理和監視功能,這樣所有的PCI Express設備都會支持熱插拔。在PCI Express中諸如記憶體糾錯等功能都會成為標準功能。

  跨平台的相容性: PCI Express最大的優點之一就是它的跨平台相容性。現在的符合PCI 2.3規範的板卡將可以在低帶寬的PCI Express插槽上使用。(軟體級相容PCI)


PCI Express進階系統架構

  PCI Express是由點對點的模式進行資料傳輸的,一個PCI Express的基本結構包括一個Root Complex(類似與晶片組的北橋晶片,連接CPU/記憶體和I/O設備),Swithes(對於軟體系統而言,像是一個具有2個及以上邏輯PCI到PCI橋路,保持相容性)以及不同的終端設備,並可能存在PCI到PCI Express的連接橋路。下圖就是在PCI Express 1.0規範中的結構圖,有些像開關網路。

  下面這個是PCI Express開關設備的邏輯圖:



  下面這個是PCI Express開關設備的邏輯圖:



  下面這個則是PCI系統和PCI Express系統的對比:

點對點的通信可以在一個終端設備通過Root Complex與另一個終端設備之間進行,也可以在一個終端設備通過Switches與另一個Switches之間,然後再接到一個終端設備。

  還有一種方式稱作進階點對點通信,大家可以看看下面的圖片。由於實現方式的不同,Root Complex可能包括進階切換功能來實現主機軟體之間的點對點通信。



PCI Express物理串行連接特徵

  一個單獨的基本的PCI Express串行連接就是兩個獨立的通過不同的低電壓對驅動信號實現的連接,一個接受對和一個傳送對(共四組線路)。一個微分信號在兩個接頭之間有電壓差來傳遞。第一代的PCI Express連接信號傳輸速度為每對線單向2.5Gbit/s。2004年可以實現5Gbit/s的速度。設計的關鍵是通過4層PCB技術和標準接頭在設備間形成最大20英吋的連接,如果採用了更高質量的元件,可以達到更遠的距離。

  一個雙獨立連接允許資料同時進行雙向傳輸,類似與全雙工連接,不過這裡每一對線都有自己的地線。這樣也就可以實現更高的傳輸速度和更好的信號質量。在PCI總線中,一個啟始化的設備必須首先從Central Arbiter(中心判優器)進入共享PCI總線,然後才可以通過PCI總線將資料傳輸給目標設備,而且在任一時間只能實現單向傳輸。



  基礎PCI Express串行連接的另一項關鍵功能是可以通過8b/10b的編碼,植入了時鐘信號技術。時鐘信號被直接植入資料流中,而不是作為獨立信號存在。很多現存的並行總線都具有源同步的時鐘信號,與資料信號同時傳輸。這兩種方式各有自己的利弊。8b/10b編碼需要每個字串佔據10bit,也就是比通常多出20%。

一個串行資料/時鐘信號流可以比並行資料傳送更長的距離。同時,串行連接造價也更為低廉。不過,提取和植入時鐘的程序需要更多的處理時間,所以並行接頭還會存在一段時間,主要會用於對速度要求較高的場合。

PCI Express串行連接結構

  一個PCI Express連接可以由很多小連接(Lane)組成。每個小連接又是由兩個微分驅動電線對(傳輸和接受)的基本連接組成。這些小連接可以用2.5Gb/s的帶寬提升到10Gb/s,並在今後可以繼續增加。多重小連接可以連接設備、晶片等設備。看起來,這個很像是並行接頭,不過它們實質上是一組獨立的串行連接,也沒有並行接頭那樣的信號質量問題。

  PCI Express連接結構可以有x1、x2、x4、x8、x12、x16和x32幾種不同形式。一個x1的連接具有4個電線,一個x16連接在每個方向上就具有16個微分信號對,或是64個雙向資料傳輸電線。在高端部分,一個x32的連接可以每個方向上進行10GB/s的傳輸(2.5Gb/s×32×8bit)。不過由於8b/10b編碼,事實上的帶寬為8GB/s(扣除20%的植入時鐘信號)。

  連接結構必須對稱分步。因此很多人認為使用PCI Express取代AGP會帶來不對稱分步而不是16個小連接的對稱連接,這樣就會降低顯示卡畫格緩衝(顯示記憶體)到系統記憶體的傳輸速度,需要額外增加信號布線,也就增加了主機板的成本。

  小連接的順序也可以在設備之間交換。在微分信號對的兩端的正負極性可以顛倒,這樣就可以提供設計上的靈活性並有效避免布線時的物理信號交叉。下圖中,左側的連接表明的是一個x2設備通過x1連接和一個x1設備通訊。
來自程序的資料流可以通過多個小連接的PCI Express連接,信號可以在傳送端分散在不同的鏈路中,並可以在接受端重新組合起來。



PCI Express:封包分層傳輸協定、虛擬通道、通信量等級

  PCI Express使用了一個封包分層傳輸協定結構,而不需要在主串行連接上加入任何邊頻信號。分層傳輸協定在資料傳輸領域已經使用了很長時間了,可以在傳輸協定中實現不同功能區的相互獨立,並且在層內的資料傳輸對其他層沒有影響。

  下面這張圖中的是PCI Express中的三個傳輸協定層--處理層、資料連接層和物理層。在一次資料傳輸中,傳送端將資料包在高層產生,在向底層傳遞中每個層都加入一些資訊,資料包通過物理連線到達接受層,資料包再由下至上層層上傳。



  而下面這張圖中的則是在處理層和資料連接層中資料包資訊的主要功能。處理層合成和分解處理級的資料包,並處理連接結構和控制信號。它還可以通過有效資料交叉避免終端對終端通信操作的錯誤。資料連接層確保資料可以正確的從一個點傳遞到另一個點,通過ack/nack技術,並提供錯誤探測和校正功能。

下面的這張則是實際資料包結構。大家可以看到傳統的嵌套式結構,高位層的資訊被低位元層資訊所包裹,套用層的資料位於資料包的核心。處理層使用32位CRC,而資料連接層採用的則是16位CRC



  資料包的頭部帶有的資訊如下所顯示:



PCI Express虛擬通道及通信量等級

  和InfiniBand很類似,PCI Express也支持每個連接的虛擬多通道。在一個小連接上可以存在最大8個獨立控制的通訊。每個通訊都可以根據資料包的通信量等級(Traffic Class,TC)性質得到不同的處理。對於在PCI Express中傳輸的資料包而言,在每一個轉換或連接終端,都要查驗TC資訊,並據此進行適當的處理。在資料包頭部的TC描述符由3個bit組成,可以表示不同的TC等級。




未完待續
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舊 2004-05-11, 05:17 AM   #2 (permalink)
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PCI Express資料包處理

  PCI Express的資料包的處理有四種基本類型--記憶體、I/O、結構和消息處理。

  下圖中一個資料包從設備B傳遞到設備A,隨後一個完成信號在由A傳到B。

  可以記憶體讀寫、I/O讀寫、結構規劃等情況,每個都有請求相和完成相。



  PCI Express處理有一個以信用為基礎的流控制機制(由處理層負責管理),可以保證接受設備有足夠多的緩衝資源來接受傳送設備傳遞來的資料大小和類型



PCI Express中斷、插槽和套用方案

  談到電腦就會涉及到中斷。PCI Express也不例外。PCI Express支持兩種類型的中斷,一種是通過模擬技術老式的PCI INTx (x可以是A、B、C、 D)遺留下的中斷,一種則是新型的Message Signaled Interrupt(MSI,消息信號中斷)。這種MSI在 PCI 2.2/2.3設備中是可選項,而在PCI Express中則是必須的。
INTx模擬方式可以相容顯示記憶體的PCI驅動和操作系統,通過一個同帶信號機制實現虛擬的PCI物理中斷。PCI Express設備必須支持這兩項中斷方式,老式設備可以將INTx中斷資訊壓縮到PCI Express的消息管理單元中。

  而在MSI中斷方面,驅動需要重新編寫才能實現它的邊緣觸發中斷的好處。MSI在多處理器系統中效率會更高,任何設備都可以直接對不同的主機使用中斷。

PCI Express插槽

  在PCI Express Card Electromechanical規範中定義了大量的接頭,從x1到x16總線寬度,而x2模式則被保留用於其他類型的PCI Express內部互連而不是插槽。老式的PCI插槽也會繼續存在,會挨著PCI Express接頭。較小的PCI Express卡可以插入較大的插槽中。PCI Express卡可以支持熱插拔和熱交換,採用的三個電壓分別是+3.3V、+3.3Vaux和+12V。取代AGP插槽的接頭會是x16的,帶寬為5GB/s,有效帶寬4GB/s.
  下圖為基本的x1接頭,可以用於ATX主機板系統:



  下面這個則是帶有x1和x16兩種接頭的主機板:


PCI Express架構示例

  在桌面平台上,大家可以看到PCI Express連接取代了AGP總線,並提供了晶片組到千兆網路卡的接頭以及一些PCI Express總線插槽,當然還提供了南橋和北橋之間的連接。


  一個典型的PCI Express總線架構,其好處非常明顯(基本所有高帶寬設備都會採用PCI Express總線來進行連接,比如顯示卡,千兆網路卡等),並且可以大大降低主機板的成本。

  移動平台的架構中,具有底座接頭、PC卡接頭以及主機板上各種高速I/O設備的接頭。



  伺服器平台中大量採用的PCI Express來連接設備,大家還可以看到InfiniBand。


顯示卡PCI Express總線



  在今年5月份Intel即將發佈全新一代的晶片組--Intel 915系列晶片組,這將是第一款全面搭載PCI Express總線的主機板,同時也是啟用新處理器接頭的晶片組。同時在這款主機板上我們已經無法找到普通的AGP插槽,也就是說從這一代晶片組開始,我們原來的AGP顯示卡已經無法在這種主機板上使用了,新一代的總線交替真的出現了。

  其實對於其他設備來說(網路卡,音效卡),由於目前網路卡基本都是板載,即使沒有板載也由於資料吞吐量不是很大,因此依舊可以使用PCI插槽,而音效卡也是類似。但是AGP顯示卡卻不可以這樣(除非你願意使用速度低下的PCI顯示卡),其將成為第一個被徹底清理出局產品,也就是說AGP顯示卡基本已經完成歷史使命在未來已經無法成為系統標準的顯示接頭了。



  今年的2月18日,nVIDIA正式發佈了GeForce PCX系列圖形顯示卡正式宣佈搶佔第一波PCI Express顯示卡市場。GeForce PCX都支持PCI Express 16x接頭,對應產品分別是GeForce PCX 5950/PCX 5750/PCX 5300/PCX 4300。
不過nVIDIA的顯示卡相對比較奇怪,其並沒有徹底為新的PCX顯示卡進行修改而是採用了一個名字為ISH(High-Speed Interconnect高速互聯)的橋接晶片來提供對PCI Express總線的支持。

  也就是說GeForce PCX同原來的AGP版的GeForce顯示卡並沒有太大差別,僅僅就是增加了一顆橋接晶片來間接支持PCI Express總線。但是增加了這個橋接晶片之後nVIDIA宣稱並不會降低PCI Express的傳輸速度,同時可以保留大部分PCI Express的主要特點。



  但是這裡卻存在一個問題,雖然nVIDIA宣稱GPU同HSI橋接晶片之間的傳輸速度可以達到4GB/s,同PCI Express總線同HSI晶片連接的速度是一樣的,但我們應該知道PCI Express是一個點對點連接的技術,其每個方向(傳輸和接受)總線上都具備4GB/s的帶寬,也就是說其在傳輸的時候接受資料並不會佔用到傳輸總線上的任何帶寬和延遲。

  因此可以真正實現4GB/s的交換速度。而由於GPU同HSI橋接晶片之間會並不是一種點對點的連接技術,因此無法實現真正的全雙工工作模式,雖然傳輸帶寬達到了4GB/s,但是由於這是一種雙向設計的總線,在傳輸資料的同時無法進行資料接頭,這種共享式總線的效率絕對是無法同點對點技術相比的。

  由於傳輸和接受都會佔用到這個4GB/s的帶寬,因此實際上使用這種HSI橋接晶片並不能完全發揮GPU的效率。另外,根據一些資料顯示nVIDIA的GPU還僅支持2.1GB/s的傳輸帶寬度還無法完全發揮4GB/s的帶寬。

舉一個例子我們來說明橋接晶片的劣勢:

HD視瀕編輯程序:

1.系統從HD攝像機下載視瀕資料到記憶體,然後寫入到硬碟

2.處理器從系統記憶體讀取視瀕流進行解碼然後寫入顯示記憶體

3.顯示卡顯示視瀕流

4.編輯完畢的視瀕流再寫回系統記憶體

  在高解析度視瀕編輯程序中,PCI Express能夠充分顯示其4GB/s上下行能力的優勢。而AGP總線則只能提供266MB/s的上行能力,因此在從顯示記憶體讀取資料到記憶體的程序將會很慢,而且由於其是半雙工,上行的時候將無法下載。
橋接PCI Express顯示卡的弊端在這種套用中效率就會變得很低。同樣的套用到大量禎緩衝的套用中,顯示卡會通過AGP紋理技術把大量的紋理填入記憶體中,在需要的時候載入,而這樣的話由於非全雙工的設計,使得採用非純PCI Express技術的顯示卡產生瓶頸同AGP總線一樣制約系統效能進一步發揮。

  當然從目前來看,由於AGP傳輸能力的限制,遊戲開發者會盡量的避免GPU和CPU之間頻繁的交換資料,所以雖然GPU的處理能力在增加,但是部分運算還是被安排到了CPU,這樣可以大大降低GPU的計算量,同時AGP總線同晶片組之間的資料交換速度也可以大大降低。

  但是隨著PCI Express總線的出現,遊戲開發者就會消除這些顧忌,把更繁重的應該由GPU負擔的工作還給GPU,讓CPU進一步解放來進一步提升遊戲的AI。這樣PCI Express的真正優勢才會發揮出來。

  類似於NVIDIA的這種技術未來Matrox也會套用這種橋接技術來實現對PCI Express總線的支持,而採用這種模式最大的優勢可以以第一時間拿出支持PCI Express主機板的產品來。當然採用橋接技術還有一個好處,那就是降低一定的顯示卡生產成本,由於搭載了橋接晶片,顯示卡不需要考慮連接點對稱分佈的問題,可以簡化一些布線(PCI Express部分的布線,當然其他顯示卡部分的布線成本是不可能降低的)和PCB成本。



RV380顯示卡,這種顯示卡不存在PCI Express橋接晶片
  作為另外一大獨立顯示卡生產廠商的ATI,也即將推出R423,RV380以及RV370圖形晶片,這些晶片也都會正式支持PCI Express,同nVIDIA不同的是其並不會採用橋接晶片來變相提供PCI Express總線的支持,而是直接就提供了對PCI Express總線的支持。

PCI Express展望

  PCI Express的產生是為了讓標準化I/O互連和總線接頭效能更為出色。但是,在未來2、3年中,這項技術在桌面及伺服器平台上的發展還不明朗。對於大多數系統而言,最大的瓶頸仍然是存在機械部分設備的速度太慢。

  在主機板上採用大容量的緩衝、緩衝可以說明 緩解這個問題,新型的Serial ATA接頭取代EIDE接頭後也可以有效提高傳輸速度。PCI Express無法成為硬碟的接頭,而Serial ATA在以後甚至會將硬碟直接接到南橋上。

通過PCI Express將南橋和北橋連接,而不是PCI總線,可以提高帶寬、降低延遲。不過在這個方面,有Intel的Hublink、VIA的Vlink。SiS的Mutiol等現有技術,使得PCI Express的前景還不清晰。Intel還在7500晶片組中推出了Hublink 2技術,將帶寬有266MB/s提高到了1066MB/s。

  nVidia在自己的nForce和nForce2晶片組中使用了一個單向8位(400MHz工作頻率)、帶寬800MB/s的內部互連方式(HyperTransport)。在這種情況下,似乎並沒有必要將其換成PCI Express。不過Intel則一定會在2004年以PCI Express取代目前使用的Hublink技術。

  對於現在的I/O面板而言,如果採用了PCI Express作為內建的處理器對處理器的連接,或是處理器對北橋的連接就會出現一些問題。對於多處理器設計而言,盡量降低處理器之間的通訊延遲是很重要的。在這些情況下,類似於PCI Express的串行連接,由於自身具有的植入式時鐘的8b/10b編碼,會產生比採用同源時鐘信號並行互連高得多的延遲。

  在多處理器設計中,緩衝一致性是必須保證的。PCI-SGI已經宣佈PCI Express不能作為要求緩衝一致的處理器內部互連。甚至當PCI Express可以提供處理器對處理器的連接功能並降低延遲,我們也不能想像Intel將其用在自己專有的FSB上。這樣Intel就會降低自己在晶片組廠商中的地位和影響力,他們的「許可證」也就失去了市場。

  實際上,如果系統中並存PCI Express和HyperTransport那會更好。HyperTransport在處理高速設備上效果更好,比如處理器間的通訊。而這樣做的又一個好處就是HyperTransport已經推出了。

  對於其他的高速總線而言,PCI-X 1.0的帶寬理論上最大為1GB/s,PCI-X 2.0則為4.26GB/s。同時,在現在的伺服器中,晶片組以及支持PCI-X 2.0。對於這樣的競爭對手,PCI-SGI沒有打算讓PCI Express來取代他們,而是希望用PCI-X進一步完善伺服器架構。

  當然PCI Express未來最大的受益者應該就是顯示卡了,因為其眾多突出的功能可以徹底解決顯示卡傳輸帶寬的問題,而且在今後遊戲的配合下,我們可以使用更進階的顯示卡獲得更加逼真的效果。

結語

  PCI Express肯定會成為未來的一項重要技術,不過問題是它有多重要,未來又會有多遠?我們在未來會看到晶片組中通過PCI Express,不過大多數用途會是用來取代AGP 8X插槽。大多數顯示卡廠商都開始了自己的轉換程序。

  而且這個轉換程序卻都不相同,有一些採用了直接支持PCI Express,而有一些則採用橋接晶片來間接支持PCI Express總線。雖然從理論上來看橋接PCI Express總線的效率會低一些,但似乎在目前這種劣勢還並不很大,隨著未來的發展所有顯示卡廠商都應該會走向完全支持PCI Express總線的道路,現在僅僅是一個過渡。

  除了顯示卡,我們在2004年前還很難在桌面系統中看到什麼別的產品。不過它的未來還是值得期待的。另外,PCI Express出現並不意味PCI就會消失,想想16位的ISA總線吧。現在的系統才剛剛擺脫ISA的「陰影」。
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PCI-Experss SiSSiS656/756北橋晶片

隨著ATi與NVIDIA兩大顯示卡晶片巨頭接連推出PCI-Express顯示卡產品,人們對PCI-Express接頭的關注也不斷升溫。

  繼剛剛發佈可支持PCI-Express×1接頭的SiS965南橋之後,SiS(矽統)再接再厲,又在CeBIT2004大會上正式發佈了新開發的PCI-Express界面北橋晶片組:針對英特爾P4系統的SiS656和針對AMD Athlon 64系統的SiS756北橋晶片。

SiS656北橋晶片

  據SiS所透露的資訊,SiS656北橋晶片可支持Socket 478或LGA 775接頭的Intel Pentium 4處理器;支持Hyper-Threading超線程技術和800/533/400MHz前端總線;內建一組PCI-Express×16接頭;南北橋之間採用SiS獨家的MuTIOL技術可實現1GB/s的資料傳輸帶寬;最大支持4GB的雙通道DDR2-667/533或雙通道DDR400記憶體。

  SiS宣稱SiS656北橋晶片將和新近發佈的SiS965南橋晶片組合,在搭配SiS獨家開發的Advanced HyperStreaming技術後,將是目前Intel平台中效能最優異的晶片組。

  在前面所提到的這些特性中,PCI-Express×16接頭無疑是最大的亮點。我們在以前的文章曾經提過,PCI-Express×1接頭可以提供250MB/s的資料傳輸帶寬,而SiS656北橋所提供的全雙工PCI-Express×16接頭,則可以提供250MB/s×16×2=8GB/s的雙向資料傳輸帶寬。



  這幾乎是目前AGP 8×接頭所能提供的2.1GB/s帶寬的4倍。因此在相同級別顯示卡的效能表現上,採用PCI-Express顯示卡的SiS656晶片組主機板將比採用AGP 8×顯示卡的傳統主機板具備更多的優勢。

  另外值得一提的是,SiS656共有四組DIMM可供使用,除了可以支持雙通道DDR2-677記憶體外,也可相容當前流行的雙通道DDR400記憶體。這樣OEM和系統廠商在生產主機板時可以根據實際需求在DDR2或DDR SDRAM規格中自由選項一種,或同時支持DDR2與DDR記憶體,就像當年的某些主機板可同時支持DDR與SDRAM記憶體一樣。

  這樣可以方便不少用戶昇級記憶體。據悉,目前SiS656的樣本已全面完成,其相關主機板產品預計將在今年5月上市。


SiS756北橋晶片

  SiS756北橋晶片針對的是AMD的Athlon 64 FX處理器系統,支持AMD的HyperTransport技術。除了所支持平台不同外,它和SiS656晶片組的特性非常類似,同樣提供了PCI-Express×16接頭和帶寬達1GHz的南北橋晶片傳輸總線,並且也將和SiS965南橋晶片搭配使用。因為AMD的Athlon 64 FX處理器本身就整合了記憶體控制器,所以SiS並沒有對此做更多的說明。

  SiS表示目前已開發出支持AMD 64位處理器平台的驅動程式,這樣其產品將不只在晶片組硬體架構方面符合64位設計,在軟體方面也將同步提供對64位處理器的良好支持。軟硬體的互相搭配將為電腦玩家提供最完整的64位平台架構。目前SiS已經開始向廠商提供SiS756的樣品,並且即將進入試產階段。
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