Pengantar spesifikasi PCIe 5.0

• Pengantar spesifikasi PCIe 5.0

Spesifikasi PCIe 4.0 telah rampung pada tahun 2017, tetapi baru didukung oleh platform konsumen pada seri AMD Rydragon 3000 7nm. Sebelumnya, hanya produk seperti superkomputer, penyimpanan berkecepatan tinggi kelas enterprise, dan perangkat jaringan yang menggunakan teknologi PCIe 4.0. Meskipun teknologi PCIe 4.0 belum diterapkan secara luas, organisasi PCI-SIG telah lama mengembangkan PCIe 5.0 yang lebih cepat. Kecepatan sinyalnya telah berlipat ganda dari 16GT/s menjadi 32GT/s, bandwidth-nya dapat mencapai 128GB/s, dan spesifikasi versi 0.9/1.0 telah rampung. Teks standar PCIe 6.0 versi v0.7 telah dikirimkan kepada para anggota, dan pengembangan standar ini berjalan sesuai rencana. Kecepatan pin PCIe 6.0 telah ditingkatkan menjadi 64 GT/s, 8 kali lipat kecepatan PCIe 3.0, dan bandwidth di kanal x16 dapat mencapai lebih dari 256 GB/s. Dengan kata lain, kecepatan PCIe 3.0 x8 saat ini hanya membutuhkan satu kanal PCIe 6.0. Untuk v0.7, PCIe 6.0 telah mencapai sebagian besar fitur yang diumumkan sebelumnya, tetapi konsumsi dayanya masih lebih ditingkatkan.d, dan standar tersebut baru saja memperkenalkan perangkat konfigurasi daya L0p. Tentu saja, setelah pengumuman pada tahun 2021, PCIe 6.0 dapat tersedia secara komersial paling cepat pada tahun 2023 atau 2024. Misalnya, PCIe 5.0 telah disetujui pada tahun 2019, dan baru sekarang ada kasus aplikasinya.

Dibandingkan dengan spesifikasi standar sebelumnya, spesifikasi PCIe 4.0 hadir relatif terlambat. Spesifikasi PCIe 3.0 diperkenalkan pada tahun 2010, 7 tahun setelah PCIe 4.0 diperkenalkan, sehingga masa pakai spesifikasi PCIe 4.0 mungkin akan singkat. Khususnya, beberapa vendor telah mulai merancang perangkat PCIe 5.0 PHY untuk lapisan fisik.

Organisasi PCI-SIG memperkirakan kedua standar ini akan dapat berdampingan untuk beberapa waktu, dan PCIe 5.0 terutama digunakan untuk perangkat berkinerja tinggi dengan persyaratan throughput yang lebih tinggi, seperti GPU untuk AI, perangkat jaringan, dan sebagainya. Artinya, PCIe 5.0 lebih mungkin muncul di lingkungan pusat data, jaringan, dan HPC. Perangkat dengan persyaratan bandwidth yang lebih rendah, seperti desktop, dapat menggunakan PCIe 4.0.

Untuk PCIe 5.0, laju sinyal telah ditingkatkan dari 16GT/s PCIe 4.0 menjadi 32GT/s, masih menggunakan pengodean 128/130, dan lebar pita x16 telah ditingkatkan dari 64GB/s menjadi 128GB/s.

Selain menggandakan bandwidth, PCIe 5.0 membawa perubahan lain, seperti mengubah desain kelistrikan untuk meningkatkan integritas sinyal, kompatibilitas mundur dengan PCIe, dan banyak lagi. PCIe 5.0 juga dirancang dengan standar baru yang mengurangi latensi dan redaman sinyal pada jarak jauh.

Organisasi PCI-SIG berharap dapat menyelesaikan spesifikasi versi 1.0 pada kuartal pertama tahun ini. Meskipun mereka dapat mengembangkan standar, mereka tidak dapat mengontrol kapan perangkat terminal tersebut akan diluncurkan ke pasar. Diperkirakan perangkat PCIe 5.0 pertama akan diluncurkan tahun ini, dan lebih banyak produk akan muncul pada tahun 2020. Namun, kebutuhan akan kecepatan yang lebih tinggi mendorong badan standar untuk mendefinisikan generasi PCI Express berikutnya. Tujuan PCIe 5.0 adalah untuk meningkatkan kecepatan standar dalam waktu sesingkat mungkin. Oleh karena itu, PCIe 5.0 dirancang untuk meningkatkan kecepatan ke standar PCIe 4.0 tanpa fitur baru yang signifikan.

Misalnya, PCIe 5.0 tidak mendukung sinyal PAM 4 dan hanya menyertakan fitur-fitur baru yang diperlukan untuk memungkinkan standar PCIe mendukung 32 GT/s dalam waktu sesingkat mungkin.

Tantangan perangkat keras

Tantangan utama dalam mempersiapkan produk untuk mendukung PCI Express 5.0 akan berkaitan dengan panjang kanal. Semakin cepat laju sinyal, semakin tinggi frekuensi pembawa sinyal yang ditransmisikan melalui papan PC. Dua jenis kerusakan fisik membatasi kemampuan teknisi untuk menyebarkan sinyal PCIe:

· 1. Redaman saluran

· 2. Refleksi yang terjadi di saluran akibat ketidaksinambungan impedansi pada pin, konektor, lubang tembus dan struktur lainnya.

Spesifikasi PCIe 5.0 menggunakan kanal dengan atenuasi -36 dB pada 16 GHz. Frekuensi 16 GHz mewakili frekuensi Nyquist untuk sinyal digital 32 GT/dtk. Misalnya, ketika sinyal PCIe 5.0 dimulai, tegangan puncak-ke-puncaknya mungkin sebesar 800 mV. Namun, setelah melewati kanal -36 dB yang direkomendasikan, kemiripan dengan mata terbuka akan hilang. Hanya dengan menerapkan pemerataan berbasis pemancar (de-aksentuasi) dan pemerataan penerima (kombinasi CTLE dan DFE) sinyal PCIe 5.0 dapat melewati kanal sistem dan diinterpretasikan secara akurat oleh penerima. Tinggi mata minimum yang diharapkan dari sinyal PCIe 5.0 adalah 10 mV (pasca-ekualisasi). Bahkan dengan pemancar dengan jitter rendah yang hampir sempurna, atenuasi kanal yang signifikan mengurangi amplitudo sinyal hingga titik di mana kerusakan sinyal lain yang disebabkan oleh pantulan dan crosstalk dapat ditutup untuk memulihkan mata.