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Samtec技術前沿 | 多重原因促使PCIe® 6.0采用了PAM4

    作者:宏拓新軟件
    發布日期:2023-12-11         
閱讀:50     
 
 

摘要/前言

Samtec成為PCI-SIG®社區的成員已經有很多年了,我們非常自豪。Samtec的高級系統架構師Jignesh Shah與PCI-SIG的伙伴們一起,討論了PAM4編碼,這是PCIe® 6.0規范的一個新功能。

PCIe®6.0全新規范

PCI-SIG®

2022年初,PCI-SIG®發布了完整版本的PCI Express®(PCIe®)6.0規范。與以前的版本一樣,最新版本將PCIe® 5.0規范的數據速率提高了一倍,并保持了向后的兼容性。

最新的PCIe® 6.0規范的主要特點包括:

·64 GT/s數據速率,通過x16配置可達到256Gbps;

·PAM4信令利用了行業中已有的PAM4;

·輕量級的FEC和CRC減輕了與PAM4信令相關的誤碼率增加;

·基于Flit的編碼支持PAM4調制并實現>2倍的帶寬增益;

·更新了用于Flit模式的數據包布局,以提供額外功能并簡化處理;

·保持與所有前幾代PCIe技術的向后兼容性。

何為PAM4?

PAM代表脈沖振幅調制,數字4代表電平數量。大多數工程師都熟悉NRZ調制,即非歸零調制。NRZ使用兩級信號。當Vcc ~ 0V時,邏輯 “0”是通過的。當Vcc ~ 1.8/3.3/5V時,邏輯 “1”通過。每個單位間隔發送一個0或一個1,或一個bit。 所以NRZ基本上是一個PAM2。

作為改良產品,PAM4是一個多級的技術,使用四級信令;旧嫌兄募壭帕,分別對應Vcc ~ 0V、Vcc/3、(2*Vcc)/3和Vcc。每個單位間隔發送兩個比特而不是一個。它發送的是0-0、0-1、1-0或1-1。下圖詳細說明了這些差異:

四級信令

一般來說,NRZ調制支持有一個“眼”的眼圖。對于PCIe® 5.0規范,“眼”有一個特定的眼高和電壓水平,這取決于定義的通道長度。PAM4調制眼圖支持三個“眼”。對于PCIe® 6.0規范,每個“眼”也有一個定義的眼高和電壓水平,用于特定的信號通道。

NRZ調制

為什么PCIe® 6.0規范采用了PAM4

以前的PCIe規格是NRZ或PAM2。PAM4規范已被其他網絡標準采用,開始是56Gbps,112Gbps,未來是224Gbps。其他標準中存在PAM4的先例。

網絡標準

PAM4信令使數據速率翻倍,同時使用相應NRZ或PAM2調制原理的相同奈奎斯特頻率。例如,PCIe® 5.0架構使用16GHz的奈奎斯特頻率。使用PAM4調制,PCIe® 6.0架構使用相同的16GHz奈奎斯特頻率,但數據速率翻倍,達到每條鏈路64GT/s,并通過x16配置達到256Gbps的雙向帶寬。

PAM4與NRZ相比,優勢是什么?

PAM4相比PAM2減少了通道損耗,因為它以每UI兩個bit的一半頻率運行。 這使得PCIe® 6.0規范的信道覆蓋范圍與PCIe® 5.0規范提供的類似。PCIe® 6.0規范中的PAM4調制甚至可能相比PAM2允許更少的損耗和擴展的覆蓋范圍。

從另一個角度來看,對于相同的信號頻率,你可以將數據速率提高一倍,或者為下一代應用增加帶寬或吞吐量。

PCIe® 6.0規范支持哪些應用?

PAM4使PCIe® 6.0規范能夠為數據中心、人工智能/機器學習、HPC(高性能計算)、汽車、物聯網和航空航天等高數據速率應用提供所需的帶寬。

PCIe® 6.0規范

所有這些應用都需要高數據速率,因此從PCIe® 5.0規范到PCIe® 6.0規范的翻倍使該規范能夠滿足這些市場的需求。

 

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