На форуме IDF'2002 в Москве было представлено много докладов по новым технологиям и системам, но наиболее интересным мне показалось выступление Бойда Бангертера, ведущего инженера подразделения исследований и разработок корпорации Intel. Дело в том, что на той сессии по аппаратному обеспечению, где выступал г-н Бангертер, речь шла о периферийной шине нового поколения - PCI Express. Честно говоря, я считал, что промышленное применение этой шины начнется в обозримом будущем, но, как оказалось, эта шина появится на материнских платах уже в следующем году. Поэтому информация, представленная на сессии, представляет практический интерес для всех, кто интересуется новыми технологиями.

Итак, для чего понадобилось изобретать новую шину? Ведь, как известно, настольные компьютеры успешно используют периферийную шину второго поколения, PCI, для организации обмена данными с периферийными устройствами. Нашла применение эта шина и в мобильных компьютерах (Cardbus, Mini-PCI), и в серверах (PCI64, PCI-X). Тем не менее, возможности параллельной шины PCI на сегодня уже исчерпаны. Во-первых, шина PCI является параллельной, а значит, ее теоретический предел составляет около 1 ГГц. Самый быстрый на сегодня вариант шины PCI, PCI-X/533, обеспечивает пропускную способность до 4.2 Гб/с, но ценой высоких затрат на разводку печатной платы. В то же время предельная частота работы медного соединения составляет 12 ГГц, но приблизиться к нему при использовании параллельной шины невозможно. Но повышать пропускную способность периферийной шины необходимо. Когда создавалась шина PCI, процессор и память соединялись на гораздо меньшей скорости, чем сейчас. Тогда речь шла о нескольких сотнях Мб/с, а сейчас счет пошел на гигабайты в секунду. Причем с каждым годом пропускная способность шин возрастает. Появляются новые, более быстродействующие проводные и беспроводные интерфейсы: например, гигабитный Ethernet больше не является уделом мощных серверов и рабочих станций, повсеместно распространены FireWire (400 Мбит/с) и USB 2.0 (480 Мбит/с), и даже винчестеры завтра будут подключаться на скорости 150 Мб/с. Сравните это с пропускной способностью нынешней настольной PCI - всего 133 Мб/с. Увеличить ее разрядность и/или частоту без многократного усложнения и удорожания процесса производства просто невозможно.

Кроме того, шина PCI не удовлетворяет возросшим требованиям к гибкости, надежности, масштабируемости, функциональности, она применима только для соединения ограниченного класса устройств, ее нельзя эффективно настраивать, тестировать, контролировать, перераспределять потоки данных, управлять потреблением энергии... В общем, слишком много недостатков, чтобы продолжать ее совершенствовать.

Шина PCI Express (прежние названия - 3GIO, Arapahoe) является последовательной, но с возможностью наращивать количество независимых линий для гибкого управления пропускной способностью. Например, для подключения не слишком производительных устройств вроде модемов и звуковых карт будет использоваться одна линия (PCI Express x1), а для требовательных к пропускной способности шины 3D-видеокарт - 16-разрядный вариант x16. PCI Express использует дифференциальные сигналы с низким уровнем напряжения, что упрощает ее разводку, снижает потребление и выделение энергии, улучшает помехозащищенность, уменьшает уровень наводок, упрощает сопряжение с будущими низковольтными устройствами. Новая шина не требует отдельных линий для синхронизации, управления, питания и т.д., так как использует кодирование 8b/10b, передает команды, данные, адреса, управляющие сигналы в пакетах. Кроме физического уровня, концепция PCI Express предполагает использование канального (организация очереди пакетов и их проверки по контрольным суммам) и транспортного уровней (виртуальные каналы, архитектура Load-Store, управление потоком, обмен данными по кадрам, общее плоское 64-разрядное адресное пространство). Это позволит существенно расширить сферу применения шины, отделить логический уровень от физического, гибко балансировать между ценой и производительностью.

Шина PCI Express будет использоваться не только как периферийная шина для дополнительных контроллеров, но и как канал для соединения чипов. В частности, она заменит нынешнюю AGP, будет использована для коммутации компонентов чипсета (как настольного, так и серверного). Фактически она позиционируется как альтернатива HyperTransport - шине, разработанной AMD и уже применяемой другими производителями чипсетов - NVIDIA, SIS, ALi.

Самое замечательное свойство новой шины заключается в том, что она на программном уровне полностью совместима с PCI. Сохранится схема адресации и доступа к устройствам, присущая предыдущей шине, только будут добавлены новые возможности, расширены диапазоны адресов, увеличены наборы команд и т.д. Механические свойства новых соединений тоже не изменятся - планируется использовать похожие слоты, разъемы, не потребуются другие корпусы, блоки питания, шасси. На тех же платах установят слоты и PCI, и PCI Express. Более широкие слоты (x4, x8, x16) будут допускать установку "узких" карт расширения (x1, x4, x8). Для ноутбуков разработаны слоты Mini PCI Express и PCI Express Card, есть решения и для монтируемых в стойку серверов.

Разработчики обещают нам быстрый и безболезненный переход на новую шину в течение 2004 года, а первые коммерческие продукты с поддержкой первой версии PCI Express, обеспечивающей 250 Мб/с на одну линию, должны появиться где-то через год. К 2006 году планируется разработать и начать внедрение PCI Express 2 - шины с увеличенной в два-три раза пропускной способностью. Общий срок жизни новой шины оценивается приблизительно в 10 лет, после чего неизбежна новая революция - переход на оптические технологии коммутации микросхем...

Макс КУРМАЗ,
[email protected],
"Белорусский 'железный' сайт" (www.hw.by)