در طول دهه گذشته، پهنای باند و سرعت انتقال داده مورد نیاز برای برنامه های کامپیوتری سال به سال افزایش یافته است.تقاضای پهنای باند تقریبا هر سه سال دو برابر می شوداین امر عمدتاً به دلیل نرخ رشد سالانه تکمیلی تا 45٪ برای خدمات مخابرات، خدمات محاسبات ابری و ارائه دهندگان فناوری اطلاعات، به ویژه در بخش بانکی،اوراق بهادارعلاوه بر این، شرکت های هوش مصنوعی (AI) مبتنی بر مدل های زبان بزرگ (LLMs) نیز به گسترش کسب و کار خود ادامه می دهند.از جمله شناسایی با کمک هوش مصنوعی و خودروهای مستقل، همچنین نیاز به پهنای باند بالاتر و سرعت داده های سریع تر را افزایش می دهد.
زیرساخت هایی که داده های با سرعت بالا را برای این برنامه ها فراهم می کنند شامل شبکه های سیم و بی سیم است. اما در محاسبات با عملکرد بالا (HPC) ، تجهیزات تست با سرعت بالا،و سخت افزار بازی، اتصال بین واحد پردازش مرکزی و دستگاه های محیطی نیز باید به طور مداوم افزایش سرعت انتقال داده را پشتیبانی کند.
قدرت PCIe
دستگاه های شبکه یا اجزای متصل به واحد پردازش مرکزی نیاز به یک روش ساده برای انتقال سریع و دقیق داده ها دارند، که فناوری اتصال اجزای محیطی (PCI) است..بازارهای فرعی مختلف محاسبات، از جمله سرورها و مراکز داده، خودرو و صنعتی، ایستگاه های کاری و دستگاه های دستی،استفاده از معماری سریال نقطه به نقطه PCI Express (PCIe) برای دستیابی به انتقال سریع و قابل اعتماد داده ها.
PCI-SIG، اختصار گروه بین رشته ای اجزای محیطی است،اتحاد حدود 900 شرکت عضو مسئول توسعه و مدیریت استانداردهای باز صنعت برای فناوری PCIe (شکل 1).
سرعت داده های مشخصات PCIe (Gb/s)
(کدگذاری) یک طرفه x16
پهنای باند کانال * سالانه
1.0 2.5 (8b/10b) 32 گیگابایت در ثانیه 2003
2.0 5.0 (8b/10b) ۶۴ گیگابایت در ثانیه 2007
3.0 8.0 (128b/130b) ۱۲۶ گیگابایت در ثانیه 2010
4.0 16.0 (128b/130b) 252 گیگابایت در ثانیه 2017
5.0 32.0 (128b/130b) 504 گیگابایت در ثانیه 2019
6.0 64.0 (PAM-4، Flit) 1024 گیگابایت در ثانیه
(~1 Tb/s) 2021
*- پهنای باند پس از کسر هزینه های رمزگذاری
نمودار 1: از سال 2003، مشخصات قطعات اتصال PCI از PCI-SIG از رشد مداوم سرعت انتقال داده ها پشتیبانی می کنند. (منبع تصویر: PCI-SIG)
این سازمان استاندارد PCIe 1.0 را در سال 2003 منتشر کرد که از انتقال 2.5 گیگابیت در ثانیه (GT / s) پشتیبانی می کند و الزامات استاندارد بی سیم 3G را در آن زمان برآورده می کند.به روزرسانی های بعدی راه را برای افزایش سالانه تولید I / O در حالی که اطمینان از سازگاری گذشته را فراهم کردبه عنوان مثال، دستگاه هایی که مشخصات PCIe 5.0 را برآورده می کنند می توانند به سرعت 32.0 GT / s در هر کانال برسند و با شبکه 5G مورد نیاز برای جریان رسانه و محاسبات لبه ای سازگار هستند.
این خروجی بالاتر پشتیبانی از تاخیر کم مورد نیاز برای هوش مصنوعی و پردازش لبه، اتوماسیون صنعتی، تجهیزات تست و بازی را فراهم می کند.معماری نقطه به نقطه فناوری PCIe همچنین از عملکرد کارایی انرژی بالا پشتیبانی می کند، که یک ملاحظه کلیدی برای برنامه های کامپیوتری پیشرفته است.
حفظ خنک سازی اجزای HPC
حتی با سرعت داده های بهبود یافته و بهره وری انرژی ارائه شده توسط آخرین فناوری PCIe، برنامه های کامپیوتری با عملکرد بالا (HPC) مانند تشخیص تقلب مالی در زمان واقعی،سیستم های مدل سازی زبان بزرگ هوش مصنوعی، و دینامیک مایعات محاسباتی (CFD) هنوز نیاز به چندین پردازنده موازی دارند. مدیریت تبعید گرما و محدودیت های فضایی در حالی که این تقاضا را برآورده می کند یک کار آسان نیست.به خصوص زمانی که رقابت برای فضای بین کابل های داده و کانال های جریان هوا که اجزای و پردازنده ها را متصل می کند وجود دارد.
در این مورد، طراحان دستگاه های محاسباتی با کارایی بالا به استفاده از قطعات کابل های تمدید PCIe صاف و تاشو مانند سری 8KDx 3M (شکل 2) تغییر می کنند.
3M 8KDx سری PCIe 5.0 تصویر قطعات کابل تمدید
شکل 2: مجموعه کابل های 8KDx سری PCIe 5.0 3M یک مجموعه کابل انعطاف پذیر مسطح است که می تواند خود را جمع کند. (منبع تصویر: 3M)
سری 8KDx بر اساس استاندارد PCIe 5.0 طراحی شده است و با سیستم هایی که بر اساس استانداردهای اولیه PCIe طراحی شده اند سازگار است. آنها در دو مدل ، x8 و x16 وجود دارند.با هشت سیم و شانزده سیم به ترتیب. گزینه های نصب پرنده و ترمینال های نصب سطح (SMT) را ارائه دهید.
سیم نقره ای 30 AWG با دقت در یک مجموعه مستمر از لایه های محافظ با ضخامت کلی 0.74 میلی متر قرار دارد.جفت های هادی سیم های سنتی به صورت طولی در یک لایه محافظ مارپیچی پیچیده شده اند، در حالی که سیم تمدید سری 8KDx در مقایسه با آن نازک تر و نرم تر است.طراحی انعطاف پذیرتر اجازه می دهد تا چندین کابل تمدید PCIe بدون مسدود کردن جریان هوا حیاتی بسته و جمع شوند (شکل 3).
تصویر سیم 30 AWG با انباشت مداوم و قرار دادن دقیق
شکل 3: انباشت مداوم و قرار دادن دقیق 30 سیم AWG اجازه می دهد تا سری 8KDx قطعات را بدون مانع از جریان هوا متصل کند (منبع تصویر: 3M)
تجهیزات آزمایش همزمان با سرعت بالا
کاربردهای محاسباتی با عملکرد بالا برای پردازش مجموعه داده های بزرگ به پردازش موازی متکی هستند، در حالی که تجهیزات تست با سرعت بالا باید به سایر دستگاه های محیطی مانند پردازنده متصل شوند.ژنراتورهای سیگنالاین سیستم ها نیاز به سیگنال های همزمان و تاخیر کم برای اطمینان از اعتبار داده های آزمایش دارند.
"پليکس 3"0、 استانداردهای 4.0 و 5.0 از همگام سازی سیگنال با یک ساعت یا ساعت های متعدد پشتیبانی می کنند.بر کدگذاری 128b/130b تکیه کنند.در این پروتکل کدگذاری، بسته داده حاوی 128 بیت اطلاعات است، که توسط 2 بیت که شروع و پایان بسته را نشان می دهد، محدود می شود.بیت های شروع و پایان برای همگام سازی ساعت و تشخیص خطا استفاده می شود، در نتیجه استفاده از بیت های باقیمانده در بسته داده برای انتقال داده.
کابل تمدید PCIe سری 8KDx از سیم هایی با مقاومت 87 ± 5 Ω برای اطمینان بیشتر از سرعت و یکپارچگی داده استفاده می کند.هنگامی که به خط پایه 85 Ω انپیدانس سیستم های ساخته شده بر اساس PCIe 3 متصل می شوند.0، 4.0، و 5.0 استانداردها، این هادی ها می توانند عدم تطابق موانع و بازتاب سیگنال را تا حد ممکن به حداقل برسانند.
علاوه بر این، مهندسان آزمایش می توانند با اطمینان از انعطاف پذیری و طراحی صرفه جویی در فضا از قطعات سری 8KDx استفاده کنند.یکپارچگی سیگنال زمانی که کابل خود را تاپیک نمی کند کاهش نمی یابد (شکل 4).