PCIe 4.0规范Update：低功耗、 IoT、存储、OCuLink...

2015年PCI-SIG开发者大会针对PCI Express(PCIe)Gen 4规范的四大重点是低功耗、物联网(IoT)、移动应用程序与预测。虽然传统的PCIe应用在高性能运算(High Performance Computing，HPC)和个人计算机(不同于高性能运算)平台仍然是主导标准。更近点仔细看，我看到许多人的兴趣在模拟测量比较，并且持续加重在试图优化频率、均衡和串扰(Crosstalk)。

首先第一件事，PCIe定位是周边组件接口，已经存在几十年，并实现3年前的规范预言—从“未来所有基于客户端的存储附件都将采用的PCI-Express(All future client-based storage attachments will use PCI-Express)”一文即可了解。

当提到物联网，我们真正的意思是低功耗，以及来自几十亿联网设备衍生的大数据(Big Data)。

英特尔工程师兼PCI-SIG市场营销工作小组主席Ramin Neshati，也做了上述的预言，并强调“低功耗不是新的主张！”Half Swing规范从PCIe第一代2.5Gbit/s运行于400毫瓦(mW)已经出现，第四代标准将涵盖一个新的200毫瓦四分之一电压摆动状态(Quarter-Swing States)规范，目标是待机L1子状态(Sub-states)要能确确实实地降到微瓦。

PCIe能进入移动设备领域是藉由M-PCIe的调整，运作在MIMP的低功耗M-PHY。

PCIe的实力应在物联网创造的移动大数据状况下站出来。NEC曾有一张图片(下图)，我认为有抓到此种大数据情况的精髓：这个真实的世界就像来自工具、监视器、监视设备与围绕在我们生活周边事物的数据源：而这些数据必须找到自己方式应对服务器与储存设备。


这张图片是截自于NEC在PCI-SIG新闻发布会的讲纲。(图片来源：PCI-SIG，Ransom裁剪)

Neshati预测指出，自2012年开始，PCIe储存装置会开始采用非挥发性内存Non-volatile Memory Express，NVMe)—此标准规范与PCIe-SSD互相链接。固态硬盘(SSD)储存装置市场逐渐开展，且针对已快过时的串行SCSI(Serial Attached SCSI， SAS；小型计算机系统传输接口)与串行ATA (serial advanced technology attachment ，SATA)旋转磁盘给予几个支持功能。如果没有这种“无奈的”支持，NVMe是一个很亲民的技术，现在该技术被加入支持任何装置的SFF-8639(小巧外型)连接器，且PCIe为高密度SSD储存装置创造一个热插拔骨干。


储存连接器的比较。(图片来源：Demartek.com)
        
该PCIe 4.0规范涵盖了业界最好的传输线材，不过OCuLink(光纤/铜缆链接，Optical/Copper Link)正在进行最终审查。Neshati表示，这是“几乎完成的”，因此今年秋天有机会看到1.0版规范。OCuLink具高带宽(在PCIe 3.0已超过32Gbit/s)、可传输几公尺距离长的缆线，无论制造商使用光纤或金属线，只要电缆符合信号完整性的规范即可。

我必须很失望的告诉大家，我并未在2015年PCI-SIG开发者大会中看到OCuLink缆线的展示品。Samtec有一些用在显示器的缆线，这些缆线是采用光纤以单纯传输数据，可传输几公尺远，连接器也内建E-O和O-E转换器，但并未被标记是OCuLink。
本文是为了让读者快速了解最新的技术更新，因此我会在之后的文章详细介绍以下两项主题。

第一个挑战，若是大多数人都利用PCIe 4.0的迹象出现，也并不表示万无一失的解决方案已经出现。在2015年PCI-SIG开发者大会，每家测试和量测公司只是以其具备新功能的工具验证系统和电路仿真。

当电路仿真已被公认变得更好、更便宜、可以更快的方式设计电路，精确度将会成为越来愈重要的问题。这个问题通常是“我如何知道我的模拟以可几近现实？”这个问题牵涉到芯片内部真正的信号分析，但却无法进到芯片内部进行测试。

第二，如果你愿意，可以密切关注PCIe 4.0 16Gbit/s版本的开发。针对如何优化FFE(Feed-forward Equalization)的主题，会有三个独立的演示涵盖其变化—通常被称之为去加重(de-emphasis)—以及频率恢复。连续时间线性均衡器增益(Continuous Time Linear Equalizer，CTLE)，与在接收器DFE(Decision Feedback Equalization)的数量。