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第三代I/O传输技术的竞赛
 

【作者: 誠君】2004年04月25日 星期日

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高速传输技术的演进如同CPU追逐速度一样,不曾中止过。与PC、通讯、电信产业有关的第三代I/O传输新技术(3GIO)有:PCI Express、HyperTransport、RapidIO正蓄势待发、未演先轰动地争夺市场的霸主地位。虽然,Intel的PCI Express很可能继承过去PCI缔造的既存优势,但是AMD的HyperTransport和Motorola的RapidIO却也不惶多让。


市场预测

目前已经有市场专家预言,十年后,RapidIO将超越PCI Express AS(Advanced Switching)技术,前者的营收将是后者的两倍以上。但这只是预测,不能代表最后的结果。PCI Express AS是PCI Express技术的升级和延伸版本,加强了交换(switching)功能。而RapidIO延续Motorola在嵌入式系统市场的优势,在现有的通讯设备中更是所向披糜。


尽管Intel一直为PCI Express的优点宣传,但对工程师而言,RapidIO串行(serial)与平行(parallel)埠技术的成熟度,比目前尚在开发中的PCI Express AS要强一些,甚至更优异。


短期内HyperTransport确实占尽了锋头。光是Xbox就使用了1千2百万个HyperTransport通讯端口,Cisco公司的Catalyst交换器也是采用HyperTransport技术。


长期而言,盒对盒(box-to-box)之间的连接将由「串行RapidIO」和PCI Express AS主宰。在高阶的对等(peer-to-peer)通讯市场上,RapidIO不见得是最后的优胜者,在中低阶市场里,一两年后由Tundra和其它芯片公司设计的桥接芯片将有不错的营收表现。


应用市场

Arapahoe工作小组目前尚在制定PCI Express AS的规格。在未经由PCI-SIG测试前,厂商想必都不会贸然采用的。纵使Intel宣称,PCI Express AS一年内将成为市场新宠,但对大多数工程师而言,这代表Intel还需投入更多资金来解决技术问题。(Arapahoe工作小组的成员有Intel、Compaq、Dell、IBM和Microsoft)


未来十年PCI Express AS和串行RapidIO将在服务器(Blade Server)与中等密度的网络设备上激烈竞争。其它应用如网络电话(VoIP)网关、PCI Express AS将在价格与性能上略胜RapidIO一筹。未来修订版的RapidIO标准将会主宰高密度的网络伺服系统,因其对等化功能可达到较好的效果。


Intel为简化PC的I/O接口,对PCI Express进行修订;为了打入网络设备市场,着手制定PCI Express AS。虽然PCI Express AS可藉PCI的势力顺利进入网络设备市场,但它至少比HyperTransport和RapidIO晚了两年。


PCI Express的延伸

PCI Express AS包含PCI Express的所有功能,如2.5Gbps串行链接、控制信息(取代不同的控制信号)、软件和PCI兼容。PCI Express AS针对网络应用,增加功能以提高传输的可靠度、支持不同的网络实现方式或不同的网络芯片之设计方法。


传输可靠度的提升,是藉由复杂的CRC侦错算法达到的,而非简单的对偶法(parity)。若链结上发现错误也只会在那个链结上重传,单一的重传不会影响传输带宽。PCI Express AS也支持「热插入(hot-plug)」。


PCI Express的核心规格只允许单一主控装置(master device)和其它从属装置通讯。这对PC的I/O总线是合理的,但对数个处理器间的数据传输来说很没有效率。因此PCI Express AS增加「对等交易(peer-to-peer transaction)」功能,允许任何总线上的装置直接和其它装置通讯。


PCI Express AS芯片支持多种网络类型如:星形、环状(ring)、网状(mesh)网络。环形网络和网状网络提供多种路径,纵使有一个路径失败也不会影响通讯,多条备用路径可以提高系统的可靠度。


目前的高速网络系统如:ATM、SONET/SDH、Gigabit Ethernet...都遵守SPI-4、「网络处理联盟串流接口(Network Processing Forum Streaming Interface;NPSI)」的标准,PCI Express AS也遵守这些标准,能将讯框器(framer)和MAC连接到网络处理器、数据流管理器和交换器上。最终PCI Express AS可能将芯片连到单个控制处理器,负责设定系统配置和执行例外程序。因为PCI Express AS的接脚数目不多,且带宽够大,所以要链接这些网络芯片并不困难。


另一个PCI Express AS可以发挥的地方是「背板(backplane)」级设备。不过通讯、电信大厂往往以其专属规格垄断了市场。在实体性能上,标准的2.5Gbps「序列/反序列技术(Serializer/Deserializer;SerDes)」和许多专属交换器之SerDes规格类似,譬如:Agere's PI40和IBM's PowerPRS。Intel希望其它厂商能以PCI Express取代这些专属的SerDes。既得利益的大厂不会放弃其专属规格,但对小厂而言,能使用价格比较便宜的PCI Express AS是很不错的选择。这对OEM系统制造商来说也是很好的方案,可针对不同需要混合使用不同厂家的组件,提高在成本、效能、设计上的优化。


目前HyperTransport和RapidIO已经面市。Broadcom、PMC-Sierra推出具有HyperTransport接口的MIPS处理器。Cavium则推出具有HyperTransport接口的安全处理器。


虽然RapidIO比较晚上市,但是像Motorola的PowerQUICC III处理器、Tundra的HIP平台...都具有RapidIO接口。Analog Devices(ADI)公司也宣布要将RapidIO接口加到他们的TigerSHARC多媒体处理器中,采用RapidIO的芯片应该会逐年增加。


有人预测,具有PCI Express AS的第一颗芯片可能于2004年上市。PCI Express AS具有许多技术上的优点,它的接脚数比HyperTransport少,支持的封包大小最大可达4 Kbytes,效率高,且软件和现存的PCI兼容。不过,这三种新技术最终仍要在网络设备的复杂环境中一比高下,才能见真章。


目前许多公司都持观望的态度,等待其一胜出之后,再决定要采用哪一个技术。假设PCI Express能够持续存在的话,则它可能会先在PC市场获胜,之后攻入网络设备市场。(作者为电子业资深系统设计工作者su2b08@saturn.seed.net.tw)


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