科技典故
 
 
從演化到多元整合──淺介Bus規格標準的變遷
一個想要滿足於不同市場需求的通用型Bus標準界面,能否在不斷升級傳輸速度及加大頻寬之外,達到速度、容量、品質等多元整合、提升效能為一體的願望?
匯流排(Bus)是介於CPU、Memory及I/O間,在主機板上用來匯集傳遞資料程式的硬體介面。如同其英文名稱,主機板若是縱橫交錯的城市,匯流排就是能穿梭其中的巴士的轉運站,匯流排就依照特定的路線,調度規劃各形各色電子位元的往來交通。一般而言,透過匯流排裝設各種介面卡,系統便能傳輸資料程式到介面卡所連結的內部各類元件與外部周邊設備。Bus常見的便是連接各介面卡的ISA、PCI、AGP以及連接外部的USB與IEEE1394等等。 PC的系統匯流排可分為位址匯流排(Address Bus;用來指定在RAM中儲存資料的位址)、資料匯流排(Data Bus;在MPU和RAM間來回傳送資料)、控制匯流排(Control Bus;將MPU控制單元訊號由執行程式送到周邊設備)、擴充匯流排(Expansion Bus;連接插槽和PC而使介面卡成為PC一部份)、區域匯流排(Local Bus;取代高速傳輸的擴充匯流排;經常用來連接MPU和影像卡插槽)等。通常Bus規格分野在傳輸頻寬(width),其取決於資料寬度與運作時脈,資料寬度上代表每次能傳遞資料量的大小,而運作時脈則代表每秒能執行傳遞資料的次數。 在IBM推出全球第一台內含Intel8088的PC/XT後,就開始了PC Bus追求傳輸速度與容量的時代。當時IBM推出與個人PC相容的ISA Bus(Industry Standard Architecture Bus;工業標準架構匯流排),傳輸速度速度為38Mbps(頻寬4.8MB/s,8bits/4.77MHz);1984年IBM推出PC/AT後,速度提升至128Mbps(16MB/s,16bits/8.33MHz),ISA優點是相對應的介面卡設計簡易,缺點是傳輸速度慢。1987年,IBM再推出IBM PS/2,及為其開發出32位元的MCA Bus(Micro Channel Architecture),但由於IBM並未開放MCA技術標準細節,且MCA無法與ISA卡相容,各大PC廠商不願受制於IBM,於是在1988年,Compaq、AST、NEC、Zenith、Epson、Tandy、Olivetti、Wyse、Tandy及HP,聯合制定32位元的PC Bus標準──EISA(Extended Industry Standard Architecture),與IBM的MCA分庭抗禮。EISA性能優於ISA(例如具備PnP功能),同時與ISA卡相容,但由於成本過高,使得EISA僅在市場上曇花一現。 1992年5月VESA(Video Electronics Standards Association)推出新標準VL-Bus(VESA Local Bus),其標準不僅以ISA為基礎而具備向下相容性,同時能與I/O卡一起發揮更高的效能,成本更比EISA低廉,因此曾被高度期待能在市場廣泛地應用。不過VESA僅專為486CPU設計,與Pentium系列存在相容性的問題;再者VL-Bus無緩衝器,只能支援3個外設插槽,且不具有PnP功能;再加上VL-BUS的規範標準並未被廣泛認可、未來擴展性產生侷限,故VL-Bus雖然被486CPU採用,但在Intel主導的PCI Bus及Pentium系列推出後就逐漸被淘汰。 與之同時,Intel主導的PCIv1.0 Bus(peripheral component interconnect)開始席捲市場,從PCI Bus可支援32bits/33MHz、傳輸速度大舉提升至1Gbps開始,PCI Bus標準的演進歷程,就是為了因應並滿足周邊設備介面及顯示卡大量資料傳輸的發展需求,代表著不斷升級傳輸速度及加大頻寬的演化史,PCI系列亦成為Bus規格的主流選擇。無論自1995年PCI v2.0/v2.1到1996年USB v1.0/1.1;1999年PCI v2.2、Low Profile PCI、PCI-X、Mini-PCI等目不暇給的汰舊換新;還是1999年為滿足server資料處理量,以PCI 2.2為基礎,增加電源管理功能和熱插拔技術,並將速度提升至8.5Gbps(1GB/s,64bits/133MHz)的PCI-X1.0;抑或2002年推出最高傳輸速度可達34Gbps(4.2GB/s,64bits/533MHz)的PCI-X2.0,都是演化史下推陳出新的產物。 不過既有PCI傳輸架構,雖能提升更高寬頻的傳輸速度與容量,卻無法達到影音繪圖等多媒體資料傳輸時,畫質清晰與解析程度精細與否的品質保證;況且PCI架構亦無法應付諸多高速傳輸與無線通訊周邊設備,諸如Fiber channel、Gigabit Ethernet、Serial ATA、Graphics等的應用,因此除了PCI之外,Bus規格標準有了其他不同的選擇。就繪圖卡Bus而言,為了改善PCI效率,1997年Intel所提出資料寬度為32 bits、頻率為66 MHz 的AGP v1.0(Advanced Graphics Port;後來正式命名為Accelerated Graphics Port)規格,以及目前推出傳輸速度率可達2.1GB/s(32bits/533MHz)的AGP 8x,就是專門針對顯示卡所設計,屬於繪圖晶片與系統晶片組之間的專屬匯流排。其他雖然還有ALi使用的HyperTransport(最高傳輸速度可達6.4GB/s)、Intel使用的HubLink(可支援266MB/s)、SiS使用的MuTIOL(可支援1.2GB/s)、以及VIA使用的VLink(可支援533MB/s)等技術百花齊放,但這些都只是驚鴻一瞥,「各吹一把調」,還是無法達到速度、容量、品質等多元整合、提升效能為一體的願望。 因此一個想要滿足於不同市場需求的通用型Bus標準界面應運而生。在2002年4月17日,由Intel、ATi、AMD、IBM、HP、Microsoft、TI等所組成的PCI-SIG(PCI Special Interest Group)宣佈下一世代Bus介面標準3GIO(Third Generation Input Output),也就是PCI Express的制訂工作已告段落,7月22日PCI-SIG公佈PCI Express 1.0規格,正式將Bus規格推向另一階段。PCI Express將擔負的,是如何有效整合目前Bus應用規格標準多頭馬車的課題,進而能否邁向Common-Bus的境界。結果如何,IT產官學研各界莫不拭目以待。