PCI-Express與ASI：避免在2Gbps速率上的混亂

　在高達每路2Gbps的數據速率上，幾乎沒有什么技術能使信號完整性有很大的不同。哪種技術能真正提高性能？或者是只能使性能更差？專家們意見不一。
　　要點
　　高速串行PCI-Express正迅速成為PC中占主導地位的互連技術，并由于其廣泛使用可降低器件成本而擁有更廣泛的應用機會；
　　面向眾多通信協議物理實現的PICMG標準，可減少系統設計中的許多主觀臆測——包括根據PCIe及相關ASI進行的臆測等；
　　自適應均衡化可實現實際的超高速串行總線設計，否則即使經過單調乏味的手動調整，仍不能可靠地完成；
　　行業專家不僅對如何才能使PCIe實現中所采用的器件特性達到最佳化，而且對“食譜”(Cookbook)實現方法究竟是導致問題還是避免出現問題意見不一。
　　盡管有無數其它高速點對點串行協議（其中大多數都先于PCIe出現），但PCI-Express (PCIe) 仍在迅速成為PC中高速數據傳輸的主導標準。此外，PCIe的組成，尤其是物理層，甚至更加普遍地成為ASI（高級交換互連）的一部分，而ASI則是一項雄心勃勃的協議，其目標瞄準要求有高于典型臺式機及筆記本電腦性能的應用。ASI SIG（特別興趣組）雖將通信、存儲、服務器及嵌入式系統等列為ASI的目標市場，但并沒有限制ASI對這些市場發揮潛力。
　　ASI似乎為高速數據傳輸帶來了許多好處。例如，不像以主機為中心的PCIe，ASI可在系統外圍器件之間（或在組合有多個CPU的系統中的各CPU之間）實現對等通信。由于其允許在這些器件之間同時進行多個對話，故對等特性可極大地提高復雜系統中的信息傳輸速度。其他PCIe不支持的ASI特性還包括：服務質量 (QoS)、可使基于ASI的系統支持多個協議的隧道式實現以及ASI核心處的網絡交換等。
　　但據其反對者稱，ASI也面臨來自其他舊協議的激烈競爭，例如RIO (RapidIO)（尤其帶有新型RapidFabric擴展的RIO）、InfiniBand、FibreChannel以及許多已建立了實際用戶群體的專用協議，其中大多數據說在改變可預見未來的主導協議中沒有看到特別的優勢。業內很多人士都將以太網看成是ASI的一個主要競爭對手，但ASI SIG的立場是，以太網這種長壽命的協議雖可作為ASI的補充，但目前尚不能與其進行競爭。
　　目前的單路PCIe實現，可在每個方向上以最高2 Gbps的速率傳輸數據。由于PCIe（像其它大多數高速串行協議一樣）采用8b/10b編碼來將時鐘嵌入到數據流中，故原生數據速率要比2 Gbps高25%（即2.5 Gbps）。但無論是PCIe還是ASI，都允許使用多路，故可將數據傳輸速率提高32倍。目前，一些目標瞄準視頻游戲的昂貴臺式PC中的高級視頻子系統，已經在用單向16路版PCIe以32 Gbps（等于4GB/s）的速率來傳輸數據。由于有這種令人暈眩的速度，使得這些臺式機系統不需要有ASI的高級特性，因此PCIe的單向版不失為一種合適的選擇。

　　快速部署
　　PC與外圍設備制造商目前正在以（打個比方說）可與總線上數據傳輸速度相媲美的速度來部署PCIe（參考文獻1），且這些廠商似乎并未被PCI SIG某些詳細信息（這些信息在工程師們設計新設備時遲早有用）所透露出來的困難所嚇倒。SIG迄今所提供信息的短缺并未妨礙采用PCIe的一個重要原因是，大量信息可從PICMG（PCI工業計算機廠商組）那兒得到。PICMG扮演的角色是對PCI SIG及ASI SIG等專用協議行業組角色的補充。盡管PICMG未定義通信協議，但它公布了“系統物理架構”規范，使設計人員能成功實現其它組已經定義的協議。此外，PICMG成員公司還提供了用于這些實現的硬件。最近，PICMG完成了它聲稱在其11年歷史上工作量最大的規范編寫工作。其結果是實現了一組匯集描述模塊化ATCA（高級通信計算架構）的規范（附圖）。
　　除此之外，PCI SIG制定的PCIe規范及ASI SIG制定的ASI規范還可對ATCA規范進行補充——盡管PICMG更喜歡協議規范為ATCA的補充規范。ATCA規范定義如何實現具有不同通信協議的架構，一項規范同時覆蓋了ASI及PCIe兩個版本。盡管ASI的交換網絡幾乎肯定會要求使用PCIe不使用的模塊駐留硬件，但這種公共性并不令人吃驚，因為這兩個協議共用一種物理層與數據鏈路層。而令人吃驚的是，PICMG迄今發現，一種卡籠設計、一種底板設計及一種模塊格式，即足以實現至少可支持半打通信協議的ATCA版本。
　　模塊制造商甚至還開發了插件式ATCA格式線卡模塊原型，只需簡單地加載合適的軟件，即可用于任何一種通信協議。但據AMCC (Applied MicroCircuits Corp) 交換網絡產品營銷總監Gilles Garcia介紹，圍繞網絡處理器構建的線卡需要的軟件比ASI或RIO/RapidFabric需要的軟件更多。這些協議需要以FPGA來實現的其他膠合邏輯。Garcia發現，目前尚無開發包含這種外部邏輯的新型網絡處理器的動機，因為市場不需要支持ASI或RapidFabric的線卡。

　　有希望的前景
　　不過，ATCA含意似乎確實有前途：在電信中心局設備中，該架構似乎將成為一種統一力量，促使競爭企業生產實際上相類似的硬件。這種統一將導致有助于控制成本以及將產品差異化推向（很多人相信它應該具有的）系統軟件水平的器件級規模經濟。的確，ATCA幻想者發現，該架構正在超出電信市場的范圍并擠入集群服務器等計算領域，從而正在產生進一步的規模經濟。
　　盡管忙于ATCA，但PICMG也沒有忘記不太復雜的系統。該機構總是不忘其在以前并行版PCI中的根，已經將重點集中在其率先運用于小型系統的架構更新上，其中最有名的是CompactPCI。PICMG幾乎準備公布一項基于PCIe版架構的規范。PICMG希望在新設備設計中新、老CompactPCI架構能隨著基于PCIe的架構逐漸取代并行版本而共存多年。PICMG還規定了一種95mm