搶進背板互連與嵌入式應用 高速傳輸介面釋出新標準

2007-02-16
PCI Express、HyperTransport和RapidIO高速傳輸介面紛紛推出新標準,除強化傳輸效能,也紛紛從晶片與晶片之間互連邁向機房設備的背板互連應用,未來將延伸至背板與嵌入式市場一較高下,不再局限於個人電腦產業。
PCI Express、HyperTransport和RapidIO高速傳輸介面紛紛推出新標準,除強化傳輸效能,也紛紛從晶片與晶片之間互連邁向機房設備的背板互連應用,未來將延伸至背板與嵌入式市場一較高下,不再局限於個人電腦產業。  

隨著處理器速度以及網路頻寬大幅提升,匯流排速度的推升勢在必行,因此包括PCI Express、HyperTransport、RapidIO、Infiniband以及StarFabric等高速傳輸互連技術紛紛搶進市場,其中尤以PCI Express、Hyper-Transport和RapidIO最受矚目。  

根據研究機構In-Stat/MDR的資料顯示,上述三者在2008年的市場產值將超過3億美元,並以PCI Express的成長速度最快。同時,三者的背後皆有龐大勢力支撐,PCI Express技術的主要支持者為英特爾,並由PCI特別興趣小組(PCI-SIG)負責推動,主要應用在個人電腦匯流排上,藉由其軟體一致 (Compatibility)的特性而取代PCI匯流排。  

而HyperTransport則是由英特爾的強競對手超微(AMD)所大力推動,其公認組織為HyperTransport技術聯盟 (Technology Consortium),由於HyperTransport具有高頻寬及低延遲特性,因此主要應用在處理器之間的互連。  

至於RapidIO技術則由Mercury Computer Systems、早期的摩托羅拉(即現在的飛思卡爾)所提出,並由RapidIO產業協會(RapidIO Trade Association)所推動,以處理器間的互連為主要訴求,由於該技術的彈性化架構、高頻寬以及協議層簡化等特點,因此適用於嵌入式系統的內部連線。  

新版本紛紛出籠  

雖然初期三者各有明確的應用領域,但為擴大市場,其技術標準不斷推陳出新,持續在傳輸速率、工作效能、體質機制以及技術運用範疇上擴展。從應用來看,可區分成晶片與晶片(Chip-to-chip)之間、電路板與電路板之間(Board-to-board)、機箱與機箱之間(Chassis-to- chassis)互連的纜線化連接及背板(Backplane)互連等範疇,PCI Express、HyperTransport和RapidIO技術皆向機房設備的背板技術方向邁進。  

HyperTransport最新的標準3.0便提供機箱與機箱之間互連的能力,超微台灣分公司行銷總監王伯寧表示,目前HyperTransport技術的雙向工作頻率為2,000MHz,預計2007年將推出新一代標準,可提升至3,000MHz以上,無論在效能或應用上勢必將再進一步擴增。此外, PCI特別興趣小組也已推出PCI Express 2.0標準,除了向下相容於1.1版外,也擴大單一通道寬度,從原先2.5Gbit/s提升至5Gbit/s。  

在機房設備的背板技術部分,目前則以RapidIO最為盛行,在標準演進上,該技術亦不遑多讓,亞德諾(IDT)流量控制管理部資深產品經理Bill Beane(圖1)表示,即將釋出的RapidIO新一代2.0版本特別強化實體層效能與資料管道(Data Plane),在實體層方面,2.0版本針對頻寬比對(Matching)提供串列/解串器(SerDes),向下相容於1.3版本,並支援高達 6.25GBaud的傳輸速率及1x/2x/4x/8x/16x介面;在資料管道方面,則提供電信營運級(Carrier Grade)的數據光纖效能、新的數據串流格式、端點流量控制仲裁規格、虛擬輸出隊列(VoQ)以及傳輸管理規格,並針對序列實體層提供額外的虛擬頻道 (Virtual Channel)。  

在縮小資訊封包以減少反應時間方面,RapidIO和HyperTransport更勝於PCI Express,RapidIO和HyperTransport利用較小的資訊封包減少包頭占用封包的比例,以有效地降低頻寬,而PCI Express則是定位設計成一種系統互連介面而非設備介面或路由網路協定。  

RapidIO跨足3G應用  

在背板與嵌入式應用上,RapidIO、乙太網路與PCI Express的競爭格外受到關注(表1~3),Beane表示,乙太網路廣泛地被使用在低頻寬的嵌入式系統中,支援大量端點晶片與軟體,但10G乙太網路是否能應用在背板尚未確定,而PCI Express的目的是取代個人電腦、伺服器及嵌入式應用中的PCI介面,但在背板互連應用上將受到局限,因為當連結大量端點時,其處理能力將會下降,在相似的交換器生態系統上則與乙太網路及RapidIO競爭,至於RapidIO已廣獲數位訊號處理器及線路卡所採用,對於拓展背板應用極有幫助,同時, RapidIO能有效藉由通訊協定(Protocol)支援控制及資料管道,並具有不同的實體層傳輸速度,而低成本之特性使其能與1G/10G乙太網路競爭。  

嵌入式系統又可細分成高、低性能的嵌入式系統,而RapidIO主要應用於高性能嵌入式系統,其應用範疇包括高利用性的企業儲存系統、交換器、網路設備、手機、無線通訊基地台、防禦、太空系統以及醫療影像等領域。In-Stat/MDR便指出,RapidIO需要較長的時間才能普及,而此項技術將能在嵌入式市場有所發揮,尤其是基於主控制器加上數位訊號處理器架構的產品,最明顯的應用將是3G手機、3G無線通訊基地台以及數位訊號處理器控制的嵌入式系統。  

日前亞德諾便與德州儀器共同開發一個3G基地台開發平台AMC70K2000(圖2),該平台將1個IDT預處理交換晶片(PPS)70K2000與4個德州儀器的數位訊號處理器TMS320C6455/6482整合在一個先進夾層卡(AMC)上。PPS提供一個40通道和22埠的RapidIO介面,可將每個數位訊號處理器的性能提高20%,同時,AMC包括1個3G乙太網背板和1個線路I/O、每個數位訊號處理器高達128MB的DRAM DDR2、快閃記憶體(串列高速)和I2C。此外,內置擴展埠可提供一個現成的子卡,支援亞德諾10G串列緩衝器的其他串列RapidIO端點。  

HyperTransport擴大應用市場  

HyperTransport技術可算是超微在個人電腦產業上與其他競爭對手對抗的武器,王伯寧表示,目前個人電腦產業具較高速的傳輸需求,因此HyperTransport將由個人電腦平台起步,並跨足其他應用領域。  

除了適用於個人電腦,該技術也可應用至遊戲機控制板、網路交換器、消費性電子產品、嵌入式系統、電玩個人電腦平台、工作站、伺服器、叢集電腦、超級電腦及路由器等。目前包括微軟的Xbox遊戲機、蘋果的Power Mac G5高效能桌上型電腦、思科的高階網路路由器、IBM和昇陽(Sun Microsystems)的伺服器、筆記型電腦以及超微所有的Athlon64、Opteron-based電腦、伺服器等,都已經採用 HyperTransport技術。雖然現階段HyperTransport的市場規模不如PCI Express,但HyperTransport在遊戲機的應用正是其與PCI Express和RapidIO最大的不同之處,未來可望稱霸遊戲機市場。  

(詳細圖表請見新通訊元件雜誌72期2月號)  

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