PCIe 5.0：驾驭高速数据传输的力量

PCIe，或称为外围组件互连快取，是一种高速扩展匯流排，用于将各种设备连接到计算机的主板。PCIe 5.0 是 PCIe 标准的第五代，并且在性能上相较于前几代有显着的改善。它不仅提供一个高速、可靠的数据传输通道，还具有灵活性，可以扩展以满足处理大量数据的需求，例如人工智慧、机器学习、高性能计算和数据中心。

PCIe 5.0 的优势

• 增加的带宽：PCIe 5.0 提供了 PCIe 4.0 的两倍带宽。PCIe 5.0 x16 插槽可以提供高达 128 GB/s 的带宽，这是 PCIe 4.0 x16 插槽带宽的两倍。这可以显着提高图形卡、SSD 和网络适配器等设备的性能。
• 更低的延迟：PCIe 5.0 的延迟比之前的版本更低，这意味着数据可以更快地在 CPU 和设备之间传输。这可以改善对延迟敏感的应用程序的性能，例如实时音频和视频应用程序。
• 改善的电力效率：PCIe 5.0 比之前的世代更具电力效率，这有助于减少系统的整体电力消耗。
• 向后相容性：PCIe 5.0 与 PCIe 4.0 和 PCIe 3.0 设备向后相容，因此您仍然可以在 PCIe 5.0 系统中使用现有设备，方便与现有硬体和软体进行整合。
• 支援 CXL：PCIe 5.0 支援计算扩展链接 (CXL) 标准，这是一个重要的新介面，未来几年将在数据中心广泛部署。

CXL
Compute Express Link (CXL) 是一种开放的行业标准互连，首次于2019年3月揭示，提供主处理器与加速器、记忆体扩展和智能I/O设备之间的高带宽、低延迟连接。它代表了一项重要技术，利用PCIe物理和电气介面的可靠性和性能，并在PCIe之上引入新的高带宽和低延迟协议，以连接加速器和记忆体缓冲区。CXL的好处在于支持标准PCIe设备以及CXL设备。

CXL 1.1 是 CXL 的第一个产品化版本。CXL 规范 1.1 于 2019 年 6 月发布。2020 年 11 月 10 日，CXL 规范 2.0 发布。新版本增加了对 CXL 交换的支持，以允许将多个 CXL 1.x 和 2.0 设备连接到 CXL 2.0 主处理器，和/或将每个设备池化到多个主处理器，在分佈式共享记忆体和解耦存储配置中；它还实现了设备完整性和数据加密。由于 CXL 2.0 仍然利用 PCIe 5.0 PHY，因此从 CXL 1.x 没有带宽增加。

在2022年8月2日，CXL 3.0发布，基于PCIe 6.0物理介面和PAM-4编码，带宽翻倍；新功能包括具有多级切换和每个端口多种设备类型的纤维能力，以及通过点对点DMA和内存共享增强的一致性。

CXL 被部署为三种协议：

• CXL.io 与 PCIe 交易层几乎相同，并支持基本功能，如设备发现、配置、初始化和 I/O 虚拟化。所有 CXL 设备都必须实现 CXL.io。
• 快取：它使设备能够从主机记忆体快取数据，这使得 CXL 设备能够以低延迟快取主机记忆体。
• mem: 为主机处理器提供对连接到 CXL 设备的记忆体的直接访问。

CXL 设计用于支援三种主要设备类型：

• Type 1 (CXL.io 和 CXL.cache) – 专用加速器（如智能网卡），不具备本地记忆体。设备依赖于对主机 CPU 记忆体的一致性访问。
• Type 2 (CXL.io, CXL.cache 和 CXL.mem) – 通用加速器（GPU、ASIC 或 FPGA），拥有高性能的 GDDR 或 HBM 本地记忆体。设备可以一致地访问主机 CPU 的记忆体，并/或从主机 CPU 提供对设备本地记忆体的一致或非一致访问。
• Type 3 (CXL.io 和 CXL.mem) – 记忆体扩展板和持久性记忆体。设备为主机 CPU 提供低延迟访问本地 DRAM 或字节可寻址的非易失性存储。

PCIe 5.0 支援的设备
除了现有的向后兼容的 PCIe 4.0/3.0 设备外，最有可能从 PCIe 5.0 中受益的组件是高速网路适配器、NVMe 储存和 CXL 记忆体模组。

• 对于高端网络，如400Gb以太网解决方案和双200Gb/s InfiniBand，PCIe 5.0以全双工传输运行，并提供高达128GB/s的带宽。
• 在 PCIe 4.0 的速度下，最大为 8GB/s 的稳定数据传输，最快的 NVMe SSD 正在接近这个 8GB/s 的限制。PCIe 5.0 SSD 的最大速度提高了 75%，达到 14GB/s。
• CXL Type 3 设备将通过 PCIe 总线扩展系统中的记忆体，这将提高伺服器性能并通过记忆体扩展和池化降低总拥有成本 (TCO)。

目前市场上推出的 PCIe 5.0 GPU 和 FPGA 卡不多，但它们正变得越来越普遍。

结论
AEWIN 最新的基于 PCIe Gen 5 的网路计算平台配备了 8 个总计 PCIe x8 扩展槽，以支持高达 8 个 200Gbps 连接，并具备完整的吞吐能力。除了网路之外，PCIe Gen 5 在加速计算方面也具有巨大潜力。尽管通过 PCIe 连接的带宽通常不会成为 GPU 加速计算的问题，但能够在更短的时间内传输相同数量的数据将确保 GPU 的利用率最大化，并且不会等待数据。

部署 AEWIN PCIe Gen 5 平台的主要优势包括总拥有成本 (TCO) 节省、因为硬体密度更高而节省机架空间，单一设备的吞吐量是前一代的两倍，还有更多。如需了解更多 AEWIN PCIe Gen 5 基于的卓越产品和定制，请随时联繫 AEWIN 友好的销售团队！

– SCB-1836: Alder Lake-S/Raptor Lake-S PCIe 5.0 平台，配备 2 个 PCIe Gen5 插槽以及 2 个 PCIe Gen4 网路介面卡，IPMI 和 TSB 模组。

– SCB-1941: 蓝宝石急流-SP PCIe 5.0/CXL 平台，具短深度设计，4x PCIe Gen5 插槽 NIC、NVMe 和 IPMI。

– SCB-1942：双Sapphire Rapids-SP PCIe 5.0/CXL平台，短深度设计，4个PCIe Gen5插槽加上双FHFL GPU插槽或4个PCIe Gen4 NIC，以及IPMI。

– SCB-1943: 蓝宝石急流-SP PCIe 5.0/CXL 平台，具短深度设计，4个 PCIe Gen5 插槽加上双 FHFL GPU 插槽或 4个 PCIe Gen5 NIC，并支援 IPMI。

– SCB-1946：双 EPYC-9004（Genoa/Bergamo）PCIe 5.0/CXL 平台，短深度设计，4 个 PCIe Gen5 插槽加上双 FHFL GPU 插槽或 4 个 PCIe Gen4 NIC，并具备 IPMI。

– BAS-6101: EPYC-9004 (Genoa/Bergamo) PCIe 5.0/CXL 平台，具有短深度设计，6 个全高 PCIe 插槽加上 2 个半高插槽，1 个 OCP3.0 插槽，以及可选的 2 个双宽插槽。