PCIe 5.0：駕馭高速數據傳輸的力量

PCIe，或稱為外圍組件互連快取，是一種高速擴展匯流排，用於將各種設備連接到計算機的主板。PCIe 5.0 是 PCIe 標準的第五代，並且在性能上相較於前幾代有顯著的改善。它不僅提供一個高速、可靠的數據傳輸通道，還具有靈活性，可以擴展以滿足處理大量數據的需求，例如人工智慧、機器學習、高性能計算和數據中心。

PCIe 5.0 的優勢

• 增加的帶寬：PCIe 5.0 提供了 PCIe 4.0 的兩倍帶寬。PCIe 5.0 x16 插槽可以提供高達 128 GB/s 的帶寬，這是 PCIe 4.0 x16 插槽帶寬的兩倍。這可以顯著提高圖形卡、SSD 和網絡適配器等設備的性能。
• 更低的延遲：PCIe 5.0 的延遲比之前的版本更低，這意味著數據可以更快地在 CPU 和設備之間傳輸。這可以改善對延遲敏感的應用程序的性能，例如實時音頻和視頻應用程序。
• 改善的電力效率：PCIe 5.0 比之前的世代更具電力效率，這有助於減少系統的整體電力消耗。
• 向後相容性：PCIe 5.0 與 PCIe 4.0 和 PCIe 3.0 設備向後相容，因此您仍然可以在 PCIe 5.0 系統中使用現有設備，方便與現有硬體和軟體進行整合。
• 支援 CXL：PCIe 5.0 支援計算擴展鏈接 (CXL) 標準，這是一個重要的新介面，未來幾年將在數據中心廣泛部署。

CXL
Compute Express Link (CXL) 是一種開放的行業標準互連，首次於2019年3月揭示，提供主處理器與加速器、記憶體擴展和智能I/O設備之間的高帶寬、低延遲連接。它代表了一項重要技術，利用PCIe物理和電氣介面的可靠性和性能，並在PCIe之上引入新的高帶寬和低延遲協議，以連接加速器和記憶體緩衝區。CXL的好處在於支持標準PCIe設備以及CXL設備。

CXL 1.1 是 CXL 的第一個產品化版本。CXL 規範 1.1 於 2019 年 6 月發布。2020 年 11 月 10 日，CXL 規範 2.0 發布。新版本增加了對 CXL 交換的支持，以允許將多個 CXL 1.x 和 2.0 設備連接到 CXL 2.0 主處理器，和/或將每個設備池化到多個主處理器，在分佈式共享記憶體和解耦存儲配置中；它還實現了設備完整性和數據加密。由於 CXL 2.0 仍然利用 PCIe 5.0 PHY，因此從 CXL 1.x 沒有帶寬增加。

在2022年8月2日，CXL 3.0發布，基於PCIe 6.0物理介面和PAM-4編碼，帶寬翻倍；新功能包括具有多級切換和每個端口多種設備類型的纖維能力，以及通過點對點DMA和內存共享增強的一致性。

CXL 被部署為三種協議：

• CXL.io 與 PCIe 交易層幾乎相同，並支持基本功能，如設備發現、配置、初始化和 I/O 虛擬化。所有 CXL 設備都必須實現 CXL.io。
• 快取：它使設備能夠從主機記憶體快取數據，這使得 CXL 設備能夠以低延遲快取主機記憶體。
• mem: 為主機處理器提供對連接到 CXL 設備的記憶體的直接訪問。

CXL 設計用於支援三種主要設備類型：

• Type 1 (CXL.io 和 CXL.cache) – 專用加速器（如智能網卡），不具備本地記憶體。設備依賴於對主機 CPU 記憶體的一致性訪問。
• Type 2 (CXL.io, CXL.cache 和 CXL.mem) – 通用加速器（GPU、ASIC 或 FPGA），擁有高性能的 GDDR 或 HBM 本地記憶體。設備可以一致地訪問主機 CPU 的記憶體，並/或從主機 CPU 提供對設備本地記憶體的一致或非一致訪問。
• Type 3 (CXL.io 和 CXL.mem) – 記憶體擴展板和持久性記憶體。設備為主機 CPU 提供低延遲訪問本地 DRAM 或字節可尋址的非易失性存儲。

PCIe 5.0 支援的設備
除了現有的向後兼容的 PCIe 4.0/3.0 設備外，最有可能從 PCIe 5.0 中受益的組件是高速網路適配器、NVMe 儲存和 CXL 記憶體模組。

• 對於高端網絡，如400Gb以太網解決方案和雙200Gb/s InfiniBand，PCIe 5.0以全雙工傳輸運行，並提供高達128GB/s的帶寬。
• 在 PCIe 4.0 的速度下，最大為 8GB/s 的穩定數據傳輸，最快的 NVMe SSD 正在接近這個 8GB/s 的限制。PCIe 5.0 SSD 的最大速度提高了 75%，達到 14GB/s。
• CXL Type 3 設備將通過 PCIe 總線擴展系統中的記憶體，這將提高伺服器性能並通過記憶體擴展和池化降低總擁有成本 (TCO)。

目前市場上推出的 PCIe 5.0 GPU 和 FPGA 卡不多，但它們正變得越來越普遍。

結論
AEWIN 最新的基於 PCIe Gen 5 的網路計算平台配備了 8 個總計 PCIe x8 擴展槽，以支持高達 8 個 200Gbps 連接，並具備完整的吞吐能力。除了網路之外，PCIe Gen 5 在加速計算方面也具有巨大潛力。儘管通過 PCIe 連接的帶寬通常不會成為 GPU 加速計算的問題，但能夠在更短的時間內傳輸相同數量的數據將確保 GPU 的利用率最大化，並且不會等待數據。

部署 AEWIN PCIe Gen 5 平台的主要優勢包括總擁有成本 (TCO) 節省、因為硬體密度更高而節省機架空間，單一設備的吞吐量是前一代的兩倍，還有更多。如需了解更多 AEWIN PCIe Gen 5 基於的卓越產品和定制，請隨時聯繫 AEWIN 友好的銷售團隊！

– SCB-1836: Alder Lake-S/Raptor Lake-S PCIe 5.0 平台，配備 2 個 PCIe Gen5 插槽以及 2 個 PCIe Gen4 網路介面卡，IPMI 和 TSB 模組。

– SCB-1941: 藍寶石急流-SP PCIe 5.0/CXL 平台，具短深度設計，4x PCIe Gen5 插槽 NIC、NVMe 和 IPMI。

– SCB-1942：雙Sapphire Rapids-SP PCIe 5.0/CXL平台，短深度設計，4個PCIe Gen5插槽加上雙FHFL GPU插槽或4個PCIe Gen4 NIC，以及IPMI。

– SCB-1943: 藍寶石急流-SP PCIe 5.0/CXL 平台，具短深度設計，4個 PCIe Gen5 插槽加上雙 FHFL GPU 插槽或 4個 PCIe Gen5 NIC，並支援 IPMI。

– SCB-1946：雙 EPYC-9004（Genoa/Bergamo）PCIe 5.0/CXL 平台，短深度設計，4 個 PCIe Gen5 插槽加上雙 FHFL GPU 插槽或 4 個 PCIe Gen4 NIC，並具備 IPMI。

– BAS-6101: EPYC-9004 (Genoa/Bergamo) PCIe 5.0/CXL 平台，具有短深度設計，6 個全高 PCIe 插槽加上 2 個半高插槽，1 個 OCP3.0 插槽，以及可選的 2 個雙寬插槽。