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Samtec技术前沿 | 多重原因促使PCIe® 6.0采用了PAM4

来源:线束世界作者:线束世界2024-09-14 11:23

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摘 要 / 前 言 


Samtec成为PCI-SIG®社区的成员已经有很多年了,我们非常自豪。Samtec的高级系统架构师Jignesh Shah与PCI-SIG的伙伴们一起,讨论了PAM4编码,这是PCIe® 6.0规范的一个新功能。



PCIe® 6.0全新规范 



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2022年初,PCI-SIG®发布了完整版本的PCI Express®(PCIe®)6.0规范。与以前的版本一样,最新版本将PCIe® 5.0规范的数据速率提高了一倍,并保持了向后的兼容性。


最新的PCIe® 6.0规范的主要特点包括:

01  64 GT/s数据速率,通过x16配置可达到256Gbps;

02  PAM4信令利用了行业中已有的PAM4;

03 轻量级的FEC和CRC减轻了与PAM4信令相关的误码率增加;

04 基于Flit的编码支持PAM4调制并实现>2倍的带宽增益;

05 更新了用于Flit模式的数据包布局,以提供额外功能并简化处理;

06 保持与所有前几代PCIe技术的向后兼容性。



何为PAM4 


PAM代表脉冲振幅调制,数字4代表电平数量。大多数工程师都熟悉NRZ调制,即非归零调制。NRZ使用两级信号。当Vcc~0V时,逻辑 “0”是通过的。当Vcc~1.8/3.3/5V时,逻辑 “1”通过。每个单位间隔发送一个0或一个1,或一个bit。  所以NRZ基本上是一个PAM2。


作为改良产品,PAM4是一个多级的技术,使用四级信令。基本上有着四级信令,分别对应Vcc~ 0V、Vcc/3、(2*Vcc)/3和Vcc。每个单位间隔发送两个比特而不是一个。  它发送的是0-0、0-1、1-0或1-1。下图详细说明了这些差异:


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一般来说,NRZ调制支持有一个“眼”的眼图。对于PCIe® 5.0规范,“眼”有一个特定的眼高和电压水平,这取决于定义的通道长度。PAM4调制眼图支持三个 "眼"。对于PCIe® 6.0规范,每个“眼”也有一个定义的眼高和电压水平,用于特定的信号通道。


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为什么PCIe® 6.0规范采用了PAM4 


以前的PCIe规格是NRZ或PAM2。PAM4规范已被其他网络标准采用,开始是56Gbps,112Gbps,未来是224Gbps。其他标准中存在PAM4的先例。 


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PAM4信令使数据速率翻倍,同时使用相应NRZ调制原理的相同奈奎斯特频率。例如,PCIe® 5.0架构使用16GHz的奈奎斯特频率。使用PAM4调制,PCIe® 6.0架构使用相同的16GHz奈奎斯特频率,但数据速率翻倍,达到每条链路64GT/s,并通过x16配置达到256Gbps的双向带宽。



PAM4与NRZ相比,优势是什么? 


PAM4减少了通道损耗,因为它以每UI两个bit的一半频率运行。 这使得PCIe® 6.0规范的信道覆盖范围与PCIe® 5.0规范提供的类似。PCIe® 6.0规范中的PAM4调制甚至可能允许更少的损耗和扩展的覆盖范围。


从另一个角度来看,对于相同的信号频率,你可以将数据速率提高一倍,或者为下一代应用增加带宽或吞吐量。



PCIe® 6.0规范支持哪些应用?


PAM4使PCIe® 6.0规范能够为数据中心、人工智能/机器学习、HPC(高性能计算)、汽车、物联网和航空航天等高数据速率应用提供所需的带宽。 


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所有这些应用都需要高数据速率,因此从PCIe® 5.0规范到PCIe® 6.0规范的翻倍使该规范能够满足这些市场的需求。




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