Přenos po expresním kanálu

Zatímco frekvence procesorů současných osobních počítačů dosahuje 3 GHz a ve firemních systémech se začíná prosa...


Zatímco frekvence procesorů současných osobních počítačů dosahuje 3 GHz a ve
firemních systémech se začíná prosazovat komunikační standard Gigabit Ethernet,
je snadné opomenout, že typická I/O (vstupně výstupní) sběrnice funguje na
základě jedenáct let staré technologie. To by se však mělo změnit s příchodem
technologie PCI Express.
Standardní technologií totiž stále ještě zůstává 32bitová PCI sběrnice
(Peripheral Component Interconnect) běžící na pouhých 33 MHz (nebo 66 MHz),
která byla uvedena na trh už v roce 1992. PCI podporuje celkovou šířku pásma
pouhých 133 MB/s (1 Gb/s), a tuto kapacitu pak sdílejí všechna zařízení
vícebodové sběrnice.
Díky nově vznikajícímu I/O standardu PCI Express by se však věci měly dát do
pohybu. Současná specifikace, podporovaná konsorciem výrobců PCI-SIG a
intenzivně propagovaná zejména společností Intel, nahradí design paralelní
sběrnice PCI vysokorychlostní point-to-point sériovou propojovací technologií,
která bude podle slov Intelu a dalších výrobců jak rychlejší, tak i
spolehlivější. Poskytne celkovou šířku přenosového pásma v rozmezí od 5 Gb/s
(500 MB/s) do 160 Gb/s (16 GB/s), a protože se jedná o sériovou technologii,
její provoz bude mnohem efektivnější při spolupráci s dalšími nově se
objevujícími vysokorychlostními sériovými technologiemi, jako jsou Serial ATA
či InfiniBand. Navíc bude také podporovat "hot-plug" a "hot-swap" a umožní
přímou peer-to-peer komunikaci mezi připojenými zařízeními bez toho, aby přitom
využívala čipset procesoru.

Expres pro grafiku
PCI-SIG však nepropaguje PCI Express jako pouhou náhradu tradiční sběrnice PCI
v oblasti desktopů. Konsorcium jej představuje jako univerzální I/O technologii
pro počítače typu PC, pracovní stanice i servery, která rovněž urychlí interní
komunikaci chip-to-chip (tj. mezi čipy) a komunikaci s grafickými adaptéry.
Začátkem příštího roku se Intel chystá uvést na trh PCI Express čipset s
kódovým označením Lindenhurst určený pro servery, a krátce poté má následovat i
čipová sada pro PC.
Podle Jima Pappase, ředitele technologické skupiny pro podniková řešení
společnosti Intel, budou v oblasti desktopů prvními přídavnými zařízeními
podporujícími PCI Express pravděpodobně grafické čipy, protože standard
sběrnice AGP (Accelerated Graphics Port) již vyčerpal své možnosti. "Veškerý
vývoj grafických technologií, který následoval po zavedení standardu AGP 8x, je
již založen na technologii PCI Express," říká Pappas a dodává, že první
grafické produkty se na trhu objeví počátkem příštího roku.
Přestože výrobci spatřují v posunu směrem k využívání sériových I/O technologií
nevyhnutelný vývoj, vyhlídky PCI Express jsou v krátkodobém horizontu mimo
oblast high-endové grafiky spíše nejasné. Manažeři IT tvrdí, že PC zatím tak
velkou šířku pásma nepotřebují. "Běžní uživatelé často plně nevyužívají ani
současných možností svých počítačů," potvrzuje Scott Newton, ředitel IT
oddělení společnosti Otis Spunkmeyer.
PCI Express představuje významný technologický posun také v tom smyslu, že její
fyzická rozhraní, mezi něž patří rozšiřující sloty, nový formát PC karet (s
kódovým označením Newcard) a Mini PCI Express sloty, nebudou zpětně
kompatibilní se stávajícími PCI zařízeními.

X, nebo Express?
V oblasti serverových řešení, kde jsou na přenosovou kapacitu kladeny mnohem
větší nároky, čelí PCI Express konkurenci v podobě zdokonalených verzí PCI
standardu včetně připravované nové verze PCI-X 2.0 podporující rychlost až 2
GB/s, která by se v serverech měla začít objevovat ještě koncem tohoto roku.
Výrobci se však stále ještě neshodli na tom, zda kvůli zpětné kompatibilitě (se
staršími komponentami) pokračovat s PCI-X, nebo rovnou přejít na PCI Express.
"V období let 2004 až 2005 se budeme soustředit především na podporu standardu
PCI-X 2.0. Tato verze nabízí vyšší výkon, navíc ale zajišťuje i zpětnou
kompatibilitu, což se odrazí v ochraně investic zákazníků," říká David Heisey,
technologický manažer společnosti Hewlett-Packard. Také Tom Bradicich, ředitel
technologického vývoje serverové řady xSeries ve společnosti IBM, potvrzuje, že
současné specifikace PCI "neberou v dostatečné míře v úvahu požadavky kladené
na servery ve firemním prostředí."
Oproti tomu společnost Dell Computer se podle ředitele vývoje serverové
architektury Jimmiho Pikea chystá od podpory PCI-X verze 2.0 upustit. "Všichni
se shodují na tom, že systémy založené na PCI-X 2.0 budou mít relativně krátkou
životnost," říká Pike. "Z hlediska ochrany investic je tedy lepší vsadit na PCI
Express."
Toto dilema rozhodnou výrobci čipových sad, protože interní použití PCI Express
zjednodušuje nasazení technologie pro externí I/O zařízení.
"Dodavatelé čipových sad budou také patřit mezi ty, kdo bude mít klíčový vliv
na to, zda, resp. kdy se PCI Express začne objevovat v počítačových systémech,"
předpovídá Tom Bradicich. V segmentu desktopových počítačů má v tomto směru
dominantní postavení společnost Intel. V oblasti serverů má významný podíl na
trhu společnost ServerWorks, a ta má podle ředitele marketingu její dceřiné
firmy Broadcom Virkama Karvata v plánu soustředit se na čipové sady s podporou
PCI-X 2.0. Karvat očekává, že se PCI Express začne v serverech objevovat na
trhu nejdříve v roce 2005, tedy v době, kdy se tuto technologii chystá ve své
serverové řadě xSeries zavést společnost IBM. I tak se dá očekávat pro
nejbližší dobu, že standardní PCI z počítačů a serverů jen tak nezmizí.

Možnosti pro PCI Express
Zatímco jsou rychlejší verze PCI na serverech již běžnou záležitostí, většina
výrobců PC stále zůstává u původního standardu, protože kromě grafiky dosud I/O
komunikace nebyla považována za úzké hrdlo.
"Jakmile budou uživatelé potřebovat vyšší přenosovou kapacitu, PCI Express by
se mohla ujmout, neboť dominantní postavení v oblasti výroby PC čipsetů dává
Intelu možnost prosadit tuto technologii do většiny desktopových počítačů,"
domnívá se Bert McComas, analytik společnosti pro průzkum trhu InQuest Market
Research. "Jelikož je přímo součástí základní desky, výrobci k ní prostě
připojí jeden, dva nebo tři sloty," říká McComas.
Také Chuck Stancil, člen technické skupiny pro vývoj systémů osobních počítačů
ve společnosti Hewlett-Packard se také domnívá, že počítače typu PC časem
přejdou na PCI Express. Otázkou pouze zůstává, kdy k tomu dojde. Pevnou pozici
si PCI Express dobude v roce 2004, kdy v PC počítačích definitivně nahradí
grafický slot AGP, a umožní tak provoz náročných grafických aplikací z
high-endové i herní oblasti či streaming videa. Využití technologie pro
běžnější I/O operace však může být i tehdy ještě daleko.

Pomalý nástup
Nathan Brockwood, analytik společnosti Insight64 předpovídá, že nové, na vysoký
výkon I/O náročné aplikace se objeví teprve tehdy, až budou mít systémy
odpovídající vybavení, aby jej tyto aplikace mohly plně využívat. Jedna taková
aplikace, resp. technologie již existuje. "Gigabit Ethernet opravdu dokáže PCI
sběrnici plně vytížit," říká Brockwood. "Výrobci se s tím snaží nějak
vypořádat, a přicházejí proto s různými nezvyklými, účelově uzpůsobenými
řešeními." Předseda PCI-SIG Tony Pierce se domnívá, že během roku či roku a půl
se Gigabit Ethernet stane standardem pro desktopové systémy, což by mohlo
značně urychlit i přijetí PCI Express.
Zavádění této technologie však bude postupné a pomalé. "Neexistuje přesvědčivý
důvod, proč bychom měli nahrazovat tradiční PCI sloty, které jsou dnes skoro
zadarmo, novými sloty PCI Express," říká Stancil. Přestože výrobci tvrdí, že
nasazení PCI Express bude nakonec levnější (než PCI), zpočátku, tedy v době
přechodu z jednoho standardu na druhý, bude třeba navrhovat taková řešení,
která budou podporovat jak PCI, tak PCI Express. Tyto "hybridní" počítače pak
budou pravděpodobně dražší. Pokud se tedy neobjeví závažný důvod, mohly by
problémy s komplexností, kompatibilitou a náklady mnoho firem odradit.

Přenosová kapacita PCI v číslech
Jelikož je PCI Express sériovou technologií, konstrukční návrháři obvykle
popisují její šířku pásma v bitech za sekundu. Naproti tomu designéři tradiční
PCI obvykle uvádějí hodnoty v bajtech za sekundu. Ovšem ani po přepočtu bitů na
bajty nejsou výsledná čísla přímo srovnatelná, protože každá z těchto
technologií přenáší data jiným způsobem.
V případě PCI Express jsou data přenášena po dvojici vodičů při základní
rychlosti přenosového signálu (signaling rate) 2,5 Gb/s ovšem pouze v jednom
směru. "Dráha" (kanál) sběrnice PCI Express pro plný duplexní (obousměrný)
přenos sestává ze čtyř vodičů, čímž je dosaženo celkové šířky pásma 5 Gb/s.
Zatímco PCI-X 2.0 získává dodatečnou přenosovou kapacitou zvýšením taktovací
frekvence na dvojnásobek (Double Data Rate, DDR) až čtyřnásobek (Quad Data
Rate, QDR), v případě PCI Express slotu dosahují designéři zvýšení šířky pásma
přidáním kanálů. Rychlostní rozpětí se tak pohybuje od 2,5/5 Gb/s s případě
"jednoduchého" neboli 1x propojení (tedy s jediným kanálem) až do 8/16 Gb/s u
provedení 32x. Zpočátku se očekává, že se propustnost rozšiřujících slotů bude
pohybovat od 1x do 4x u počítačů typu PC, od 4x do 8x u serverů a dosáhne až
16x rychlosti u grafických karet.
Takže zatímco PCI-X 2.0 podporuje přenos rychlostí až 2 GB/s v kterémkoliv
směru, 4x PCI Express slot podporuje rychlost 2 GB/s, což však znamená pouze 1
GB/s jednosměrného přenosu. Pokud vezmeme v úvahu, že častou vlastností I/O
operací je jednosměrnost (příkladem mohou být např. read-only přístupy do
sériově připojeného diskového pole), pak by srovnatelné PCI Express zařízení
muselo disponovat 8x rychlostí.

Tvar věcí, které přicházejí
Jeden ze skutečně zajímavých aspektů týkajících se sběrnice PCI Express spočívá
ve flexibilitě, kterou tato technologie nabízí výrobcům při konstrukčním
provedení skříně počítače. Méně obvodů na základní desce, maximální délka 1x
PCI Express slotu cca 76 mm a šířka Newcard konektorů 33 mm (ty nahradí
stávající PC Card sloty), umožní výrobcům experimentovat s netradičními modely
provedení kompaktních PC, u nichž mohou opustit tradiční pravoúhlý model bez
omezení rozšiřitelnosti.
Podle Chucka Stancila ze společnosti Hewlett-Packard by se z hlediska místa
úsporné Newcard sloty mohly stát běžnou výbavou PC počítačů, protože jejich
integrace je levnější než v případě současných PC Card slotů, které dosud našly
své uplatnění zejména v laptopech.
Výrobci navíc tvrdí, že změnami nemusí projít jen tvar počítačů. Samotný
počítač by se v budoucnu mohl "rozložit" na několik samostatných systémů, což
by umožnilo umístit části generující hluk a teplo mimo bezprostřední blízkost
uživatele, zatímco monitor, klávesnice, myš a jednotky výměnných paměťových
médií by zůstaly na jeho pracovní ploše. "Sériová I/O technologie přináší
potenciální možnost realizace konceptu dělených systémů (split-systems)," říká
předseda PCI-SIG Tony Pierce.
Společnost HP nedávno představila nový prototyp počítače vyvinutý ve spolupráci
se společností Microsoft pod názvem Athens PC. Podle Chucka Stancila společnost
HP již také uvažuje o podobných typech designu založených na technologii PCI
Express. A HP není jediným výrobcem, který se chystá experimentovat. Brian
Zucker, který je "technologickým misionářem" ve společnosti Dell, se rovněž
zmiňuje o tom, že si designéři této firmy s podobnými návrhy již pohrávají.









Komentáře
K tomuto článku není připojena žádná diskuze, nebo byla zakázána.