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带动PC前进的新总线,PCI Express总线普及化超乎想像

PCI Express是目前最新的高速序列连线技术之一,在短期内将会无所不在。由于PCI Express承继全球相当普遍的PCI资料汇流排,因此这项技术具有快速带动PC以及週边配备市场的威力和重大意义,因而受到相当的重视。 

PCI Express与PCI、PCI-X不同的是,PCI Express采用速度更快与更简易装置的序列技术,以达到高效能内连结所需的频宽。更有趣的是,PCI Express因各式各样的需求的关係,足跡已遍佈在各种应用系统和市场中。 

 

PCI Express带动PC元件演进 

 

PCI Express优异的效能带来的优势如下: 

 

.序列技术可提供具扩充性的效能。 

 

.每个元件具备专属的点对点连结,有别于PCI采用共用汇流排。 

 

.高频宽:最高理论值为每秒0.5至0.8 Gb的频宽,并提供多种组态选项。 

 

.具备与目前驱动程式及软体的回溯相容性。 

 

.采小型连接器,建构比较容易且节省成本。 

 

进阶功能包括: 

 

.先进的电源管理 

 

.支援即时资料流量 

 

.热插拔以及热抽换功能 

 

.资料完整性与错误校正功能 

 

由于具备以上多种功能,PCI Express将可带动PC介面的演进。尤其现在的终端用户愈来愈注重频宽,PCI Express更能提供极具吸引力的解决方案。PCI Express和USB、SATA一样,不再采用宽广的平行汇流排,而改用精简、快速的序列汇流排。这样可以减少背板上的线材或连接线材的数量,因此可降低EMI、节省成本和空间,而且PCI Express和目前的PC架构能够回溯相容,因此不必重新设计系统,便可改采用PCI Express平台的实体系统网路架构。有鉴于PCI Express可大幅提高效能,以及具备回溯相容的特性,这套技术未来可望达到广泛的普遍性。PCI Express将会取代目前使用PCI技术之处,而且应用范围会更为广泛。由于目前PCI Express规格具备回溯相容性,因此PCI元件需要升级或重新设计时,将可由PCI Express直接取代。另外,因PCI Express可提供更高的频宽,因此能打开全新的市场与应用领域。目前这套技术共有5主要的建构格式: 

 

.和Low-profile的介面卡:适用于桌上型电脑、工作站与伺服器。 

 

.迷你介面卡(Mini Card):适用于笔记型电脑。 

 

.ExpressCard:适用于可携式电脑以及桌上型电脑。 

 

.不同分割元件之间的线材连接。 

 

.主机板上芯片与芯片间的连结。 

 

目前标准型以及Low-profile的PCI介面卡应用于伺服器、工作站与桌上型电脑。PCI Express同样也制定了标准型与Low-profile的介面卡格式,可以取代原先的PCI介面卡,而且这些PCI Express介面卡的大小大约与PCI介面卡相当。 

 

Mini Card与ExpressCard主要是为行动应用而设计,PCI Express Mini Card可以取代行之有年的PCI Mini Card,例如目前大多数笔记型电脑内建的802.11规格,就是采用PCI Mini Card。相较之下,PCI Express Mini Card内建一个x1 PCI Express的通道传输、USB 2.0连线、以及使用在装置管理方面的SMBus连结。除了PCI Mini Card转换成PCI Express Mini Card之外,ExpressCard尺寸外型也有类似技术转移的趋势。事实上,ExpressCard尺寸外型的转移乃是源于PCMCIA卡,而PCMICIA卡也是行动应用普遍使用的插卡格式。另外,PCI Express的ExpressCard同样也具备一个x1通道传输、USB 2.0连线以及SMBus。如图1所示,PCI Express提供两种尺寸外型的介面卡。 

 

目前PCI SIG也积极拟定一套PCI Express线材规格,一旦规格完成,将可利用PCI Express高速资料传输率及低接脚数的连接器,以进行元件之间的连结。 

 

显而易见的,PCI Express在技术层面而言具备广为接受的条件。然而有趣的问题是究竟会应用在哪里?哪些应用系统能发挥最大的效益?原因为何?以下我们将针对PCI Express的应用领域加以说明。 

 

多样化的应用领域 

 

还记得您的第一台PC吗?当你想要加装数据机或是序列埠时,必须先插入一片新的介面卡,然后设定半打Jumper开关,以配合config.sys档案的设定。然而,现在时代不同了,大部分的PC用户从未打开过PC的机壳,而且主机板都已内建音效卡、绘图卡、SATA、乙太网路和USB功能。儘管如此,还是有些功能PC本身并未提供,或是内建的功能不够强,因此造就了未来PCI Express插卡市场的商机。以下我们将逐一探讨下列各种应用以及PCI Express和ExpressCard如何运用在这些应用上: 

 

.显示卡 

 

.无线区域网路 

 

.储存装置 

 

.传统介面(序列与平行埠) 

 

.影像采集 

 

.Firewire / 1394介面 

 

.USB主机端 

 

.南桥芯片组的其他用途选项 

 

PCI Express频宽提供显示卡需求 

 

显示卡未来将佔插卡市场的最大宗。PC游戏玩家会希望他们的系统能提供更逼真的影像与著色效果,而绘图卡厂商也迫不及待希望以可媲美廉价PC的价格推出玩家们渴求的PC系统! 

 

由于视讯加速技术市场是PC产业中成长最快速的市场区间之ㄧ,因此厂商也迫切的希望能加快高阶视讯产品上市的时间。目前标准画质的影像卡可提供的资料传输率只有每秒27Mb的速度,由于产业界十分期待另一个更优异之视讯标准的出现,因此PCI Express的频宽恰好适合这类型的应用。 

 

串起无线区域网路连结 

 

另一个相当大的插卡市场将会是笔记型电脑使用者所需的无线区域网路功能。虽然目前大多数笔记型电脑都已内建无线网卡,但无线网路标准的发展速度太快,以致于基本平台无法跟进,所以通常还是以Compact-PCI卡的形式,插在笔记型电脑的底部。此外,最便宜的笔记型电脑为了节省成本,通常会省略无线网卡模组。即使电脑本身已具备无线网卡,还是有很多用户希望能升级到最新的无线网路标准。虽然802.11n标准规格即将问世,但是大多数笔记型电脑内建的无线网卡,还停留在逐渐转换到802.11g的阶段。 

 

桌上型电脑的无线网路卡也是另一个相当庞大的潜在市场,很多用户将无线网路连上DSL或Cable Modem,理由相当简单─,使用无线网路后就不必在家里佈设CAT-5网路线。尤其对许多在外租房子的电脑用户,无线网路是连接不同房间内的电脑之唯一方法。但是在桌上型电脑市场上存在的唯一问题就是,究竟用户愿不愿意打开PC来安装网卡;或是这个市场最终会被USB装置所主导? 

 

填补储存功能不足 

 

目前内建于PC主机板的SATA(序列ATA)或PATA(平行ATA)等各种介面,已经可以满足大多数的内部储存装置需求。而相当普遍的USB-ATA桥接芯片,可以满足大多数外接储存装置的需求。然而,仍然有些使用者希望透过ExpressCard将Memory Stick或MMC记忆卡装置加装在电脑里。此外,USB汇流排的频宽也不足以供应16x DVD烧录器使用,未来的储存市场将会被新型介面取而代之。目前仍有PCI Express、SATA与1394这三种实际方案可填补这个市场区间。 

 

传统介面之转换 

 

许多使用者仍运用著较为老旧的序列或平行埠周边配备,但这些配备却无法轻易替换,因此现在的PC厂商愈来愈不愿意耗费成本和空间在这类週边配备上。然而,使用序列介面EEPROM编程器的工程师,或是使用并列式列印埠雷射印表机的商人,都是同样不愿意替换这些昂贵的週边配备。显然的,其解决之道是透过选购附加卡的方式将新的功能加入装置或笔记型电脑扩充底座中。 

 

增加影像采集并降低延迟 

 

随著PC愈来愈普及,其触角由工作场所延伸到家庭,然后再到客厅,因此视讯采集的需求也愈来愈高。目前在市面上已有PCI及USB装置的产品来满足这方面的需求,但视讯传输对频宽的需求永远是有增无减,因为在采集装置与目的磁碟或记忆卡之间的视讯传输,如果可以增加频宽和降低延迟的情况下,由于所需的记忆体较少,所以可以减低采集装置的成本。同时采集装置还可使用更高的画质同时录下更多的频道。另一方面,改用PCIe规格之后,影像压缩的例行工作也可轻而易举的转移到Pentium处理器来处理。 

 

1394介面发挥更高效能 

 

1394几乎已成为数位摄录机与电脑之间的标准介面,然而它郤不是是桌上型或笔记型电脑的标准介面。目前市场已经逐渐开始回应这项需求,至少已有一家芯片厂商宣布将特别为1394介面开发一款适用于PCI Express的芯片。由此实例可得知PCI Express不但能满足技术需求,还可回应业界不断升级与更新的愿望。1394b比标准的PCI或USB介面的速度更快,所以将可有助于PCI Express发挥更高的效能。 

 

南桥芯片组开发需求 

 

最后,我们探讨的PCI Express插卡应用与前面所探讨的各种应用截然不同。目前的PC芯片组分为两大装置:北桥芯片组,也称为记忆体控制器集线器(MCH),负责控制CPU、记忆体、以及一个供显示卡使用之x16 PCIe通道传输的Root埠。南桥芯片组也称为I/O集线控制器集线器(ICH),透过一个专属电子介面连接到北桥芯片组。 

 

虽然北桥芯片组的x16 PCIe连结是设计给显示卡使用,但也可做为其他用途。这个x16连结的速度,事实上比南桥、北桥芯片之间的专属连结更快,因此如果能开发一套可连接到Intel或AMD系统的通用南桥产品,这样的方案可能更为实际。另一方面,若能开发一款低价位PC,其中不再包含6、7百个接脚的南桥芯片,而是改用一个PCI Express交换器搭配多款较小型的週边装置,这样的组合也是相当合理的。 

 

PCI Express最佳设计即将现身 

 

有鉴于PCI Express广大的应用范畴,因此芯片製造商无不极尽所能,开发出可适用于各种市场的产品。但系统设计人员及工程师,必须确切了解终端用户对速度与效能升级的需求,并做好技术转移的準备。 

 

相较于最近几年来其他技术标准的升级,PCI Express的做法有所不同;PCI Express认真考虑到软硬体轻松升级的重要性,这样的方式有助于新标准的普及化。现在真正的问题是,谁将会最先研发出PCI Express的最佳设计方式以惠及广大的消费大众,并晋升为下一位电脑界的富豪!

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