La norme PCIe (Peripheral Component Interconnect Express) a connu des avancées significatives depuis sa création, PCIe 4.0 étant une étape clé introduite en 2017, sept ans après PCIe 3.0. Cette nouvelle norme a marqué un saut remarquable dans les capacités de transfert de données, doublant le taux de transmission de 8 GT/s (gigatransferts par seconde) à 16 GT/s. Cette augmentation permet non seulement d’améliorer les performances des appareils, mais aussi de garantir que la norme reste entièrement compatible avec les générations précédentes, y compris les protocoles logiciels, les architectures d’horloge et les interfaces mécaniques.

L’un des aspects les plus remarquables de la norme PCIe 4.0 est son engagement à maintenir un haut degré de compatibilité avec la norme PCIe 3.0. Les deux normes utilisent le même schéma d’encodage, en particulier l’encodage 128/130 bits. Cette similitude permet aux fabricants d’exploiter les conceptions et les infrastructures existantes, minimisant ainsi la nécessité d’une refonte en profondeur. Cependant, la transition vers PCIe 4.0 n’est pas sans poser de problèmes, notamment en ce qui concerne l’intégrité du signal à mesure que les débits de données augmentent.

Les appareils transmettant des données à des fréquences plus élevées, ils le font sur les mêmes canaux de communication. Ce changement se traduit par une plus grande résistance dans les voies électriques, ce qui peut entraîner des phénomènes tels que la perte d’insertion et l’atténuation. L’impact de ces problèmes est d’autant plus prononcé que les fréquences sont élevées. À 16 GT/s, les signaux associés à PCIe 4.0 présentent une atténuation significative lorsqu’ils sont transmis sur des canaux FR4 typiques, le matériau le plus communément utilisé pour les cartes de circuits imprimés (PCB).
le plus communément utilisé pour les cartes de circuits imprimés (PCB). Cette perte de signal accrue nécessite des mesures de test supplémentaires pour garantir que les conceptions peuvent transmettre des données de manière fiable à ces vitesses plus élevées.

La spécification PCIe 4.0 comprend une section de temporisation conçue pour étendre la portée des canaux tout en augmentant la complexité des tests du système. Malgré cette complexité accrue, il est intéressant de noter que le nombre de tests requis pour PCIe 3.0 dépasse souvent celui de PCIe 4.0. Cet écart s’explique par le fait que les tests PCIe 3.0 doivent tenir compte de trois scénarios de canaux différents : court, moyen et long. En revanche, PCIe 4.0 se concentre principalement sur le test du scénario de canal long, ce qui simplifie certains aspects du processus de test tout en introduisant de nouveaux défis.

Les spécifications PCIe 3.0 et 4.0 sont parfois appelées « eye-closure », un terme qui fait référence au phénomène de dégradation du signal pendant la transmission. Concrètement, cela signifie que même avec un émetteur fonctionnant parfaitement et une gigue minimale, les interférences rencontrées dans un canal peuvent entraîner la fermeture de l’« œil » du signal – une représentation graphique de la qualité du signal. La capacité à transmettre avec succès les signaux PCIe 4.0 dépend de l’efficacité de la stratégie d’égalisation du récepteur à rouvrir cet « œil ». Lorsque des dispositifs prenant en charge 16 GT/s sont reliés, le processus de connexion comporte deux étapes distinctes : d’abord l’établissement d’une liaison à 8 GT/s et, en cas de succès, la poursuite d’une phase d’égalisation supplémentaire pour atteindre le taux supérieur souhaité.

Pour les ingénieurs concepteurs et les architectes de systèmes, il est primordial de comprendre la tolérance de performance de leurs systèmes en réponse aux variations de la qualité du signal. La performance du signal peut varier considérablement d’une carte à l’autre, entraînant des divergences qui peuvent se traduire par une augmentation de la perte de canal, de la diaphonie et des incohérences dans le comportement du canal.

En 2019, l’introduction de PCIe 5.0 a fait progresser les capacités de la norme PCIe, atteignant un débit étonnant de 128 Go/s (gigaoctets par seconde). Cette nouvelle norme permet non seulement d’améliorer les performances globales, mais aussi d’améliorer considérablement l’intégrité du signal et le contrôle du taux d’erreur binaire (BER). PCIe 5.0 est particulièrement bien adapté aux applications à forte demande, telles que l’intelligence artificielle et l’informatique à haute performance (HPC), qui nécessitent une transmission de données rapide et fiable.

Il est important de noter que PCIe 5.0 conserve une compatibilité ascendante avec les générations précédentes, ce qui garantit une transition en douceur pour les fabricants et les utilisateurs. Intel a été la première entreprise à intégrer la prise en charge de PCIe 5.0 dans ses processeurs, à commencer par la plateforme Alder Lake, ce qui témoigne de l’engagement de l’industrie à adopter et à tirer parti de cette nouvelle norme.

En conclusion, l’évolution des normes PCI Express de PCIe 3.0 à PCIe 5.0 illustre une volonté constante d’accroître les performances, d’améliorer l’intégrité des signaux et d’augmenter la complexité de la transmission des données. Pour les ingénieurs et les concepteurs, il est essentiel de comprendre ces changements, en particulier lorsqu’il s’agit d’optimiser les conceptions qui reposent sur les connecteurs de bord de carte et les connecteurs PCI Express. La demande de transmission de données plus rapides et plus fiables continuant à croître, l’importance des normes PCIe ne fera que s’accentuer pour façonner l’avenir de l’informatique et de la communication numérique.