Стандарт PCIe (Peripheral Component Interconnect Express) претерпел значительные изменения с момента своего появления. Ключевой вехой стал стандарт PCIe 4.0, представленный в 2017 году, спустя семь лет после PCIe 3.0. Этот новый стандарт ознаменовал собой значительный скачок в возможностях передачи данных, удвоив скорость передачи с 8 GT/s (гигатрансфер в секунду) до 16 GT/s. Это увеличение не только повысило производительность устройств, но и обеспечило полную совместимость стандарта с предыдущими поколениями, включая программные протоколы, архитектуры тактовых генераторов и механические интерфейсы.

Одним из наиболее заметных аспектов стандарта PCIe 4.0 является его стремление сохранить высокую степень совместимости с PCIe 3.0. В обоих стандартах используется одна и та же схема кодирования, а именно 128/130-битная кодировка. Такое сходство позволяет производителям использовать существующие конструкции и инфраструктуру, сводя к минимуму необходимость в масштабных переделках. Однако переход на PCIe 4.0 не обходится без проблем, особенно в части целостности сигнала при увеличении скорости передачи данных.

Поскольку устройства передают данные на более высоких частотах, они делают это по тем же каналам связи. Этот сдвиг приводит к увеличению сопротивления в электрических каналах, что может привести к таким явлениям, как вносимые потери и затухание. Влияние этих проблем становится более заметным на высоких частотах. При скорости 16 ГТ/с сигналы, связанные с PCIe 4.0, демонстрируют значительное затухание при передаче по типичным каналам FR4 – наиболее распространенного материала, используемого для изготовления печатных плат (печатных плат).
риал, используемый для изготовления печатных плат (ПП). Увеличение потерь сигнала требует дополнительных мер по тестированию, чтобы убедиться, что конструкция может надежно передавать данные на таких высоких скоростях.

В спецификацию PCIe 4.0 включена секция таймера, призванная расширить зону действия каналов и одновременно повысить сложность тестирования систем. Несмотря на эту повышенную сложность, интересно отметить, что количество тестов, необходимых для PCIe 3.0, часто превосходит количество тестов для PCIe 4.0. Это несоответствие обусловлено тем, что тестирование PCIe 3.0 должно учитывать три различных сценария работы канала: короткий, средний и длинный. В PCIe 4.0, напротив, основное внимание уделяется тестированию сценария длинного канала, что упрощает некоторые аспекты процесса тестирования и в то же время создает новые проблемы.

Спецификации PCIe 3.0 и 4.0 иногда называют спецификациями «закрытия глаз» – термин, обозначающий явление деградации сигнала во время передачи. На практике это означает, что даже при идеально работающем передатчике и минимальном джиттере помехи, возникающие в канале, могут привести к закрытию «глазка» сигнала – графического представления качества сигнала. Возможность успешной передачи сигналов PCIe 4.0 зависит от эффективности стратегии эквализации приемника, позволяющей вновь открыть этот «глаз». При соединении устройств, поддерживающих скорость 16 ГТ/с, процесс соединения включает два отдельных этапа: сначала устанавливается соединение на скорости 8 ГТ/с, а в случае успеха выполняется дополнительная фаза эквализации для достижения желаемой более высокой скорости.

Для инженеров-разработчиков и системных архитекторов понимание допустимой производительности их систем в зависимости от изменения качества сигнала имеет первостепенное значение. Характеристики сигнала на разных картах могут значительно отличаться, что приводит к увеличению потерь в канале, перекрестным помехам и несоответствиям в поведении канала.

В 2019 году стандарт PCIe 5.0 еще больше расширил свои возможности, достигнув потрясающей пропускной способности в 128 ГБ/с (гигабайт в секунду). Этот новый стандарт не только повышает общую производительность, но и значительно улучшает целостность сигнала и контроль коэффициента битовых ошибок (BER). PCIe 5.0 особенно хорошо подходит для таких востребованных приложений, как искусственный интеллект и высокопроизводительные вычисления (HPC), которые требуют быстрой и надежной передачи данных.

Важно отметить, что PCIe 5.0 сохраняет обратную совместимость с предыдущими поколениями, обеспечивая плавный переход для производителей и пользователей. Компания Intel первой интегрировала поддержку PCIe 5.0 в свои процессоры, начиная с платформы Alder Lake, продемонстрировав тем самым стремление отрасли принять и использовать этот новый стандарт.

В заключение следует отметить, что эволюция стандартов PCI Express от PCIe 3.0 до PCIe 5.0 иллюстрирует постоянное стремление к повышению производительности, улучшению целостности сигналов и усложнению передачи данных. Для инженеров и дизайнеров понимание этих изменений имеет решающее значение, особенно когда речь идет об оптимизации конструкций, в которых используются разъемы на границе карты и разъемы PCI Express. Поскольку спрос на более быструю и надежную передачу данных продолжает расти, значение стандартов PCIe будет только усиливаться, формируя будущее вычислительной техники и цифровых коммуникаций.