Samtec技術(shù)前沿 | 多重原因促使PCIe? 6.0采用了PAM4

來源：線束世界?作者：線束世界?2024-09-14 11:23

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摘要 / 前言?

Samtec成為PCI-SIG?社區(qū)的成員已經(jīng)有很多年了，我們非常自豪。Samtec的高級(jí)系統(tǒng)架構(gòu)師Jignesh Shah與PCI-SIG的伙伴們一起，討論了PAM4編碼，這是PCIe? 6.0規(guī)范的一個(gè)新功能。

PCIe? 6.0全新規(guī)范?

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2022年初，PCI-SIG?發(fā)布了完整版本的PCI Express?（PCIe?）6.0規(guī)范。與以前的版本一樣，最新版本將PCIe? 5.0規(guī)范的數(shù)據(jù)速率提高了一倍，并保持了向后的兼容性。

最新的PCIe? 6.0規(guī)范的主要特點(diǎn)包括：

01 ?64 GT/s數(shù)據(jù)速率，通過x16配置可達(dá)到256Gbps；

02 ?PAM4信令利用了行業(yè)中已有的PAM4；

03 輕量級(jí)的FEC和CRC減輕了與PAM4信令相關(guān)的誤碼率增加；

04 基于Flit的編碼支持PAM4調(diào)制并實(shí)現(xiàn)>2倍的帶寬增益；

05 更新了用于Flit模式的數(shù)據(jù)包布局，以提供額外功能并簡(jiǎn)化處理；

06 保持與所有前幾代PCIe技術(shù)的向后兼容性。

何為PAM4?

PAM代表脈沖振幅調(diào)制，數(shù)字4代表電平數(shù)量。大多數(shù)工程師都熟悉NRZ調(diào)制，即非歸零調(diào)制。NRZ使用兩級(jí)信號(hào)。當(dāng)Vcc~0V時(shí)，邏輯 “0”是通過的。當(dāng)Vcc~1.8/3.3/5V時(shí)，邏輯 “1”通過。每個(gè)單位間隔發(fā)送一個(gè)0或一個(gè)1，或一個(gè)bit。??所以NRZ基本上是一個(gè)PAM2。

作為改良產(chǎn)品，PAM4是一個(gè)多級(jí)的技術(shù)，使用四級(jí)信令?；旧嫌兄募?jí)信令，分別對(duì)應(yīng)Vcc~ 0V、Vcc/3、(2*Vcc)/3和Vcc。每個(gè)單位間隔發(fā)送兩個(gè)比特而不是一個(gè)。? 它發(fā)送的是0-0、0-1、1-0或1-1。下圖詳細(xì)說明了這些差異：

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一般來說，NRZ調(diào)制支持有一個(gè)“眼”的眼圖。對(duì)于PCIe? 5.0規(guī)范，“眼”有一個(gè)特定的眼高和電壓水平，這取決于定義的通道長(zhǎng)度。PAM4調(diào)制眼圖支持三個(gè) "眼"。對(duì)于PCIe? 6.0規(guī)范，每個(gè)“眼”也有一個(gè)定義的眼高和電壓水平，用于特定的信號(hào)通道。

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為什么PCIe??6.0規(guī)范采用了PAM4?

以前的PCIe規(guī)格是NRZ或PAM2。PAM4規(guī)范已被其他網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)采用，開始是56Gbps，112Gbps，未來是224Gbps。其他標(biāo)準(zhǔn)中存在PAM4的先例。?

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PAM4信令使數(shù)據(jù)速率翻倍，同時(shí)使用相應(yīng)NRZ調(diào)制原理的相同奈奎斯特頻率。例如，PCIe? 5.0架構(gòu)使用16GHz的奈奎斯特頻率。使用PAM4調(diào)制，PCIe? 6.0架構(gòu)使用相同的16GHz奈奎斯特頻率，但數(shù)據(jù)速率翻倍，達(dá)到每條鏈路64GT/s，并通過x16配置達(dá)到256Gbps的雙向帶寬。

PAM4與NRZ相比，優(yōu)勢(shì)是什么？?

PAM4減少了通道損耗，因?yàn)樗悦縐I兩個(gè)bit的一半頻率運(yùn)行。?這使得PCIe? 6.0規(guī)范的信道覆蓋范圍與PCIe? 5.0規(guī)范提供的類似。PCIe? 6.0規(guī)范中的PAM4調(diào)制甚至可能允許更少的損耗和擴(kuò)展的覆蓋范圍。

從另一個(gè)角度來看，對(duì)于相同的信號(hào)頻率，你可以將數(shù)據(jù)速率提高一倍，或者為下一代應(yīng)用增加帶寬或吞吐量。

PCIe? 6.0規(guī)范支持哪些應(yīng)用？

PAM4使PCIe? 6.0規(guī)范能夠?yàn)閿?shù)據(jù)中心、人工智能/機(jī)器學(xué)習(xí)、HPC（高性能計(jì)算）、汽車、物聯(lián)網(wǎng)和航空航天等高數(shù)據(jù)速率應(yīng)用提供所需的帶寬。?

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