PCIe Gen5 PCIe Gen4 PCI-SIG Intel Synopsys

延長訊號距離 Retimer將成PCIe Gen4/5標準配套

2019-10-31
隨著印刷電路板上傳輸的電子訊號速度越來越快,訊號衰減的問題也變得更為嚴重。以PCIe Gen4為例,在一般的印刷電路上,訊號傳輸距離通常只能達到15英吋,若是採用PCIe Gen5,訊號傳輸距離更會縮短到10英吋以內。能有效延長PCIe訊號傳輸距離的重定時器(Retimer),將成為未來伺服器、高速網路交換設備主機板上常見的配套方案。

日前台灣印刷電路板業界的年度盛會--TPCA Show期間,伺服器ODM大廠緯穎的研發團隊就以「PCB在次世代資料中心所面臨的挑戰」為題,詳細分析了高速訊號在PCB上所遭遇到的問題。根據緯穎的經驗,在現有的PCB板材上,PCIe Gen4訊號的傳輸距離頂多只能達到15英吋,如果是PCIe Gen5,傳輸距離則會進一步縮減到10英吋以內。

這已經是使用Megtron-6、甚至還在發展中的Megtron-7板材所能達到的最遠距離,姑且不論其成本為現有PCB板材的數倍以上,這樣的訊號距離還是遠不及伺服器設計的需求。因此,緯穎的研發團隊還在評估其他具可行性的方案,例如改用同軸電纜,或是在訊號傳輸路徑上增加Retimer來延長PCIe訊號的傳輸距離。

在今年度的PCI-SIG開發者論壇台北場,身為PCIe Retimer標準重要貢獻者的Astera Labs也參與了此次論壇,並與英特爾(Intel)、新思(Synopsys)聯手展示了一個PCIe Gen5的傳輸系統,其線路長度遠超過10英吋,吸引不少與會者的關注。

Astera Labs業務長Sanjay Gajendra(圖1)表示,由於PCIe Gen4/Gen5的速度非常快,因此其訊號傳輸距離也變得極短。為延長訊號傳輸距離,除了使用高速PCB板材之外,在訊號路徑上添加主動元件,將訊號重新整理後再傳輸到目的地,也是一個可行的辦法,而且這種做法往往比採用昂貴的高速板材或同軸電纜來得更具成本優勢。

圖1 Astera Labs業務長Sanjay Gajendra手上的Retimer晶片,是延長PCIe Gen4/Gen5訊號距離的重要解決方案。

這裡所指的主動元件,就是Astera Labs目前的主力產品--Retimer。Retimer跟一般常見的訊號放大器(Amp)不同,放大器不具備訊號清理功能,只會把收到的訊號放大後再傳輸出去,這意味著放大器輸出的訊號,其實是耦合了各種雜訊後的PCIe訊號。Retimer則是帶有數位訊號處理(DSP)能力的高速串列/解串列(SERDES),即便收到的PCIe訊號已經與雜訊耦合,Retimer還是能藉由DSP功能重建乾淨的PCIe訊號,並發送該訊號的副本到目的地。

Gajendra認為,在各種使用PCIe Gen4/Gen5實現內部互聯的系統中,Retimer某種程度上將會成為標準配備,特別是在伺服器、高速網路交換設備這類主機板面積很大,實體訊號路徑上又有大量連接器的系統中,Retimer可以用非常實惠的成本達到延長訊號距離的目標。

不過,也因為Retimer是主動元件,因此業界在評估Retimer元件時,必須把Retimer本身的功耗、Retimer所造成的訊號延遲也列入考量。而在低功耗跟低延遲方面,Gajendra認為,這正是該公司最有自信的地方。相較於其他同業提出的解決方案,Astera Labs的Retimer在功耗上只有其50%,訊號延遲表現也更為優異。

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