PCI Express以太網(wǎng)------Intel 白皮書(1)
沈陽愛森科技有限公司 024-31321500
PCI Express*是全新第三代輸入/輸出(I/O)標(biāo)準(zhǔn),與舊式外設(shè)組件互連(PCI)和外設(shè)組件互連擴(kuò)展(PCI-X)臺(tái)式機(jī)和服務(wù)器插槽相比,可提供更為優(yōu)秀的以太網(wǎng)性能。PCI Express的卓越性能來源于它更快的串行總線架構(gòu)。該架構(gòu)可提供一個(gè)專用的輸入/輸出(I/O),時(shí)鐘頻率高達(dá)2.5 GHz,而外設(shè)組件互連擴(kuò)展(PCI-X)的并行總線頻率僅為133 MHz。該白皮書概括了新型PCI Express總線架構(gòu)的特點(diǎn),以及它為臺(tái)式機(jī)、工作站和服務(wù)器帶來的網(wǎng)絡(luò)連接性能飛躍。
摘要 隨著網(wǎng)絡(luò)流量的不斷提高,外設(shè)組件互連(PCI)和第二代外設(shè)組件互連擴(kuò)展(PCI-X)的并行多點(diǎn)架構(gòu)的瓶頸越來越突出。新近推出的PCI Express*架構(gòu)具有更高的性能,可以突破此類瓶頸的限制。PCI Express架構(gòu)采用串行輸入/輸出(I/O)結(jié)構(gòu),時(shí)鐘頻率高達(dá)2.5GHz。與以前的輸入/輸出(I/O)架構(gòu)相比,PCI Express具有更好的可擴(kuò)展性,可提供更高的帶寬。此白皮書概述了新型PCI Express總線架構(gòu)的特點(diǎn),以及它為臺(tái)式機(jī)、工作站和服務(wù)器帶來的以太網(wǎng)連接性能飛躍。
引言 在過去的幾年里,電腦和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器一直采用陳舊的第一代PCI標(biāo)準(zhǔn),以及第二代PCI-X標(biāo)準(zhǔn),作為輸入/輸出(I/O)架構(gòu)。雖然今后幾年中,PCI和PCI-X仍會(huì)得到應(yīng)用,但其實(shí)用性將會(huì)逐漸消失。原因很簡(jiǎn)單,PCI和PCI-X在帶寬和可擴(kuò)展性方面存在諸多局限,無法滿足現(xiàn)今的計(jì)算和網(wǎng)絡(luò)需求。顯卡便是PCI局限性的絕好示例。圖形計(jì)算需求從640x480分辨率(單色)上升至1024x768分辨率(真彩色)后,帶寬不足問題便突顯出來。因此,目前的顯卡普遍采用專用的I/O總線,這樣才能滿足高分辨率動(dòng)畫圖形(包括全屏視頻)的帶寬和延遲要求。 現(xiàn)在,在企業(yè)網(wǎng)絡(luò)中,尤其是那些過渡至千兆位以太網(wǎng)的企業(yè)網(wǎng)絡(luò)中,PCI帶寬不足和延遲瓶頸也已突顯出來。多處理器服務(wù)器的出現(xiàn)對(duì)I/O帶寬提出了更高的要求。第三代PCI I/O構(gòu)架及時(shí)地滿足了這一需求。第三代PCI I/O構(gòu)架曾被稱為第三代I/O,現(xiàn)在是指PCI Express*或PCIe*。PCI Express提供了專用的I/O,以及更高的可擴(kuò)展帶寬,可在各種應(yīng)用領(lǐng)域中使用,其中包括網(wǎng)絡(luò)連接領(lǐng)域。英特爾積極倡導(dǎo)PCI Express標(biāo)準(zhǔn)的普及,并推出了英特爾.PRO系列網(wǎng)卡。英特爾推出的全新PCI Express網(wǎng)卡采用無鉛技術(shù)生產(chǎn),完全符合有害物質(zhì)限用指令(RoHS);并且可以為配備PCI Express插槽的臺(tái)式機(jī)和服務(wù)器提供銅線和光纖千兆位以太網(wǎng)連接。此白皮書通過比較PCI Express、PCI和PCI-X的網(wǎng)絡(luò)連接性能,論述了PCI Express所具有的優(yōu)勢(shì);同時(shí),還描述了英特爾.PRO網(wǎng)卡所具有的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。
PCI、PCI-X、PCI Express* — 自然演進(jìn)
PCI到PCI-X再到PCI Express的演進(jìn)是一個(gè)由帶寬需求上升而引起的自然演進(jìn)過程。圖1展示了此次演進(jìn)過程中,每針腳帶寬(BW/pin)的提高情況,帶寬單位為每秒兆字節(jié)(MB/s)。如圖1所示,PCI Express具有兩大優(yōu)勢(shì):帶寬大幅提升;針腳數(shù)量明顯減少。因此,PCI的速度更快,占用的空間更小。
對(duì)于網(wǎng)絡(luò)而言, 提高帶寬具有非常重要的意義。PCI Express借助高速串行總線,提供專用的I/O帶寬;網(wǎng)卡可利用此PCI Express I/O獲得更高的帶寬。這就意味著,數(shù)據(jù)包可以最高線速傳輸,并可以大大縮短服務(wù)器等待客戶機(jī)反應(yīng)的時(shí)間,更快的完成事務(wù)處理。因此,連接時(shí)間縮短后,服務(wù)器便可以服務(wù)更多的客戶機(jī)。相反,PCI和PCI-X采用共享多點(diǎn)并行總線架構(gòu)。共享總線的設(shè)備越多,每個(gè)設(shè)備可用的總線帶寬越少。圖2對(duì)此做出了進(jìn)一步的分析。此圖展示了PCI-X多點(diǎn)結(jié)構(gòu)。同樣,當(dāng)多個(gè)設(shè)備共享總線時(shí),PCI-X將降低“始終頻率”,與總線中最慢的設(shè)備保持相同的速度。在快速以太網(wǎng)時(shí)代(100 Mbps網(wǎng)絡(luò)),PCI-X總線速率和總線共享可能不是一個(gè)很突出的問題。但是,過渡至千兆位以太網(wǎng)(1000 Mbps)后,以太網(wǎng)會(huì)消耗服務(wù)器中的大部分PCI-X總線帶寬資源,從而嚴(yán)重影響了PCI-X的性能。對(duì)于過渡至千兆位以太網(wǎng)的臺(tái)式機(jī)同樣如此,PCI插槽無法提供足夠的帶寬(比服務(wù)器的帶寬更小),難以支持千兆位以太網(wǎng)的性能。在PCI總線(通常在臺(tái)式機(jī)中使用)中,單個(gè)未共享PCI總線連接的帶寬是1 Gbps(32 bits x 33 MHz)。即使沒有其它PCI設(shè)備共享總線,帶寬也不足以為臺(tái)式機(jī)提供最佳的千兆位以太網(wǎng)性能(數(shù)據(jù)和傳輸開銷)。PCI-X通常應(yīng)用在服務(wù)器中。每個(gè)PCI-X插槽(沒有總線共享)的帶寬是8 Gbps;但是,當(dāng)總線中的插槽和設(shè)備數(shù)量增加時(shí),有限的總線資源會(huì)被多個(gè)設(shè)備共享,于是帶寬(數(shù)值)就會(huì)相應(yīng)的下降,如圖2所示。
另一方面,PCI Express的通道數(shù)有所增加,帶寬也會(huì)隨之提升。其最小未編碼雙向帶寬是4 Gbps;在16通道的PCIExpress連接中,其專用I/O帶寬高達(dá)64 Gbps。