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[图]PCI Express以太网-Intel 白皮书(1)
2007-11-05   爱森科技(服务器专家)

PCI Express以太网------Intel 白皮书(1)

沈阳爱森科技有限公司 024-31321500

PCI Express*是全新第三代输入/输出(I/O)标准,与旧式外设组件互连(PCI)和外设组件互连扩展(PCI-X)台式机和服务器插槽相比,可提供更为优秀的以太网性能。PCI Express的卓越性能来源于它更快的串行总线架构。该架构可提供一个专用的输入/输出(I/O),时钟频率高达2.5 GHz,而外设组件互连扩展(PCI-X)的并行总线频率仅为133 MHz。该白皮书概括了新型PCI Express总线架构的特点,以及它为台式机、工作站和服务器带来的网络连接性能飞跃。

摘要 随着网络流量的不断提高,外设组件互连(PCI)和第二代外设组件互连扩展(PCI-X)的并行多点架构的瓶颈越来越突出。新近推出的PCI Express*架构具有更高的性能,可以突破此类瓶颈的限制。PCI Express架构采用串行输入/输出(I/O)结构,时钟频率高达2.5GHz。与以前的输入/输出(I/O)架构相比,PCI Express具有更好的可扩展性,可提供更高的带宽。此白皮书概述了新型PCI Express总线架构的特点,以及它为台式机、工作站和服务器带来的以太网连接性能飞跃。

引言 在过去的几年里,电脑和网络服务器一直采用陈旧的第一代PCI标准,以及第二代PCI-X标准,作为输入/输出(I/O)架构。虽然今后几年中,PCI和PCI-X仍会得到应用,但其实用性将会逐渐消失。原因很简单,PCI和PCI-X在带宽和可扩展性方面存在诸多局限,无法满足现今的计算和网络需求。显卡便是PCI局限性的绝好示例。图形计算需求从640x480分辨率(单色)上升至1024x768分辨率(真彩色)后,带宽不足问题便突显出来。因此,目前的显卡普遍采用专用的I/O总线,这样才能满足高分辨率动画图形(包括全屏视频)的带宽和延迟要求。 现在,在企业网络中,尤其是那些过渡至千兆位以太网的企业网络中,PCI带宽不足和延迟瓶颈也已突显出来。多处理器服务器的出现对I/O带宽提出了更高的要求。第三代PCI I/O构架及时地满足了这一需求。第三代PCI I/O构架曾被称为第三代I/O,现在是指PCI Express*或PCIe*。PCI Express提供了专用的I/O,以及更高的可扩展带宽,可在各种应用领域中使用,其中包括网络连接领域。英特尔积极倡导PCI Express标准的普及,并推出了英特尔.PRO系列网卡。英特尔推出的全新PCI Express网卡采用无铅技术生产,完全符合有害物质限用指令(RoHS);并且可以为配备PCI Express插槽的台式机和服务器提供铜线和光纤千兆位以太网连接。此白皮书通过比较PCI Express、PCI和PCI-X的网络连接性能,论述了PCI Express所具有的优势;同时,还描述了英特尔.PRO网卡所具有的独特优势。

PCI、PCI-X、PCI Express* — 自然演进

PCI到PCI-X再到PCI Express的演进是一个由带宽需求上升而引起的自然演进过程。图1展示了此次演进过程中,每针脚带宽(BW/pin)的提高情况,带宽单位为每秒兆字节(MB/s)。如图1所示,PCI Express具有两大优势:带宽大幅提升;针脚数量明显减少。因此,PCI的速度更快,占用的空间更小。

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对于网络而言, 提高带宽具有非常重要的意义。PCI Express借助高速串行总线,提供专用的I/O带宽;网卡可利用此PCI Express I/O获得更高的带宽。这就意味着,数据包可以最高线速传输,并可以大大缩短服务器等待客户机反应的时间,更快的完成事务处理。因此,连接时间缩短后,服务器便可以服务更多的客户机。相反,PCI和PCI-X采用共享多点并行总线架构。共享总线的设备越多,每个设备可用的总线带宽越少。图2对此做出了进一步的分析。此图展示了PCI-X多点结构。同样,当多个设备共享总线时,PCI-X将降低“始终频率”,与总线中最慢的设备保持相同的速度。在快速以太网时代(100 Mbps网络),PCI-X总线速率和总线共享可能不是一个很突出的问题。但是,过渡至千兆位以太网(1000 Mbps)后,以太网会消耗服务器中的大部分PCI-X总线带宽资源,从而严重影响了PCI-X的性能。对于过渡至千兆位以太网的台式机同样如此,PCI插槽无法提供足够的带宽(比服务器的带宽更小),难以支持千兆位以太网的性能。在PCI总线(通常在台式机中使用)中,单个未共享PCI总线连接的带宽是1 Gbps(32 bits x 33 MHz)。即使没有其它PCI设备共享总线,带宽也不足以为台式机提供最佳的千兆位以太网性能(数据和传输开销)。PCI-X通常应用在服务器中。每个PCI-X插槽(没有总线共享)的带宽是8 Gbps;但是,当总线中的插槽和设备数量增加时,有限的总线资源会被多个设备共享,于是带宽(数值)就会相应的下降,如图2所示。

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另一方面,PCI Express的通道数有所增加,带宽也会随之提升。其最小未编码双向带宽是4 Gbps;在16通道的PCIExpress连接中,其专用I/O带宽高达64 Gbps。

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