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PCLe接口傳輸速率發展給FFC排線的啟迪
- 作者: 阿勇
- 來源: 鑫美特FFC/FPC
- 日期 : 2023-07-20
PCle接口是一種高速串行擴展的總線接口，用于連接計算機的各種硬件組件和擴展卡，具有特殊用途與優點。
（1）擴展槽連接：PCLe接口主要用于連接各種擴展卡，比如圖形卡（顯卡）、聲卡、網卡、硬盤控制器卡等，提供了高帶寬及高速傳輸能力，使得這些擴展卡與計算機系統快速通信和數據傳輸。
（2）高速傳輸：PCLe接口采用串行數據傳輸，可以提供比傳統的PCL接口跟高的數據吞吐量，使得連接的硬件組件可以更快的傳輸數據。
（3）并行數據通道：PCLe接口支持多個獨立的通道，每個通道都具有獨立的數據傳輸帶寬。也就是說多個設備可以同時進行數據傳輸，而不會相互干擾。
（4）熱插拔功能：支持熱插拔功能，允許用戶在計算機運行時插拔PCLe設備，而無需重新啟動計算機。這就更方便更換或升級硬件組件。
（5）多功能適應性：PCLe接口支持不同的插槽大小和配置，以適應不同類型和尺寸的擴展卡。它提供了x1、x4、x8、x16等不同的通道寬度選項，以滿足不同設備的需求。
知曉了PCLe接口的特殊用途及優點，PCLe是串行總線，接下來我們重點談談它傳輸速率如何在近些年高速傳輸發展的以及帶寬的擴展進程是如何發展的：
PCLe1.0線纜
PCLe1.0傳輸速率為2.5Gb/s，物理層使用8/10編碼，即8比特的數據，實際在物理線路上是需要傳輸10比特的。由此可知：PCLe1.0*1的帶寬=（2.5Gb/s）/10bit=250MB/s。這是單條Lane的帶寬，有幾條Lane，那么整個帶寬就是250MB乘以Lane的數目。
PCLe2.0線纜
PCLe2.0線纜比特傳輸速率在PCLe1.0的基礎上翻了一倍，為5Gb/s，物理層同樣使用8/10編碼，因此：PCLe2.0*1的帶寬=（5Gb/s）/10bit=500MB/s，同樣，有多少條Lane，帶寬就是500MB/s乘以Lane的數目。
PCLe3.0*線纜
PCLe3.0*線纜上比特傳輸速率沒有在PCLe2.0的基礎上翻倍，不是10Gb/s，而是5Gb/s，但是物理層使用的是128/130編碼進行數據傳輸，所以：
PCLe3.0*1的帶寬=（8Gb/s）/8bit=1GB/s，同樣，有多少條Lane，帶寬就是1GB/s乘以Lane的數目。由于采用了128/130編碼，128比特的數據，只是額外增加2bit的開銷，有效數據傳輸比率增大，雖然線上比特傳輸沒有翻倍，但有效數據帶寬還是在PCLe2.0的基礎上做到翻倍。這里強調一下，上面算出的數據帶寬已經考慮到8/10或者128/130編碼，我們在算帶寬的時候，沒有必要在考慮線上編碼的問題。
與SATA單通道不同， PCLe連接可以通過增加通道數擴展帶寬，彈性十足。通道數越多，速度越快。但是，通道數越多，成本就越高，占用更多空間，更耗電。因此，使用多少通道，應該在性能和其他因素之間進行一個綜合考慮。
其實，PCLe就是從 PCL發展過來的， PCLe的“e”是express的簡稱，就是快的意思。PCLe為什么比PCL快呢，因為在PCLe在物理傳輸上，跟PCL有著截然的區別。PCL使用是并口傳輸數據，PCLe使用是串口傳輸。PCL并行總線，單個時鐘周期可以傳輸32bit或者64bit，怎么就比單個時鐘周期傳輸1個bit數據的串行總線反而慢呢？原理是這樣的，在實際時鐘頻率比較低的情況下，并口因為可以同時傳輸若干比特，速率確實比串口快。但是隨著技術的發展，數據傳輸速率要求越來越快，要求時鐘頻率也越來越快，可是，并行總線的時鐘頻率不是你想快就能快的額，以圖示說明。
在發送端，數據在某個時鐘沿傳出去（左邊始終第一個上升沿），在接收端，數據在下個時鐘沿（右邊第二個上升沿）接受。因此，想要接收端能正確采集到數據，要求時鐘的周期必須大于數據的傳輸時間（從發送端要接受端）。受限于數據傳輸時間（該時間隨著傳輸線長度的增加而增加），因此時鐘頻率不能做的太高。此外，時鐘信號在線上傳輸的時候，也會存在相位位移（clock skew），影響接收端的數據采集。
而在PCLe中采用的是串行總線進行數據傳輸，不存在上述這些問題。串行傳輸沒有外部時鐘信號，它的時鐘信息通過8/10編碼或128/130編碼嵌入數據流，接受端可以從數據流里面恢復時鐘信息，因此，它不受數據在線上的傳輸時間的限制，導線的長度及傳輸頻率都影響不到傳輸速度，因為沒有外部的時鐘信號，自然就沒有所謂的clock skew問題存在。
隨著PCLe接口傳輸高速發展，我們FFC排線生產廠家在進行ffc/fpc線纜生產時，要跟隨趨勢，提高ffc排線過高頻信號的能力，做到低衰減，低損耗傳輸能力。可以這么說，每一種接口傳輸的迭代更新，對包括ffc排線廠家在內的所有線纜廠家都提出了更高的考驗，我們必須考慮能否才有更優質的材料，更好的工藝來適應傳輸速率高速發展的傳輸趨勢。
（1）擴展槽連接：PCLe接口主要用于連接各種擴展卡，比如圖形卡（顯卡）、聲卡、網卡、硬盤控制器卡等，提供了高帶寬及高速傳輸能力，使得這些擴展卡與計算機系統快速通信和數據傳輸。
（2）高速傳輸：PCLe接口采用串行數據傳輸，可以提供比傳統的PCL接口跟高的數據吞吐量，使得連接的硬件組件可以更快的傳輸數據。
（3）并行數據通道：PCLe接口支持多個獨立的通道，每個通道都具有獨立的數據傳輸帶寬。也就是說多個設備可以同時進行數據傳輸，而不會相互干擾。
（4）熱插拔功能：支持熱插拔功能，允許用戶在計算機運行時插拔PCLe設備，而無需重新啟動計算機。這就更方便更換或升級硬件組件。
（5）多功能適應性：PCLe接口支持不同的插槽大小和配置，以適應不同類型和尺寸的擴展卡。它提供了x1、x4、x8、x16等不同的通道寬度選項，以滿足不同設備的需求。
知曉了PCLe接口的特殊用途及優點，PCLe是串行總線，接下來我們重點談談它傳輸速率如何在近些年高速傳輸發展的以及帶寬的擴展進程是如何發展的：
PCLe1.0線纜
PCLe1.0傳輸速率為2.5Gb/s，物理層使用8/10編碼，即8比特的數據，實際在物理線路上是需要傳輸10比特的。由此可知：PCLe1.0*1的帶寬=（2.5Gb/s）/10bit=250MB/s。這是單條Lane的帶寬，有幾條Lane，那么整個帶寬就是250MB乘以Lane的數目。
PCLe2.0線纜
PCLe2.0線纜比特傳輸速率在PCLe1.0的基礎上翻了一倍，為5Gb/s，物理層同樣使用8/10編碼，因此：PCLe2.0*1的帶寬=（5Gb/s）/10bit=500MB/s，同樣，有多少條Lane，帶寬就是500MB/s乘以Lane的數目。
PCLe3.0*線纜
PCLe3.0*線纜上比特傳輸速率沒有在PCLe2.0的基礎上翻倍，不是10Gb/s，而是5Gb/s，但是物理層使用的是128/130編碼進行數據傳輸，所以：
PCLe3.0*1的帶寬=（8Gb/s）/8bit=1GB/s，同樣，有多少條Lane，帶寬就是1GB/s乘以Lane的數目。由于采用了128/130編碼，128比特的數據，只是額外增加2bit的開銷，有效數據傳輸比率增大，雖然線上比特傳輸沒有翻倍，但有效數據帶寬還是在PCLe2.0的基礎上做到翻倍。這里強調一下，上面算出的數據帶寬已經考慮到8/10或者128/130編碼，我們在算帶寬的時候，沒有必要在考慮線上編碼的問題。
與SATA單通道不同， PCLe連接可以通過增加通道數擴展帶寬，彈性十足。通道數越多，速度越快。但是，通道數越多，成本就越高，占用更多空間，更耗電。因此，使用多少通道，應該在性能和其他因素之間進行一個綜合考慮。
其實，PCLe就是從 PCL發展過來的， PCLe的“e”是express的簡稱，就是快的意思。PCLe為什么比PCL快呢，因為在PCLe在物理傳輸上，跟PCL有著截然的區別。PCL使用是并口傳輸數據，PCLe使用是串口傳輸。PCL并行總線，單個時鐘周期可以傳輸32bit或者64bit，怎么就比單個時鐘周期傳輸1個bit數據的串行總線反而慢呢？原理是這樣的，在實際時鐘頻率比較低的情況下，并口因為可以同時傳輸若干比特，速率確實比串口快。但是隨著技術的發展，數據傳輸速率要求越來越快，要求時鐘頻率也越來越快，可是，并行總線的時鐘頻率不是你想快就能快的額，以圖示說明。
在發送端，數據在某個時鐘沿傳出去（左邊始終第一個上升沿），在接收端，數據在下個時鐘沿（右邊第二個上升沿）接受。因此，想要接收端能正確采集到數據，要求時鐘的周期必須大于數據的傳輸時間（從發送端要接受端）。受限于數據傳輸時間（該時間隨著傳輸線長度的增加而增加），因此時鐘頻率不能做的太高。此外，時鐘信號在線上傳輸的時候，也會存在相位位移（clock skew），影響接收端的數據采集。
而在PCLe中采用的是串行總線進行數據傳輸，不存在上述這些問題。串行傳輸沒有外部時鐘信號，它的時鐘信息通過8/10編碼或128/130編碼嵌入數據流，接受端可以從數據流里面恢復時鐘信息，因此，它不受數據在線上的傳輸時間的限制，導線的長度及傳輸頻率都影響不到傳輸速度，因為沒有外部的時鐘信號，自然就沒有所謂的clock skew問題存在。
隨著PCLe接口傳輸高速發展，我們FFC排線生產廠家在進行ffc/fpc線纜生產時，要跟隨趨勢，提高ffc排線過高頻信號的能力，做到低衰減，低損耗傳輸能力。可以這么說，每一種接口傳輸的迭代更新，對包括ffc排線廠家在內的所有線纜廠家都提出了更高的考驗，我們必須考慮能否才有更優質的材料，更好的工藝來適應傳輸速率高速發展的傳輸趨勢。
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