PCI Express

PCI vs PCI Express

PCI Express (PCIe) adalah format interface dari expansion card komputer yang didesain sebagai interface yang lebih cepat untuk menggantikan interface PCI, PCI-X(PCI Extended), dan AGP pada expansion card komputer dan kartu grafis.

PCI Express awalnya dikenal dengan nama 3GIO, PCI Express(PCIe) adalah open standard yang menjadi awal kesuksesan dari PCI dan variannya untuk interkoneksi I/O pada sistem client-server. Jika pada PCI dan PCI-X yang menggunakan 32 dan 64-bit bus paralel, PCIe menggunakan teknologi serial dengan kecepatan tinggi yang seperti digunakan pada Ethernet Gigabit1, Serial ATA(SATA), dan Serial-Attached SCSI(SAS). PCIe merefleksikan kecendrungan dunia industri untuk menggantikan shared parallel bus dengan high-speed point-to-point serial buses.

Teknologi PCI Express

PCIe menyediakan scalable, high-speed, serial I/O bus dengan tetap menjaga kompatibilitas dengan aplikasi dan driver PCI standard. Arsitektur layer PCIe mendukung aplikasi dan driver PCI standard dengan menjaga kompatibilitas dengan model PCI load-store(dan flat address space)yang sudah ada.

1. PCIe didesain lebih transparan bagi pengembang software dimana sistem operasi yang didesain untuk PCI dapat di booting pada arsitektur komputer yang menggunakan PCIe tanpa harus ada modifikasi kode.

2. PCIe memiliki performa yang jauh lebih baik jika dibandingkan dengan PCI dan PCIe diakui dan sudah dipakai banyak vendor(Ati, Nvidia dengan teknologi SLI-nya).

3. PCIe adalah protokol layer yang terdiri dari Transaction Layer, Data Link Layer, dan Pysical Layer. Pysical layer dibagi menjadi dua sublayer yaitu logical sublayer dan electrical sublayer. Lebih lanjut logical sublayer dibagi lagi menjadi Pysical Coding Sublayer(PCS) dan Media Acces Control(MAC) sublayer(sesuai dengan terminologi dari IEEE802 model networking protocol).

4. Slot yang dimiliki card PCIe bervariasi sesuai dengan banyak lane yang dimiliki, PCIe card dengan slot yang lebih sedikit tetap support dengan motherboard dengan slot yang lebih banyak, tidak kebalikannya(card dengan 16 lane tidak bisa digunakan pada motherboard yang hanya memiliki 8 slot akan tetapi card dengan 8 lane bisa digunakan pada motherboard dengan 16 slot lane).

5. PCIe terdiri dari jaringan serial yang saling berhubungan(multichannal serial design) seperti gambar 1 di bawah, link terdiri atas satu atau lebih lane dan setiap lane bisa melakukan komunikasi secara full-duplex.

6. Setiap device PCIe minimal support dengan single-lane (x1) link, dimana device bisa support dengan link yang memiliki 2, 4, 8, 12, 16, 32 lane(x2, x4, x12, x16, x32).

7. Setiap lane mengirimkan paket data secara serial(series of bytes), setiap paket yang akan ditransmisikan melalui lane harus dipecah menjadi per-byte karena lebar dari lane hanya 1 byte(8-bit).

8. PCIe mengirim semua control message, termasuk interrupt melalui link yang sama yang digunakan untuk mengirimkan data. Protokol serial tidak pernah bisa diblok sehingga latensi tetap sebanding dengan PCI yang menggunakan line sendiri untuk interrupt-nya.

9. Pada setiap protokol transmisi serial dengan data rate yang tinggi, informasi clocking di-embedded-kan pada sinyal. Pada pysical level PCIe menggunakan skema 8B/10B encoding untuk meyakinkan urutan string 0 dan 1 panjangnya terbatas. Ini sangat penting untuk mencegah receiver kehilangan track untuk menetukan dimana bit edge-nya. Pada skema coding ini setipa 8 uncoded bit dari data digantikan dengan 10 encoded bit data yang ditransmit, sehingga membutuhkan 20% dari semua bandwidth elektik-nya.

10. Versi PCIe 1.1 terdiri atas 16 lane (x16)memiliki maksimum transfer rate 8 GB/s pada masing-masing arah, dimana masing-masing lane memiliki transfer rate 250 MB/s pada masing-masing arahnya.

11. Versi PCIe 1.1 sudah dikembangkan menjadi versi PCIe 2.0(specification on 15 January 2007), PCIe 2.0 melipatgandakan data rate masing-masing lane dari 250 MB/s menjadi 500 MB/s sehingga memiliki kecepatan transfer rate sampai 16 GB/s.

Keuntungan PCIe dibandingkan dengan PCI:

–>Teknologi serial memberikan scalable performance.

–>Bandwidth tinggiàpada awalnya, 5-80 Gbps bandwidth puncak secara teoritis, sesuai dengan implementasinya

–>Masing-masing device memiliki link point-to-point sendiri-sendiri, menggantikan teknologi shared bus pada PCI

–>Berpeluang untuk memiliki latensi/delay yang kecil pada arsitektur server, karena PCIe menyediakan koneksi langsung ke chipset Northbridge2

–>Konektor lebih kecil dan dalam banyak kasus lebih mudah mengimplementasikan untuk desainer sistem

–>Memiliki fitur yang baru yaitu Quality of service(QoS) melalui kanal isochronous untuk menjamin pengiriman bandwidth jika diperlukan, advanced power management, dan native hot plug/hot swap support

Fitur-fitur yang terdapat dalam PCI-Express:

–>Advanced power management

PCIe memiliki manajemen sumberdaya“active-state” yang memerlukan konsumsi daya yang rendah ketika bus tidak aktif(tidak ada data yang dikirim antara komponen/peripheral). Pada interface paralel pada PCI standard tidak ada transisi yang terjadi pada interface sampai data dikirim kembali.

–>Support untuk trafik data yang real-time

PCIe menyertakan native support untuk transfer data isokronous(time-dependent) dan berbagai jenis level QoS. Fitur ini diimplementasikan melalui kanal virtual yang didesain untuk menjamin paket data khusus tiba ditujuannya pada waktu yang diberikan . PCIe mendukung multiple isochronous kanal virtual yang masing-masing memiliki sesi komunikasi sendiri-sendiri tiap lane-nya. Tiap kanal memiliki level QoS yang berbeda. Semua ini didesain untuk aplikasi yang memrlukan pengiriman data yang real-time seperti real-time voice dan video.

–>Hot plug dan hot swap

Sistem PCI standard tidak mendukung card I/O untuk hot plugging/hot swapping. PCIe mendukung hot plugging dan hot swapping I/O peripheral. Tidak dibutuhkan sinyal sideband dan model unified software dapat digunakan untuk semua faktor bentuk PCIe. Semua ini untuk mengatasi kelemahan-kelemahan berikut:

- Biasanya sangat susah dan kemungkinan tidak mungkin untuk mamatikan server hanya untuk memasang atau menginstall card peripheral baru, sehingga dengan adanya ini bisa memimimalkan downtime dari server.

- Komputer portabel membutuhkan kemampuan untuk card hot plug yang menyediakan fungsi I/O seperti disk drive mobile dan komumikasi

–>Integritas data(data integrity) dan penanganan kesalahan(error handling)

PCIe mendukung integritas data link-level untuk semua paket transaction dan data-link. PCIe juga mendukung penanganan kesalahan dan memiliki advanced error reporting dan handling untuk membantu meningkatkan isolasi kesalahan(fault isolation) dan recovery solution.