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