PCI日渐引退,串行总线标准纷争并起

上网时间: 2001年10月27日? 我来评论 【字号: ? ?小】

关键字:PCI? USB? IEEE 1394?

市场正从并行总线结构向串行总线结构推进。目前,处理器的速度已经超过1GHz;太位网络正成为业界的普遍需求和通行标准;存储局域网(SAN)技术已成熟并替代了传统存储单元。在急速增长的带宽需求下,我们目睹了并行总线结构一路从8位到16位、32位直至目前的6?位,某些专利并行总线结构甚至已高达128位至256位。但这仍不能满足人们的要求,高速串行总线结构已成为发展的方向。

与并行结构的发展经历相似,串行总线结构也衍生出许多不同的标准,并将经历标准的进化、新技术的采用及不断追求速度极限等一系列发展历程。

PCI并行总线的局限性

到目前为止,PCI(外设部件互连)仍是应用最广的共享总线标准。PCI是从众多并行总线标准演变而成的,总线结构发展见表1。在发展初期,10MHz运行的AT和ISA(10Mbit/s)标准主导了8位总线的市场,而后发展到33MHz的EISA(增强型ISA-33Mbit/s)标准和后来的VME(目前在军用领域仍占绝对统治地位)、NuBus(流行于苹果MAC计算机中)和SBUS(长时间受太阳微系统公司欢迎)。各种共享并行总线结构标准混杂无章,以上仅罗列了少数几种。但在这么多种选择中,大多数业界厂商均选择了统一的PCI标准。

PCI经过很长时间统一了业界标准,并向更高带宽发展。但PCI标准仍在不停地演变。在90年代初,PCI采用32位/33MHz总线结构,提供132Mbit/s吞吐量,自此它经历了32位/66MHz、6?位/33MHz和6?位/66MHz几个发展阶段,吞吐量也从理论上达到了528Mbit/s。近期推出的6?位PCI-X总线运行频率高达133MHz,有效吞吐量达1,056Mbit/s。

尽管PCI对工业做出了巨大贡献,但它仍属于并行总线。尽管这种总线结构曾经因简单、经济被广泛接受,并已为业界提供了近十年的良好服务,但由于以下方面的限制,并行总线结构的局限性日渐显现:共享总线――共享资源有可能引发CPU、内存和其它外设冲突,降低吞吐量,无法提供最佳性能;总线结构越来越宽――8位到16位到32位直到6?位以至更高;物理/电气局限性――总线长度限制、信号失真、时序、电路板布线处理;可靠性/冗余度――当今的电信系统需要冗余度和可靠性;共享总线是系统潜在的损坏点;可伸缩性――PCI-X是一种点到点连接,缺乏可伸缩性;需要定制局部总线端。PCI日渐引退,串行总线标准纷争并起_ESMCOL_1

如今共享总线结构已无法跟上当今系统的需求,但PCI也并不会很快突然消失。先进系统需要更新更强大的结构和技术,引发了串行总线的新时代。

串行总线市场进入战国时代

串行总线结构并不是一种新技术。它与并行总线同时发展起来,但由于在高端系统上的优越表现,优势性日益显现。许多并行总线标准都是基于共享总线结构,而串行标准却是基于网络的结构,交织成一种交换式构造。这与并行结构相比有很大的优越性:支持多种拓扑结构:点对点,多点对多点;高性能系统――每信道可达2.5G,总共带宽可达10G以上;I/O联机大为减少;驱动能力大为增强;支持芯片至芯片、卡至卡与盒至盒配制,可靠性提高。

正如并行总线结构衍生了很多标准,串行总线结构也不例外,例如由英特尔公司制定并推动的通用串行总线USB/USB2.0,由苹果公司制定的Firewire/IEEE1394,由英特尔公司制定的NGIO、Future I/O和Rapid I/O。

串行结构正经历着标准的进化、新技术的采用及不断追求速度极限等一系列发展历程。USB、IEEE1394、千兆以太网、光纤通道等很多高速串行总线标准都在向更高带宽发展,例如USB2.0的推出、兆位网络和存储局域网致力突破10Gbit/s吞吐量等等。还有一些标准通过合并来壮大势力,如去年许多NGIO与Future I/O的拥护者都放弃了他们的分歧,共同形成了InfiniBand贸易协会。

为争得统治地位,一场明争暗斗也正在这个市场上演。AMD公司及其高速HyperTransport I/O接口支持者在7月份组成同盟,意欲在PC、手持设备直至联网系统和消费电子等广泛领域内推广这种标准。AMD公司声称,现在已有超过180家公司将在产品中采用HyperTransport接口。与此同时,英特尔公司在推进NGIO接口与之竞争。InQuest研究公司分析师Bert McComas称,这场争斗具有重大利害关系,因为随着处理器性能的不断飞升,处理器的高速数据与系统之间的连接成为主要的瓶颈。

其它公司也在推广各自的接口,比如由IBM公司和摩托罗拉公司牵头的PowerPC阵营就在大力宣传其Rapid I/O接口标准。芯片组制造商ServerWorks公司及威盛科技也分别携其快速I/O接口和V-Link接口加入了这场竞争。

OEM厂商恐怕无法回避这场激烈的高速I/O争斗。有些公司已经将自己的命运和前途交给了AMD公司的HyperTransport接口。为分散风险,思科公司同时参加了HyperTransport联盟以及组织结构较为松散的Rapid I/O联盟。

Envisioneering集团分析师Richard Doherty说,HyperTransport联盟的创建无疑使斗争加剧,它向英特尔公司施加了新压力,逼迫其迅速将NGIO接口推向市场。

英特尔公司在这一领域具有强大而坚实的技术储备,至少它有能力邀请其Wintel阵容中的OEM客户采纳其NGIO接口,正如它曾经要求这些客户采用其IA-32和IA-6?处理器架构一样。

InSight公司分析师Nathan Brookwood说,在今后几个月中,人们可能会看到一场斗争的重演,英特尔公司当年就曾通过这种斗争使得USB接口成为事实上的I/O标准,最近又击退了IEEE1394标准,确立了USB2.0的地位。

据来自2001平台大会的消息,英特尔公司正试探与不太知名的Rapid I/O阵营结成联盟,以便为其NGIO寻找支持。但IBM、英特尔和摩托罗拉公司均未迅速做出响应。

AMD公司和英特尔公司将会爆发一场先进I/O接口标准之战。AMD公司不仅在其6?位Hammer系列处理器中采用HyperTransport技术,并将该技术作为交换架构处理器总线上的高速互联接口。英特尔公司则采用其专利IA-6?架构,并加入InfiniBand作为其6?位计算机群之间的高速互联接口。

就最终结果而言,有些互为竞争的I/O接口可能会共存共生,就像PCI、SCSI、以太网和光纤通道接口一样。随着接口本身的迅速升级发展,I/O接口标准的前景也将因此日渐广阔和复杂。

作者:Kevin K. Yee


QuickLogic公司应用总监


协助报道:罗杰克

LVDS技术:接口芯片厂商的市场利器

作者:刘瑞明

I/O标准取得了很大进步,在高速数据传输领域,ECL(射极耦合逻辑)与PECL(正射极耦合逻辑)已经应用了很长时间。现在新的I/O标准如LVDS(低电压差分信号)日渐普遍,这种新的电气标准与协议标准的结合为串行结构的发展奠定了基础。

低压差分信号(LVDS)技术是一种低电压差分信号技术,使用非常低的电压信号(约350mV),通过一对差分PCB走线或平衡电缆传输数据,它具有极高速度、较小功耗和尽量小噪声三个特点。近些年来不断发展的高速处理器、多媒体、虚拟现实以及网络技术要求越来越大的信号带宽,RS-422、RS-485、SCS等现有的点对点物理层接口在速度、噪声、EMI、成本方面日渐力不从心,LVDS接口标准解决了高速I/O接口的瓶颈问题。

由于LVDS可以采用较低的信号电压,并且驱动器采用恒流源模式,其功率几乎不会随频率而变化,从而使提高数据传输率和降低功耗成为可能。

在成本方面,LVDS也具有显著优势。LVDS器件可采用经济的CMOS工艺制造,并且采用低成本的3类电缆线及连接件即可达到很高的速率。极低的功耗也将节约电源、风扇及其它散热设备的成本。此外,由于LVDS传输数据远快于TTL,所以可将TTL信号通过单个LVDS信道传输,这样可大幅降低PCB、电缆线和连接件的花销。

LVDS在应用之初主要局限在无线基站背板及平板液晶显示器方面,现在,标准LVDS产品可广泛应用于计算机、通讯和消费类电子等领域。如国家半导体公司(NSC)推出的LVDS系列芯片中,DS92LV16成串器/解串器芯片适用于电信及数据传输二合一的设备,DS92LV1260芯片适用于可上网的信息家电,DS90LV110适用于蜂窝式电话基站设备,而CLC001则尤其适用于专业级录像机及数字相机。

另外,NSC公司在LVDS的基础上发展了Bus LVDS(BLVDS)类产品,将LVDS的优势带入了总线解决方案。与标准LVDS不同的是,BLVDS能够提供增强的驱动电流以处理需要多点应用的双终端,可方便地解决高速多点总线接口问题,特别适用于多点电缆或背板的应用。BLVDS的目标市场定位在GSM、CDMA无线基站和网络设备背板市场上。目前,许多中国通信与网络设备制造商在新一代产品开始应用BLVDS技术。

近期,NSC还推出了一款LVDS接口芯片DS90C2501。该芯片电压摆动仅为345mV,降低了主机和显示器制造商所关心的噪音水平,同时能够保持5.38Mbit/s的吞吐量。该芯片还与开放式LDI兼容,可用于数字显示接口,且符合TIA/EIA-6?4 LVDS和GMCH标准。“DS90C2501的目标市场将面向薄膜晶体管、笔记本电脑的纯平液晶显示器(LCD)、高集成度PC和工业PC。”NSC公司中国区首席代表胡觉新表示。

低成本方案入市

NSC和TI是LVDS技术和市场的领导者,两家厂商在全球LVDS市场的占有率在90%以上。但接口电路市场的美好前景吸引了许多台湾厂商积极加入,它们针对价格敏感的低端应用,推出低价解决方案,目前正处在产品定位和市场试探阶段。NSC公司胡觉新认为,台商的介入对NSC和TI的市场地位不会有太大影响,相反,低价方案将加速LVDS技术的普及,在这块越做越大的蛋糕中,各厂商均将在其优势领域分得一杯羹。

“低成本LVDS解决方案将大有作为,并有望使LVDS接口逐步取代RS-232成为通用接口。”胡觉新表示,“这同时也将促进差分信号传输技术的发展,从而使LVDS技术在3G移动电话/设备基站、高端网络设备背板得到更广泛的应用。”

“LVDS技术在亚太区特别是在韩国和台湾应用非常广泛,在中国的发展也非常迅猛,并拥有巨大的市场机会和发展空间。”胡觉新认为,“中国企业信息化改造和北京申奥成功将带动网络及通信设备市场的飞速发展,加入WTO之后,中国网络及通信设备制造商将有更多机会以性价比高的优势进军国际市场。此外,中国有线通信市场尤其是农村市场具有很大的发展空间。”中国LCD显示器的普及也将推动LVDS在中国的发展。

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相关信息
  • USB是什么
  • USB是英文Universal Serial Bus的缩写,中文含义是“通用串行总线”。它是一种应用在PC领域的新型接口技术。早在1995年,就已经有PC机带有USB接口了,但由于缺乏软件及硬件设备的支持,这些PC机的USB接口都闲置未用。1998年后,随着微软在Windows 98中内置了对USB接口的支持模块,加上USB设备的日渐增多,USB接口才逐步走进了实用阶段。

  • PCI是什么
  • PCI是英文Peripheral Component Interconnect的简写,中文意思是外设组件互连标准。PCI是一种由英特尔(Intel)公司1991年推出的用于定义局部总线的标准,此标准允许在计算机内安装多达10个遵从PCI标准的扩展卡。

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