Introduction

Depuis plus de 20 ans, les BUS entre le CPU et ses cartes périphériques sont conçus de la même façon. Une grande série de fils disposés parallèlement entre les broches du CPU et celles des cartes périphériques.  Plusieurs se souviendront par exemple des BUS S100, ISA, AT et VME. Mais nous connaissons les BUS encore populaires comme les PCI, PCI-X ou AGP qui sont toujours conçus selon ce même principe. Des défis de taille attendent les développeurs de circuits BUS ainsi que du PCB qui en résulte. 

Limites de développement

Cette façon de concevoir atteint ses limites avec l’arrivée des nouvelles technologies. Les nouveaux CPU qui traitent des mots de 16, 32 et même 64 « bits » augmentent d’autant le nombre de fils à interconnecter. Pensons à la vitesse des signaux qui transitent par le BUS.  Avec ces nouveautés, le nombre de couches du PCB augmentent, l’adaptation des interconnexions est plus que jamais délicate à réaliser et sans oublier le rayonnement radio associé aux traces du PCB qui augmente significativement. Ces critères, loin de simplifier la réalisation de circuits, augmentent de façon importante les défis technologiques qui attendent tout ceux à qui revient la tâche de concevoir le circuit final.Le temps de développement qui s’allonge, les coûts de fabrication qui augmentent, voici deux conséquences directes de ces réalités de développement.  La compétitivité des entreprises manufacturières est donc directement concernée.

Recherche de solutions

L’industrie n’est pas indifférente à  cette réalité. C’est alors que quelques futés ont émis quelques hypothèses de solutions et se sont posé quelques questions de base.  Pourrait-on s’inspirer des périphériques Ethernet, 1394 ou USB qui se connectent et se déconnectent à notre guise? Pourrait-on  diminuer le nombre de fils entre le CPU et ses périphériques? Comment réaliser un BUS série équivalent à un BUS PCI opérant à 33 Mhz? Quelle technologie permet une bande passante de 133 M Octets/sec sur une broche, ou de 533 MOctets/sec pour un BUS PCI-X.

Augmentation de la vitesse des signaux

La vitesse des signaux constitue probablement le premier avantage du PCI Express. Un BUS PCI Express 16X, par exemple,  a une capacité de transfert de 4 Giga Octets/sec et communique jusqu’à 60 fois plus vite qu’un BUS PCI (33Mhz @ 32 bits). Étant plus performant qu’un BUS AGP, il est tout indiqué d’utiliser le BUS PCI Express, avec son BUS 16X, pour les cartes vidéo.

Possibilité d’ajustement de la vitesse

L’ajustement de la vitesse aux besoins de son utilisation est assurément un autre avantage important.  Le PCI Express permet une vitesse jusqu'à 2.5 Giga Octets/sec par canal ajustable en six vitesses standards 32X, 16X, 8X , 4 X,  2X et 1X selon les besoins. Le PCI Express permettrait jusqu’à 10 Giga Octets/sec par canal et l’utilisation de 32 canaux simultanément. Même que le CPU comprendrait directement 2 canaux : 16X et 8X. On peut déjà envisager de nombreux avantages à ce nouveau standard.  Un concepteur peut maintenant implanter un canal haute vitesse 16X dédié au circuit graphique et un canal basse vitesse 1X dédié aux périphériques à usage général.

Diminution du nombre de canaux requis

Autre avantage important du PCI Express est la simplicité d’interconnexion des composants. Le connecteur PCI Express de base n’a que 36 broches contre 120 broches pour le PCI. Il existe actuellement 4 variétés de connecteurs PCI Express, soient : X16, X8, X4 et X1. Différents uniquement par leur longueur, un connecteur X8 possède tous les signaux de base du connecteur X1 et y addition 4 canaux supplémentaires. Le nombre de couches du PCB requise pour passer un canal se limite à quatre. Conséquence directe, le coût de fabrication du PCB est maintenu au plus bas. Les concepteurs auront la vie plus facile avec moins de fils à considérer entre les circuits et moins de couches sur le PCB. Des économies substantielles sont envisageables au niveau de la fabrication des PCB ainsi que dans le temps de développement des circuits.

Connexion à chaud (Hot swap)

Le PCI Express permet une déconnection à chaud (Hot swap), cette caractéristique tant espérée pour la majorité des systèmes. Ouvrir le boîtier de son PC, dévisser le couvert, déconnecter les câbles, extraire le carte électronique pour y changer un composant par un composant identique peut être une expérience traumatisante. Elle le sera d’autant plus lorsque le système refuse de démarrer après sa mise sous tension. À l’instar des nouveaux périphériques connectables et déconnectables à chaud tels que les HDD Serial ATA, le PCI Express permet d’extraire une carte électronique de son connecteur même si celle-ci est alimentée (à chaud). Lorsque les circuits PCI Express sont conditionnés dans des boîtiers qui permettent une insertion ou une extraction simple, les coupures de service sont maintenues au minimum. On peut maintenant imaginer qu’en cas de panne, il est possible d’échanger le périphérique à chaud très rapidement et ce peut-être même sans que l’usager ne s’en rende compte. C’est en quelque sorte le « Carrier Grade system» abordable.

Compatibilité avec le BUS PCI

Enfin, un avantage indéniable du nouveau standard proposé est sa compatibilité avec les expertises existantes.  En effet, l’organisme PCISIG a eu la bonne idée de conserver pour le nouveau standard le même format que pour le PCI bien connu. Les dimensions physiques sont les similaires, la « braket » métallique est la même. La compatibilité a été poussée jusqu’à conserver le modèle informatique de programmation. Avantage d’importance, cette compatibilité permet aux concepteurs de logiciel de conserver leur code tel quel. C’est le chip qui fait tout le travail.

Conclusion

Quelques liens complémentaires:

http://www.pcisig.com/home

http://www.expresslaneitnet.org/home

http://developer.intel.com/technology/pciexpress/devnet/index.htm

Quelques documents de référence:

Introduction to PCI Express

Complete PCI Express Reference : Design Implications For Hardware And Software Developers

PCI Express System Architecture