PCI Express 4.0 und 5.0 Bus-Umstieg mit Hindernissen

Der Generationswechsel von PCI Express stellt die Embedded-Computing-Branche vor besondere Herausforderungen.
Der Generationswechsel von PCI Express stellt die Embedded-Computing-Branche vor besondere Herausforderungen.

Die auf Rückwärtskompatibilität und langfristige Verfügbarkeit bedachte Embedded-Computing-Branche hat ein ambivalentes Verhältnis zu den kommenden Versionen 4.0 und 5.0 des PCI-Express-Busses.

Mit der Spezifikationsrevision 0.9 hat die PCI-SIG unlängst den komplette Funktionsumfang von PCI Express 4.0 festgelegt. Die Revision 1.0 soll noch dieses Jahr folgen. Die wichtigste Neuerung dabei ist die Verdoppelung der Bandbreite auf 16 GT/s (Gigatransfers/s).

Da die meisten Embedded-Computing-Standards auf hohe Modularität und Austauschbarkeit setzen, sind Steckverbinder praktisch unvermeidlich, und jede Erhöhung der Signalfrequenzen stellt eine neue Herausforderung dar. »Im Bereich Computer-on-Modules bedarf es neuer Konzepte, um die Steckverbindungen PCIe-4.0-tauglich zu machen, aber das betrifft auch andere Interfaces wie 10/40/100-GBit-Ethernet«, erklärt Christian Eder, Director Marketing von congatec. »Wir sind hier intern schon fleißig dabei, Ideen zu sammeln und Konzepte zu erarbeiten. Das Ganze soll dann natürlich wieder innerhalb eines Konsortiums gemeinsam zum Standard entwickelt werden.«

Neben den Modulen stehen auch Systeme mit einer zentralen Backplane vor diesen Herausforderungen, zusätzlich sind sie von den immer kürzeren maximalen Leitungslängen betroffen. Die Konsequenz ist entweder ein hochoptimiertes System, das zwar noch mit einer passiven Backplane auskommt, aber seine Flexibilität verliert, oder die Backplanes müssen aktiv werden und beispielsweise Re-Timer nutzen, was sich auf den Preis und die Ausfallsicherheit auswirkt. Zeitgleich zur Revision 0.9 der 4.0-Spezifikation hat die PCI-SIG auch die Revision 0.3 von PCI Express 5.0 vorgestellt und plant mit der Revision 1.0 bereits schon für das Jahr 2019.

Damit wird es zeitlich sehr eng, um alte Embedded-Standards für 4.0 zu adaptieren und im Markt zu etablieren. »Sicher muss man bei neuen Standards einen Horizont von mindestens fünf Jahren ins Auge fassen und die technologischen Gegebenheiten berücksichtigen«, erläutert Eder. »Für Server-orientierte Konzepte lohnt es sich sicherlich, wenn man sich schon heute Gedanken über die Verwendung von PCIe 5.0 macht. Bei Computer-on-Modules kommen aber überwiegend stromsparende Technologien aus dem Mobilbereich zum Einsatz. Dort kommt PCIe 5.0 – wenn überhaupt – erst ein paar Jahre später.« Mit der allgemeinen Etablierung von PCI-Express-4.0 im Embedded Computing rechnet die Branche nicht vor dem Ende der Dekade – der Druck auf der Kundenseite ist bislang auch nicht sehr hoch.

»Für viele Embedded-Applikation ist heute 2.0 und 3.0 ausreichend, und das wird auch in naher Zukunft so sein. 4.0 adressiert ja aus heutiger Sicht High-Speed-PCIe-SDDs und Data Center und wird da zunächst seinen Einsatz finden«, erklärt Bernd Hacker, Europe Director of Business Development and Marketing von Advantech. »Inwieweit Artificial Intelligence und Augmented Reality das 4.0-Deployment beeinflussen, muss man sehen.«