采用桥接方案还是纯PCIe方案

文章摘要：随着采用纯PCI Express(PCIe)系统的逐渐普及，许多常用端点解决方案正在针对PCIe连接进行重新设计。这些解决方案包括网络接口卡(NIC)、存储主机总线适配器(HBA)、图形卡、并口卡以及以前采用PCI和/或PCI-X接口的大量其它I/O功能卡。然而，许多端点芯片一直没有重新设计成纯PCIe芯片，而且事实上许多芯片根本就没有计划要这样做。本文将讨论PCIe端点解决方案是采用纯 PCIe芯片，还是采用PCI(或PCI-X)芯片再加上PCIe-to-PCI/PCI-X桥所要考虑的因素。这些桥产品已经上市，它们为端点设计师提供了快速升级到PCIe的捷径，并能在纯PCIe的系统板上构建PC

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　　随着采用纯PCI Express(PCIe)系统的逐渐普及，许多常用端点解决方案正在针对PCIe连接进行重新设计。

　　这些解决方案包括网络接口卡(NIC)、存储主机总线适配器(HBA)、图形卡、并口卡以及以前采用PCI和/或PCI-X接口的大量其它I/O功能卡。然而，许多端点芯片一直没有重新设计成纯PCIe芯片，而且事实上许多芯片根本就没有计划要这样做。本文将讨论PCIe端点解决方案是采用纯 PCIe芯片，还是采用PCI(或PCI-X)芯片再加上PCIe-to-PCI/PCI-X桥所要考虑的因素。

　　这些桥产品已经上市，它们为端点设计师提供了快速升级到PCIe的捷径，并能在纯PCIe的系统板上构建PCI/PCI-X插槽。业界最初的预想是只有当所有端点解决方案都采用纯PCIe芯片时这些桥才有市场。然而，在PCIe系统面市数年后，仍有不少端点解决方案没有采用纯PCIe接口进行重新设计。是否要将端点芯片升级到PCIe，需要考虑不少因素，其中包括纯PCIe芯片实现成本与市场机会的比较、端点的性能要求，以及开发纯PCIe方案所要求的PCIe IP的可用性和兼容性。

　　我们可以通过下面三个接近真实世界的案例研究中所进行的折衷处理，来看看其中蕴含了哪些设计决策：1)开发新的纯PCIe的CPU芯片解决方案，并利用该芯片创建SATA RAID控制器插卡；2)在现有纯PCI-X芯片上增加桥以建立PCIe SCSI主机总线适配器(HBA)；3)在采用纯PCIe芯片的最新GPU做的图形卡上增加桥以建立PCI连接。

　　要不要采用桥所需考虑的因素有哪些呢？为了简化讨论过程，我们假设具有足够性能和带宽的纯PCI-X解决方案已经投产，那么所需考虑的问题是使用纯PCI-X解决方案再加上连接PCIe的桥，还是开发全新的ASIC，并用PCIe链路替代PCI-X总线。

　　使用桥来加快产品上市降低开发成本

　　使用桥与现有PCI/PCI-X解决方案有两大充足理由：一是上市时间(TTM)，二是开发成本。在TTM方面的优势非常明显：使用两种现成的成功解决方案可以使设计师直接进入电路版图设计阶段，从而可以留出大量开发时间用于产品验证阶段。之所以能够实现TTM优势，是因为来自新芯片设计、创建新掩模组以及验证和认证新芯片所需时间显著减少。这些工作通常要花一年多的时间，这么长的时间可以直接留给板卡开发。TTM延迟将导致严重的收入损失，因为当新芯片设计出来时，竞争性解决方案已被客户选用，而本公司当前设计会被淘汰。

　　另外，纯PCIe解决方案的开发成本相当高昂。事实上对较低批量的项目来说这是不可逾越的障碍，因为它无法消化包括2.5Gbps PCIe链路在内的芯片所要求的上百万美元费用。

　　纯PCIe方案可降低制造成本，缩小板级占用空间

　　当开发出带PCIe链路的新型ASIC芯片时，就不再需要增加桥这样的产品了。另外，与桥相关的电路板面积以及支持PCI或PCI-X总线所需的引脚都可以消除。原总线接口要求100多个引脚，采用纯PCIe方案则可以减少到4个(针对PCIe x1链路而言，若是x4链路引脚数量则为16)。这种引脚数量的减少同样可以降低ASIC成本，减小外形尺寸。

　　是否用桥的考虑因素

　　桥的加入可能增加也可能降低解决方案的性能。桥本身会引入延迟，因此会降低突发业务的吞吐量。不过，如果PCIe器件能够指定可预取的地址空间，那么利用预取可以提高吞吐量。这种技术一般只可用于嵌入式系统。表1总结了是否使用桥的一些关键考虑因素。

　　案例1：利用纯PCIe芯片构建SATA RAID存储控制器卡

　　SATA RAID控制器解决方案几年前就有了，最早采用的是32位PCI接口。随着SATA-2硬盘驱动器性能要求的不断提高，64位PCI-X接口现已非常普及。当PCIe推出后，服务器很快就转向PCIe，从而推动了同一RAID控制器的PCIe版本的迅速开发。一些RAID卡设计师插入PCI-X到 PCIe的桥，以此提供PCIe连接；也有的设计师采用纯PCIe的ASIC芯片设计新的RAID卡。还有些设计师两种方案都做，在基于桥的设计赢得一些早期用户的采纳后再实施纯PCIe方案。让我们分析一下后者，以便了解他们作出这种选择的根本原因。

　　案例1：利用纯PCIe芯片构建SATA RAID存储控制器卡

　　SATA RAID控制器解决方案几年前就有了，最早采用的是32位PCI接口。随着SATA-2硬盘驱动器性能要求的不断提高，64位PCI-X接口现已非常普及。当PCIe推出后，服务器很快就转向PCIe，从而推动了同一RAID控制器的PCIe版本的迅速开发。一些RAID卡设计师插入PCI-X到 PCIe的桥，以此提供PCIe连接；也有的设计师采用纯PCIe的ASIC芯片设计新的RAID卡。还有些设计师两种方案都做，在基于桥的设计赢得一些早期用户的采纳后再实施纯PCIe方案。让我们分析一下后者，以便了解他们作出这种选择的根本原因。

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