definition, egenskaper och inflytande på kringutrustning –

På en PC kommunicerar de olika gränssnitten med varandra med en CPU, APU eller GPU/GPU. Men vad är det här som kombinerar de olika signalerna som går in och ut ur processorn? Vi kommer att förklara vad detta är gemensamt för all utrustning och hur det fungerar. Det som brukar kallas SerDes.

Vad är SerDes?

SerDes har sina rötter i telekommunikationsvärlden. Anledningen till dess existens är ganska enkel: att skicka data över en enda kabel, snarare än flera samtidigt, minskar komplexiteten hos den interna intercomen i ett telekommunikationsnätverk. Om vi ​​nu tänker efter, hur de olika logiska delarna och minnesdelarna i både processorn och systemet överförs genom en serie kablar.

Vid en första anblick, ur prestandasynpunkt, kan det tyckas som att använda ett parallellt gränssnitt alltid är mycket bättre, men det finns ett antal faktorer som gör seriella gränssnitt bättre. Som? För det första tar parallella gränssnitt mycket mer plats och är mer mottagliga för elektromagnetisk påverkan, förutom att de förbrukar mer vid samma klockfrekvens. Nackdelen med seriella gränssnitt är att de har en stor fördröjning i att skicka data.

Det finns dock delar med seriellt gränssnitt och andra med parallellt gränssnitt i utrustningsdesignen. Hur kopplar man dem till varandra, har de olika kommunikationsgränssnitt? Jo, med SerDes, vars huvuduppgift är att kommunicera olika element, särskilt kringutrustning, till processorn.

Alla vägar leder till Rom

Ta en titt på din dator och de olika gränssnitten för interna komponenter och extern kringutrustning. Vi har gränssnitt som SATA, PCI Express, USB och många fler. Var och en av dem har gränssnitt för olika typer av kringutrustning. Tja, internt ansluter vart och ett av dessa gränssnitt inte direkt till CPU-hubben, utan snarare till SerDES-serien.

Föga överraskande finns det olika in- och utgångsgränssnitt för alla typer av kringutrustning som är designade för att samverka med standardspecifikationerna för olika SerD-enheter. Vilka är dessa gränssnitt? Tja, vi har ett fall med PCI Express-gränssnitt i deras olika lagringsteknologier som SATA och SAS, för videoöverföring som DisplayPort och HDMI, för nätverk som olika Gigabit Ethernet-gränssnitt och så vidare. Men det är inte bara begränsat till I/O-gränssnitten för kringutrustning och komponenter, utan det går längre och RAM-minnet är också anslutet via SERDES till den centrala navet i varje processor, känd som northbridge. och detta är ansvarigt för kommunikationen av olika element med varandra och var och en av dem med RAM.

Därför bör de olika gränssnitten inte bara i design utan även i utveckling ta hänsyn till utvecklingen av SerDes i just det ögonblicket, eftersom dessa gränssnitt kommer att kopplas till dem i den interna logiken för varje integrerad krets. Man bör komma ihåg att inom processorn, om det finns för många anslutningar, kommer komplexiteten i interaktionen att vara för stor. Därför är det bäst att minska antalet sammankopplingar genom att serialisera inkommande data i utbyte mot att öka klockhastigheten.

Hur fungerar SerDes?

SerDes

Om vi ​​tar hänsyn till denna rena och stela definition, så är SerDes fortfarande en hårdvara som består av en multiplexer och en demultiplexer, som är två typer av grundläggande kombinationssystem. Vad en multiplexer eller MUX gör är att omvandla en signal till flera olika signaler, medan en demultiplexer eller DEMUX gör tvärtom.

Skillnaden är att SerDES tar hänsyn till klockhastigheten, för beroende på när data överförs tolkar processorn ett visst värde. Med andra ord, när en begäran om data görs från någon komponent i hårdvarusystemet, finns det en tid och därför ett fönster av möjlighet för dataöverföring. Vad översätter detta till? Tja, data skickas över tiden, och därför innebär detta en klocksignal.

Anta att vi vill serialisera en parallell signal som skickas över en serie full duplex-linjer som bär 1 bit information i varje riktning. Bandbredden är 1,25 Gbps, vilket innebär att varje linje fungerar på 625 MHz. Vi har totalt fyra linjer, så om vi serialiserar signalen kommer vi att prata om en 5 Gbps-signal, som i fallet med en full duplexlinje krävde att det seriella gränssnittet fungerade på 2,5 GHz. Därför är returvägen lätt att förstå: vi kan tvinga 5 Gbps-signalen att sändas på två linjer med 1,25 GHz per linje, fyra linjer med en klockfrekvens på 625 MHz vardera, och så vidare.

Evolution av SerDes

PAM4 TSMC 5nm

Innan kommenterade vi hur SerDES helt påverkar utformningen av framtida I/O-gränssnitt, vilket innebär att utvecklingen av framtida gränssnitt eller utvecklingen av befintliga är helt beroende av de SerDes som de är anslutna till, eftersom de måste kunna interagera med dem. Till exempel använder SerDES på 112 Gbps, den snabbaste på marknaden, PAM4-signalering, så den här typen av signalering är lämplig för gränssnitt som kommande PCI Express 6.0.

Att öka SerDes-dataöverföringshastigheten är dock inte en lätt uppgift: med varje ny generation, där kommunikationsbandbredden ökar, uppstår nya problem, särskilt med de element som försämrar kvaliteten på den använda signalen. Lämna över. Vi kan inte heller glömma att spänningen inte skalas på samma sätt som klockfrekvensen, vilket leder till en kraftig ökning av strömförbrukningen för gränssnitten. Därför undviker användningen av PAM4-gränssnitt överklockning till oacceptabla gränser.

För tillfället är det bara GDDR6X-minnet i NVIDIA RTX 30 som använder PAM4-gränssnittet, vilket innebär att de interna SerD:erna i dessa GPU:er använder denna typ av gränssnitt för att kommunicera med GPU:erna. Vilket påverkar resten av I/O-gränssnitten för dessa GPU:er. Samtidigt komplicerar detta implementeringen av PAM4-systemet i andra system, eftersom det innebär att gränssnitten måste anpassa sig till timingreglerna för SerDes som ingår i processorn.

Relaterade artiklar

Back to top button