13 Jahre Erfahrung mit fachmännisch entwickelten Kabellösungen von FARSINCE.
PCIe-Bandbreite verstehen: GT/s, Kodierung und Lane-Breite erklärt
Einführung
Hochgeschwindigkeits-PCIe-Verbindungen sind ein wichtiger Bestandteil moderner Server, Speichersysteme und industrieller Anlagen. Bandbreitenangaben erfolgen üblicherweise in GT/s, da PCIe in sieben Generationen (Gen1 bis Gen7) unterteilt ist. Ingenieure und Systemintegratoren arbeiten jedoch in der Regel mit GB/s. Um hochwertige Hochgeschwindigkeitsverbindungen zu entwickeln und das passende PCIe-kompatible Kabel und den richtigen Stecker auszuwählen, ist es wichtig zu verstehen, wie Übertragungsrate, Kodierung und Lane-Breite zusammenwirken.
GT/s vs GB/s: Der entscheidende Unterschied
GT/s (GigaTransfers pro Sekunde) ist ein Maß für die Anzahl der pro Sekunde übertragenen Symbole auf der physikalischen Schicht, die nicht von der Kodierung beeinflusst wird. Gbps oder GB/s hingegen messen die Anzahl der Nutzdaten, die an höhere Schichten gesendet werden.
GT/s – Hardware-Signalisierungsfähigkeit (physikalische Schicht)
Gbit/s / GB/s – Bandbreite für den Nutzer (Datennutzlastschicht)
Vollduplex – PCIe-Lanes senden und empfangen gleichzeitig; GT/s gewährleistet konsistente Vergleichbarkeit über Generationen hinweg.
| Begriff | Bedeutung | Schicht |
| GT/s | Übertragungen pro Sekunde | Physikalische Schicht |
| Gbit/s | Bits pro Sekunde | Datenverbindungs-/Nutzlastschicht |
| GB/s | Bytes pro Sekunde | Anwendungsseitige Bandbreite |
Kodierungseffizienz über PCIe-Generationen hinweg
Die Kodierung beeinflusst, wie viel der physikalischen Übertragungsrate nutzbar ist:
| PCIe-Generation | Übertragungsrate | Kodierung / Signalisierung | x16 Bidirektionale Bandbreite |
| PCIe 1.0 | 2,5 GT/s | 8b/10b | 8 GB/s |
| PCIe 2.0 | 5,0 GT/s | 8b/10b | 16 GB/s |
| PCIe 3.0 | 8,0 GT/s | 128b/130b | 31,5 GB/s |
| PCIe 4.0 | 16,0 GT/s | 128b/130b | 63 GB/s |
| PCIe 5.0 | 32,0 GT/s | 128b/130b | 126 GB/s |
| PCIe 6.0 | 64,0 GT/s | PAM4 + FLIT + FEC | 256 GB/s |
| PCIe 7.0 | 128,0 GT/s | PAM4 + FLIT + FEC | 512 GB/s |
Bitte beachten Sie, dass die PAM4-Signalisierung unter Verwendung von FLIT- und FEC-Verfahren eine höhere Datendichte ermöglicht, allerdings auf Kosten der Signalintegrität.
Berechnung der PCIe-Bandbreite
Formeln:
Einweg-Bandbreite = Übertragungsrate × Codierungseffizienz × Anzahl der Spuren ÷ 8
Bidirektionale Bandbreite = Unidirektionale Bandbreite × 2
- Teilen Sie durch 8, um Bits in Bytes umzurechnen.
- Für Vollduplex-Messungen mit 2 multiplizieren.
- Die Anzahl der Fahrspuren (x1, x4, x8, x16) skaliert die Gesamtbandbreite linear.
Beispiel: PCIe 3.0 x4
Übertragungsrate: 8 GT/s
Kodierung: 128 / 130
Spuranzahl: x4
Einweg-Bandbreite:
8 × 128 / 130 × 4 ÷ 8 ≈ 3,94 GB/s
Bidirektionale Bandbreite:
3,94 × 2 ≈ 7,88 GB/s
Eine solche Methode ist notwendig, um den effektiven Durchsatz von PCIe-Lanes in Servern, Speichersystemen und Hochgeschwindigkeitsverbindungen zu bewerten.
Fahrspurbreite: x1, x4, x8, x16
Eine Erhöhung der Spuranzahl fügt parallele Datenpfade hinzu:
| Linktyp | Fahrspuren | Illustration |
| x1 | 1 | Einzelnes Differentialpaar |
| x4 | 4 | Vier parallele Differentialpaare |
| x8 | 8 | Acht parallele Differentialpaare |
| x16 | 16 | Sechzehn parallele Differentialpaare |
Jede Fahrspur verfügt über ein Sende- und ein Empfangspaar, was Vollduplex-Kommunikation ermöglicht. Stellen Sie sich jede Fahrspur wie eine Autobahn vor: Durch das Hinzufügen weiterer Fahrspuren erhöhen Sie den Gesamtdurchsatz, während die Geschwindigkeit pro Fahrspur erhalten bleibt.
Bandbreite vs. Leistung in der Praxis
- Bandbreite = theoretische maximale Datenrate
- Die tatsächliche Übertragungsrate hängt vom Protokoll-Overhead, der Kabellänge, der Signalintegrität und der Hardwareleistung ab.
- Die tatsächliche Auslastung liegt typischerweise zwischen 50 und 80 % der theoretischen Bandbreite.
Hochwertige Kabel, Steckverbinder und Backplanes reduzieren Verluste und gewährleisten die Systemzuverlässigkeit.
Auswirkungen auf Hochgeschwindigkeitsverbindungen
Das Verständnis der PCIe-Bandbreite ist entscheidend für die Auswahl von Kabeln und Verbindungen:
Farsince-Kabelkonfektionen: SlimSAS, OCuLink, MCIO, MiniSAS HD
Signalintegritätsaspekte: Einfügungsdämpfung, Übersprechen, Impedanzkontrolle, Abschirmung
Anwendungsbereiche: Server, Speichersysteme, industrielle Computer und Rechenzentrums-Backplanes
Farsince liefert speziell entwickelte Hochgeschwindigkeits-Verbindungssysteme, die für den Einsatz mit PCIe Gen3-Gen7-Anwendungen optimiert wurden und auch unter rauen Betriebsbedingungen zuverlässig sind.
Abschluss
- GT/s misst die physikalische Übertragungsrate; GB/s gibt die nutzbare Nutzlast an.
- Die effektive Bandbreite hängt von der Kodierungseffizienz, der Anzahl der Datenspuren und dem Vollduplex-Betrieb ab.
- Um Hochgeschwindigkeitskabel und -verbindungen auszuwählen, die eine hohe Systemleistung gewährleisten, ist die richtige Kenntnis der PCIe-Bandbreite erforderlich.
Autor
Franck Yan
Gründer | Farsince Connectivity Solutions
Franck Yan ist der Gründer von Farsince und verfügt über mehr als 13 Jahre Erfahrung in der Kabel- und Verbindungsindustrie. Er arbeitet eng mit globalen Kunden an Lösungen für Rechenzentren, Industrieanlagen und Netzwerke zusammen.