PCIe帯域幅の理解：GT/s、エンコーディング、レーン幅の説明

導入

高速PCIeリンクは、現代のサーバー、ストレージ、産業システムにおいて重要な要素です。帯域幅の仕様は、PCIeがGen1からGen7まで世代を重ねるにつれてGT/sで表記される傾向がありますが、エンジニアやシステムインテグレーターは一般的にGB/sで考えます。高品質で高速な相互接続を設計し、適切なPCIe互換ケーブルとコネクタを選択するには、転送速度、エンコーディング、レーン幅がどのように連携して機能するかを理解することが大切です。

GT/sとGB/s：重要な違​​い

GT/s（ギガ転送/秒）は、物理層における1秒あたりのシンボル転送量を表す単位で、符号化方式の影響を受けません。一方、GbpsまたはGB/sは、上位層に送信される有効データ量を表す単位です。

GT/s – ハードウェア信号伝送能力（物理層）

Gbps / GB/s – ユーザー向け帯域幅（データペイロード層）

全二重通信 – PCIeレーンは送受信を同時に行います。GT/sにより、世代間での一貫した比較が保証されます。

PCIe世代間におけるエンコード効率

エンコード方式は、物理的な転送速度のうちどれだけが実際に使用できるかに影響します。

FLITおよびFEC方式を用いたPAM4信号伝送では、信号の完全性を維持するという犠牲を払うことで、より高いデータ密度を実現できることにご注意ください。

PCIe帯域幅の計算

数式：

片方向帯域幅 = 転送速度 × エンコード効率 × レーン数 ÷ 8
双方向帯域幅 = 一方向帯域幅 × 2

• ビットをバイトに変換するには、8で割ります。
• 全二重通信の場合は2倍してください。
• レーン数（x1、x4、x8、x16）は、総帯域幅に比例して変化します。

例：PCIe 3.0 x4

転送速度：8 GT/秒

エンコード: 128 / 130

車線数：4

一方向帯域幅：

8 × 128 / 130 × 4 ÷ 8 ≈ 3.94 GB/秒

双方向帯域幅：

3.94 × 2 ≈ 7.88 GB/秒

このような方法は、サーバー、ストレージシステム、および高速相互接続におけるPCIeレーンの実効スループットを評価するために必要である。

車線幅：1、4、8、16

レーン数を増やすと、並列データパスが追加されます。

各レーンにはTXペアとRXペアがあり、全二重通信が可能です。各レーンを高速道路に例えると、レーン数を増やすことで全体のスループットは向上しますが、レーンごとの速度は維持されます。

帯域幅と実世界におけるパフォーマンス

• 帯域幅 = 理論上の最大データレート
• 実際の転送速度は、プロトコルのオーバーヘッド、ケーブルの長さ、信号の完全性、およびハードウェアの性能に依存します。
• 実際の利用率は通常、理論帯域幅の50～80%程度である。

高品質のケーブル、コネクタ、およびバックプレーンは、損失を低減し、システムの信頼性を確保します。

高速相互接続への影響

PCIe帯域幅を理解することは、ケーブルと相互接続部品の選定において非常に重要です。

Farsince製ケーブルアセンブリ： SlimSAS、OCuLink、MCIO、MiniSAS HD

信号完全性に関する考慮事項：挿入損失、クロストーク、インピーダンス制御、シールド

用途：サーバー、ストレージアレイ、産業用コンピューティング、データセンターのバックプレーン

Farsince社は、PCIe Gen3～Gen7アプリケーションとの連携に最適化された、設計済みの高速相互接続システムを提供しており、過酷な動作環境下でも高い信頼性を発揮します。

結論

• GT/sは物理的な転送速度を表し、GB/sは使用可能なデータ量を表します。
• 実効帯域幅は、符号化効率、レーン数、および全二重通信に依存します。
• 高速ケーブルや相互接続部品を選定し、優れたシステム性能を確保するためには、PCIe帯域幅に関する正しい知識が必要です。

著者

フランク・ヤン

創業者 | Farsince Connectivity Solutions

フランク・ヤンはFarsinceの創設者であり、ケーブルおよび接続業界で13年以上の経験を持ち、データセンター、産業、ネットワーク接続ソリューションに関して世界中の顧客と緊密に連携してきました。