前言
工業(yè)計(jì)算機(jī)的演化就如同一般商用PC一樣，從早期的8086接著286，386到后來(lái)的486及邁入了Pentium，一直到現(xiàn)在的Pentium
4及IA32最高等級(jí)的Xeon
系列，在CPU的領(lǐng)域上，一直都是x86架構(gòu)的天下，也是臺(tái)灣計(jì)算機(jī)廠(chǎng)商所最擅長(zhǎng)的領(lǐng)域，然而CPU技術(shù)不斷突破更新，反應(yīng)在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的總線(xiàn)似乎創(chuàng)新速度追不上CPU，回顧總線(xiàn)的演進(jìn)軌跡，從ISA(Industry
Standard Architecture)、EISA(Extended Industry
Standard Architecture)與MCA(Micro Channel Architecture)、VL-Bus(VESA
Local Bus)、PCI(Peripheral Component Interconnect)、PCI-X及AGP等傳輸接口，歷經(jīng)十多年的演進(jìn)，此刻遭逢傳輸頻寬上的瓶頸。重新審視這一段演進(jìn)史，PCI在1992年推出后，扮演了統(tǒng)一的角色，一直到1997年才出現(xiàn)AGP取代部分PCI的功能，作為高階繪圖工作的接口標(biāo)準(zhǔn)。
傳統(tǒng)PCI的頻寬逐漸不足以應(yīng)付越來(lái)越多新世代的高速傳輸周邊的需求，例如Gigabit Ethernet、Serial
ATA、Fiber Channel等，于是新世代的規(guī)格陸續(xù)發(fā)表，如PCI-X與本文的主題－PCI
Express。在傳統(tǒng)上，產(chǎn)品時(shí)程會(huì)比消費(fèi)性市場(chǎng)慢一步、甚至是好幾步的工業(yè)計(jì)算機(jī)，面臨巨大變革時(shí)，業(yè)界會(huì)有怎樣的應(yīng)變策略和思維呢？
PCI的標(biāo)準(zhǔn)是由PCI-SIG所制訂，從最早1992年的PCI 1.0版本問(wèn)世，至今已發(fā)展到PCI
2.3, 3.0的版本及PCI-X 1.0, 2.0的規(guī)格。在這個(gè)bus發(fā)展的過(guò)程中，因?yàn)楦鞣N不同的需求及應(yīng)用，衍生出早期的VL
Bus及現(xiàn)在繪圖顯示卡所常用的AGP Bus。對(duì)開(kāi)發(fā)廠(chǎng)商來(lái)說(shuō)，卻增加產(chǎn)品的復(fù)雜度，于是在PCI問(wèn)世十余年后，因?yàn)?D游戲及無(wú)線(xiàn)通訊應(yīng)用的興起，導(dǎo)致目前的PCI
bus不管在效能及頻寬方面不敷使用，AGP及PCI-X等總線(xiàn)因運(yùn)而生。此種現(xiàn)象反映出總線(xiàn)有如多頭馬車(chē)一般，并點(diǎn)出這些嚴(yán)重問(wèn)題其實(shí)是內(nèi)部傳輸?shù)墓餐ㄐ詥?wèn)題。
是故，業(yè)界普遍希望能夠有一種共通的接口標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)，此接口可以應(yīng)用到各種不同的領(lǐng)域，在這樣的思考前提下，第三代的I/O總線(xiàn)接口(Third
Generation Input Output; 3GIO) 終于誕生。由PCI-SIG于2002年4月17日宣布完成第三代接口的制訂工作，并正式定名為PCI
Express。于2002年7月22日公布PCI Express 1.0規(guī)格，正式的將總線(xiàn)的傳輸速度推升至更高速的境界。(如圖一)
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(圖一) 總線(xiàn)之演變。資料來(lái)源：Intel，工研院經(jīng)資中心2003/04。 |
工業(yè)計(jì)算機(jī)之變遷
至于工業(yè)計(jì)算機(jī)上的應(yīng)用，暫且不論P(yáng)ICMG 3.x已經(jīng)定義的PCI Express接口，首先思考在現(xiàn)有傳統(tǒng)PICMG
1.x上的CPU卡及背板的應(yīng)用。傳統(tǒng)的CPU卡與背板的連接方式如圖二所示。
這樣的好處是提高了整體系統(tǒng)的穩(wěn)定性、彈性，并減少維修時(shí)所需的更換時(shí)間，目前所擁有的架構(gòu)是PICMG
1.0的PCI-ISA的架構(gòu)及PICMG 1.2的PCI-X架構(gòu)，然而對(duì)于市場(chǎng)上即將現(xiàn)身、且很有可能以很快的速度席卷市場(chǎng)的PCI
Express，工業(yè)計(jì)算機(jī)的變化會(huì)是如何呢？
基于工業(yè)計(jì)算機(jī)的特性主要在「少量多樣」，并提供工業(yè)級(jí)用戶(hù)穩(wěn)定及高度客制化的解決方案，在下一代的PICMG
1.x整個(gè)系統(tǒng)，從機(jī)箱來(lái)看，預(yù)期將不會(huì)有太大的差異，而在機(jī)箱、背板及CPU卡的組裝上，亦不會(huì)與現(xiàn)行的方式有太大的差異。由于PCI
Express的架構(gòu)及其特性，可想見(jiàn)在CPU卡片上依舊會(huì)保留金手指段的設(shè)計(jì)，將北橋或南橋端的PCI
Express訊號(hào)連接到背板上，并且因?yàn)镻CI Express的高頻寬在對(duì)應(yīng)到許多接口設(shè)備時(shí)，其實(shí)頻寬是綽綽有余，因此許多廠(chǎng)商如Intel、
HiNT及Pericom等，為PCI Express的應(yīng)用設(shè)計(jì)許多不同的bridge芯片，包含PCI
Express to PCI-X, PCI Express to PCI或to iSCSI及Fiber
Channel等各種接口。
透過(guò)Intel等市場(chǎng)領(lǐng)導(dǎo)廠(chǎng)商所釋出的信息，其實(shí)已經(jīng)可以揣測(cè)在下一世代的工業(yè)計(jì)算機(jī)規(guī)格上，將會(huì)很有趣，透過(guò)更新及多樣化的背板設(shè)計(jì)，更深入各種應(yīng)用范疇的客戶(hù)需求。以往的背板，頂多就是有PCI/ISA或者是PCI-X的Slots，進(jìn)入PCI
Express時(shí)代之后，在背板上將會(huì)產(chǎn)生許多令人振奮的應(yīng)用及設(shè)計(jì)。因?yàn)镻CI Express之differential
訊號(hào)的特性，連接訊號(hào)的方式將可透過(guò)排線(xiàn)或板對(duì)板的設(shè)計(jì)來(lái)達(dá)成，新一代的背板可能不再是一大塊，而是更加模塊化的設(shè)計(jì)，在概念上很像是樂(lè)高積木，端視客戶(hù)想要將CPU卡機(jī)箱及新一代的背板如何組合，對(duì)映出各種應(yīng)用，例如高頻寬需求的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備或者如高階的firewall和VPN等設(shè)備。
PCI Express的趨勢(shì)不只深層的影響到一般商用及消費(fèi)性市場(chǎng)，在工業(yè)用領(lǐng)域上將掀起重大變革，對(duì)于使用者來(lái)說(shuō)是一項(xiàng)好消息，透過(guò)新一代的規(guī)格及想法，不僅達(dá)到工業(yè)計(jì)算機(jī)的少量多樣特性，更為貼近客戶(hù)的需求，同時(shí)締造廠(chǎng)商及使用者的多贏局面。
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