पिछले एक दशक में, कंप्यूटिंग अनुप्रयोगों के लिए आवश्यक बैंडविड्थ और डेटा ट्रांसमिशन दर साल दर साल बढ़ रही है। प्रमुख उद्योगों में, बैंडविड्थ की मांग लगभग हर तीन साल में दोगुनी हो जाती है। यह मुख्य रूप से दूरसंचार सेवाओं, क्लाउड कंप्यूटिंग सेवाओं और सूचना प्रौद्योगिकी प्रदाताओं, विशेष रूप से बैंकिंग, प्रतिभूतियों और बीमा क्षेत्रों के लिए 45% तक की चक्रवृद्धि वार्षिक वृद्धि दर से प्रेरित है। इसके अलावा, बड़े भाषा मॉडल (एलएलएम) पर आधारित कृत्रिम बुद्धिमत्ता (एआई) कंपनियां भी अपने व्यवसाय का विस्तार जारी रख रही हैं। एआई सहायता प्राप्त पहचान और स्वायत्त वाहन सहित औद्योगिक स्वचालन भी उच्च बैंडविड्थ और तेज डेटा गति की आवश्यकता को बढ़ावा देता है।
इन अनुप्रयोगों के लिए उच्च गति डेटा प्रदान करने वाले बुनियादी ढांचे में वायर्ड और वायरलेस नेटवर्क शामिल हैं। लेकिन उच्च-प्रदर्शन कंप्यूटिंग (एचपीसी), उच्च गति परीक्षण उपकरण और गेमिंग हार्डवेयर में, केंद्रीय प्रसंस्करण इकाई और बाह्य उपकरणों के बीच कनेक्शन को लगातार बढ़ती डेटा ट्रांसफर दरों का भी समर्थन करना चाहिए।
PCIe की शक्ति
नेटवर्किंग उपकरणों या केंद्रीय प्रसंस्करण इकाई से जुड़े घटकों को डेटा को जल्दी और सटीक रूप से प्रसारित करने के लिए एक सरल तरीके की आवश्यकता होती है, जो परिधीय घटक इंटरकनेक्ट (पीसीआई) तकनीक है। सर्वर और डेटा सेंटर, ऑटोमोटिव और औद्योगिक, वर्कस्टेशन और हैंडहेल्ड डिवाइस सहित विभिन्न कंप्यूटिंग उप बाजार, तेज और विश्वसनीय डेटा ट्रांसमिशन प्राप्त करने के लिए पीसीआई एक्सप्रेस (पीसीआईई) पॉइंट-टू-पॉइंट सीरियल आर्किटेक्चर को अपनाते हैं।
PCI-SIG, यह पेरिफेरल कंपोनेंट इंटरडिसिप्लिनरी ग्रुप का संक्षिप्त नाम है, जो PCIe प्रौद्योगिकी के लिए खुले उद्योग मानकों के विकास और प्रबंधन के लिए जिम्मेदार लगभग 900 सदस्य कंपनियों का एक गठबंधन है (चित्र 1)।
PCIe विशिष्टता डेटा दर (जीबी/एस)
(एन्कोडिंग) यूनिडायरेक्शनल x16
चैनल बैंडविड्थ * वार्षिक
1.0 2.5 (8बी/10बी) 32 जीबी/एस 2003
2.0 5.0 (8बी/10बी) 64 जीबी/एस 2007
3.0 8.0 (128बी/130बी) 126 जीबी/एस 2010
4.0 16.0 (128बी/130बी) 252 जीबी/एस 2017
5.0 32.0 (128बी/130बी) 504 जीबी/एस 2019
6.0 64.0 (पीएएम-4, फ्लिट) 1024 जीबी/एस
(~1 टीबी/सेकेंड) 2021
*- एन्कोडिंग ओवरहेड में कटौती के बाद बैंडविड्थ
चित्र 1: 2003 से, पीसीआई-एसआईजी के पीसीआई कनेक्शन घटक विनिर्देश डेटा ट्रांसमिशन दरों की निरंतर वृद्धि का समर्थन कर रहे हैं। (छवि स्रोत: पीसीआई-एसआईजी)
संगठन ने 2003 में PCIe 1.0 मानक जारी किया, जो 2.5 गीगाबिट प्रति सेकंड (GT/s) ट्रांसमिशन का समर्थन करता है और उस समय 3G वायरलेस मानक की आवश्यकताओं को पूरा करता है। बाद के अपडेट ने बैकवर्ड संगतता सुनिश्चित करते हुए I/O थ्रूपुट में वार्षिक वृद्धि का मार्ग प्रशस्त किया। उदाहरण के लिए, जो डिवाइस PCIe 5.0 विनिर्देश को पूरा करते हैं, वे प्रति चैनल 32.0 GT/s की दर प्राप्त कर सकते हैं, और स्ट्रीमिंग मीडिया और एज कंप्यूटिंग के लिए आवश्यक 5G नेटवर्क के साथ संगत हैं।
ये उच्च थ्रूपुट एआई और एज प्रोसेसिंग, औद्योगिक स्वचालन, परीक्षण उपकरण और गेमिंग के लिए आवश्यक कम विलंबता के लिए समर्थन प्रदान करते हैं। PCIe तकनीक का पॉइंट-टू-पॉइंट आर्किटेक्चर उच्च ऊर्जा दक्षता प्रदर्शन का भी समर्थन करता है, जो उन्नत कंप्यूटिंग अनुप्रयोगों के लिए एक महत्वपूर्ण विचार है।
एचपीसी घटकों को ठंडा बनाए रखें
यहां तक कि नवीनतम पीसीआईई तकनीक द्वारा प्रदान की गई बेहतर डेटा दरों और ऊर्जा दक्षता के बावजूद, वास्तविक समय वित्तीय धोखाधड़ी का पता लगाने, एआई बड़ी भाषा मॉडलिंग सिस्टम और कम्प्यूटेशनल तरल गतिशीलता (सीएफडी) जैसे उच्च-प्रदर्शन कंप्यूटिंग (एचपीसी) अनुप्रयोगों के लिए अभी भी कई समानांतर प्रोसेसर की आवश्यकता होती है। इस मांग को पूरा करते हुए गर्मी अपव्यय और जगह की कमी को प्रबंधित करना कोई आसान काम नहीं है, खासकर जब घटकों और प्रोसेसर को जोड़ने वाले डेटा केबल और एयरफ्लो चैनलों के बीच जगह के लिए प्रतिस्पर्धा होती है।
इस मामले में, उच्च-प्रदर्शन कंप्यूटिंग उपकरणों के डिजाइनर 3M की 8KDx श्रृंखला (चित्र 2) जैसे फ्लैट, फोल्डेबल PCIe एक्सटेंशन केबल घटकों का उपयोग करने के लिए स्विच करेंगे।
3M 8KDx सीरीज PCIe 5.0 एक्सटेंशन केबल घटक छवि
चित्र 2: 3M की 8KDx श्रृंखला PCIe 5.0 एक्सटेंशन केबल असेंबली एक सपाट लचीली केबल असेंबली है जो स्वयं को मोड़ सकती है। (छवि स्रोत: 3M)
8KDx श्रृंखला को PCIe 5.0 मानक के अनुसार डिज़ाइन किया गया है और यह प्रारंभिक PCIe मानकों के अनुसार डिज़ाइन किए गए सिस्टम के साथ बैकवर्ड संगत है। वे क्रमशः आठ और सोलह तारों के साथ दो मॉडल, x8 और x16 में आते हैं। जंपर इंस्टालेशन और सरफेस माउंट (एसएमटी) टर्मिनलों के लिए विकल्प प्रदान करें।
30 AWG सिल्वर प्लेटेड तार को 0.74 मिमी की कुल मोटाई के साथ परिरक्षण परतों के निरंतर ढेर के भीतर रखा गया है। पारंपरिक तारों के कंडक्टर जोड़े अनुदैर्ध्य रूप से एक सर्पिल ढाल परत में लपेटे जाते हैं, जबकि 8KDx श्रृंखला विस्तार तार इसकी तुलना में पतले और नरम होते हैं। एक अधिक लचीला डिज़ाइन कई PCIe एक्सटेंशन डोरियों को महत्वपूर्ण वायुप्रवाह को अवरुद्ध किए बिना एक साथ बंडल और फोल्ड करने की अनुमति देता है (चित्र 3)।
निरंतर स्टैकिंग और सटीक प्लेसमेंट के साथ 30 एडब्ल्यूजी तार का चित्र
चित्र 3: 30 AWG तारों की निरंतर स्टैकिंग और सटीक प्लेसमेंट 8KDx श्रृंखला को वायु प्रवाह में बाधा डाले बिना घटकों को जोड़ने में सक्षम बनाती है। (छवि स्रोत: 3M)
तुल्यकालिक उच्च गति परीक्षण उपकरण
उच्च प्रदर्शन कंप्यूटिंग एप्लिकेशन बड़े डेटासेट को संभालने के लिए समानांतर प्रसंस्करण पर निर्भर करते हैं, जबकि उच्च गति परीक्षण उपकरण को अन्य बाह्य उपकरणों जैसे प्रोसेसर, सिग्नल जनरेटर, ग्राफिक्स कार्ड और ऑसिलोस्कोप से जोड़ा जाना चाहिए। इन प्रणालियों को परीक्षण डेटा की वैधता सुनिश्चित करने के लिए सिंक्रोनस सिग्नल और कम विलंबता की आवश्यकता होती है।
PCIe 3.0, 4.0 और 5.0 मानक एक घड़ी या एकाधिक घड़ियों के साथ सिग्नल सिंक्रनाइज़ेशन का समर्थन करते हैं। इन मानकों के अनुसार निर्मित प्रौद्योगिकियाँ, जैसे कि 8KDx श्रृंखला, 128 b/130 b एन्कोडिंग पर निर्भर करती हैं। इस एन्कोडिंग प्रोटोकॉल में, डेटा पैकेट में 128 बिट्स की जानकारी होती है, जो 2 बिट्स से बंधी होती है जो पैकेट की शुरुआत और अंत को चिह्नित करती है। प्रारंभ और अंत बिट्स का उपयोग घड़ी सिंक्रनाइज़ेशन और त्रुटि का पता लगाने के लिए किया जाता है, जिससे डेटा ट्रांसमिशन के लिए डेटा पैकेट में शेष बिट्स का उपयोग किया जाता है।
8KDx श्रृंखला PCIe एक्सटेंशन केबल डेटा गति और अखंडता को सुनिश्चित करने के लिए 87 ± 5 Ω के प्रतिबाधा वाले तारों का उपयोग करता है। PCIe 3.0, 4.0 और 5.0 मानकों के अनुसार निर्मित सिस्टम की बेसलाइन 85 Ω प्रतिबाधा से कनेक्ट होने पर, ये कंडक्टर प्रतिबाधा बेमेल और सिग्नल प्रतिबिंब को यथासंभव अधिकतम सीमा तक कम कर सकते हैं।
इसके अलावा, परीक्षण इंजीनियर आत्मविश्वास से 8KDx श्रृंखला घटकों के लचीलेपन और स्थान बचाने वाले डिज़ाइन का उपयोग कर सकते हैं। परीक्षणों से पता चला है कि खुले केबलों की तुलना में, जब केबल खुद को मोड़ती है तो सिग्नल की अखंडता कम नहीं होती है (चित्रा 4)।