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2007 年 3 月 第 4 回【目次】
本格検討、PCI Express！どこで PCI Express は導入されているの？ ... 2
1 一般的な PCI Express のシステム ... 2
2 PCI Express Switch に注目！ ... 3
2.1 Switch とは ... 3 2.2 Switch のルーティング機能 ... 3 2.3 レイテンシーについて... 4 2.4 ペイロードサイズについて ... 4 3 PLX 社の Switch チップ... 4 3.1 製品ラインナップ ... 5 4 PCI Express 導入アプリケーション事例 ... 6 4.1 ストレージ ... 6 最後に… ... 7
本格検討、PCI Express！どこで PCI Express は導入されているの？
1 一般的な PCI Express のシステム
PCI Express システムは一般的に以下の図のような構造となっています。 CPU、Root Complex、Memory、Switch、Bridge、Endpoint から構成されており、 見た目では PCI のシステムとそれほど変わっていないのではないかと感じるかもしれません。目新し い言葉といえば Root complex でしょうか。Root complex は GMCH (Graphics Memory Controller Hub) や ICH (I/O Controller Hub) を含む PCI Express 対応のメインブリッジのようなイメージです。
この Root complex はシステムを構成する上で要となる機能ですので、Root complex の対応する PCI Express レーン数、ポート数、ペイロードサイズ、バッファサイズを十分考慮して、設計を進めていきま しょう。
そしてこの Root complex の PCI Express リンクと Endpoint を接続するのが Switch です。
PCI Express は point to point 接続ですので、複数のデバイスを同一バス上に接続する事はできませ ん。よって、3 つ以上のデバイスを接続したいという際には必ず Switch が必要となります。PCI Express システムにおいて Switch はキーデバイスと言えるでしょう。
2 PCI Express Switch に注目！
ここで、Switch に注目します。大規模システムでは複数の PCI Express デバイスを接続する場面が多 く見られます。ここで Switch はどのような役割を持つのでしょうか。
Switch を中心として PCI Express システムの特徴を見ていきましょう。
2.1 Switch とは
Switch とは前節でも述べた通り、複数の PCI Express デバイスを接続する為に必要になるデバイスで す。
例えば以下の図の中央に位置する Switch には 1 つの Root Complex、4 つの End Point、1 つの Bridge、2 つの PCI Express コネクタが接続されています。よってこの Switch は全てのポート数を足し て 8 ポート品となります。そしてそれぞれのポートにレーン数が割り当てられています。ここでは全デバ イスのレーン数を足した 28 レーンを接続する事ができる Switch を使用しています。 Switch 検討時はこのポート数とレーン数が必要数とより近いデバイスを選定する事が必要です。
2.2 Switch のルーティング機能
Switch を使用する事によって得られるメリットの一つはルーティング機能です。 例えば USB のデータ転送方法を想像してみましょう。USB はデータ転送する際には全ての転送にお いて一度ホストを経由してからあて先へデータを届けていました。では PCI Express における Switch ではどうかというと、End point 同士の転送であれば Root Complex を介する必要はありません。
Switch は Endpoint から送られてくるパケットのヘッダー部分を読み取りあて先を確認し、Root Complex の指示を受けることなくあて先ポートへ送り出します。
よって、Root Complex は Endpoint 同士の転送に介入することがないので負荷が減り、パフォーマン スを高く保つことができます。
2.3 レイテンシーについて
レイテンシーとはパケットがデバイスに入ってから出て行くまでの時間を指します。 この時間が短い程効率よくデータ転送が行える事はおわかり頂けると思います。 Switch はシステムの中央部にあたる為、Switch のレイテンシーがより小さなデバイスを選ぶ事がパフ ォーマンスを保つ為に重要となります。2.4 ペイロードサイズについて
PCI Express はパケットによりデータ転送を行います。パケットはアドレスや転送方式、エラーチェック など様々な機能を含んでいますが、この中でデータ部分だけの事をペイロードサイズといいます。 PCI Express デバイスはデバイスによって最大 Payload size が決まっています。ペイロードサイズは大きい方が一つのパケットで多くのデータを送ることができると言えます。しかし、 エラー発生時やリアルタイムな転送を必要とする時は小さなパケットを多く送った方が転送効率が良 い場合もあります。 また、一つのシステム中に最大ペイロードサイズの違うデバイスが複数存在した場合は最大ペイロー ドサイズが一番小さなデバイスに合わせて転送を行いますので、いくら大きな最大ペイロードサイズを もつデバイスが含まれていたとしてもそのペイロードサイズは生かせないでしょう。 現在、128byte、256byte の最大ペイロードサイズを持つチップセットがほとんどです。
また、Windows Vista は 2048byte に対応できますので、今後チップセットがさらに大きなペイロードサ イズに対応したとしても十分対応できるように作られています。
3 PLX 社の Switch チップ
PLX Technology 社ではこの PCI Express システムのキーデバイスである Switch チップを数多く扱っ ています。元々PCI 関連デバイスを扱ってきた PLX Technology 社では PCI Express が規格化された 当時、どこよりも早く PCI Express デバイスを市場に投入し、長年サポートを行ってきました。蓄積され たノウハウとサポート体制によりお客様に多くのメリットを提供しております。Switch チップの他、 Bridge チップも扱っておりますが、ここでは Switch の特徴とメリットを以下にまとめさせて頂きました。 Bridge チップに関しましてはこちらをご覧下さい。 【詳細リンク先】 PLX 社 Bridge チップ http://www.paltek.co.jp/plx/products/01_PCI-Express/index.htm メリット１、他社にない多数の製品ラインナップ PLX Technology 社の Switch 製品は現在 10 製品。レーン数やポート数、機能面でも多くのパターン をご用意しておりますので、お客様の必要とするスペックにより近いデバイスを見つけて頂くことができ ます。 ２、低レイテンシー仕様 Switch を使用する際にパフォーマンスを左右する要因の一つがレイテンシー（パケットがＳｗｉｔｃｈを通 過する時間）ですが、PLX Technology 社ではこれを短くする為、初期の Switch から改版を重ね、現 在では 110ns まで実現しています。
３、Flexible Lane 対応 一般的な Switch チップは各ポートに対してレーン数が固定されています。PLX Technology 社の Switch チップは各ポートにおけるレーン数を自由に選択する事ができます。（x1、x2、x4、x8、x16） 各ポートに必要なレーン数を割り当てることができる為、無駄なレーンを最小に抑える事ができます。 ４、I2C 対応 I2C は主に近距離に配置されたデバイス間での高速通信(100Kbps/400Kbps/3.4Mbps)を行うための バスですが、PLX の Switch はこれを持っているため I2C を通じてレジスタ設定値の変更や EEPROM への書き込みを行うことができます。PCI Express レーンに何かしら障害生じた場合もこのバスを使用 して設定の保存や変更が可能になります。 ５、評価キットサポート 評価ボードの他、回路図、ドライバ、API など、設計に必要になるツールをご用意しています。 【詳細リンク先】 PLX 社 評価キット http://www.paltek.co.jp/plx/products/05_RDK/index.htm
3.1 製品ラインナップ
PLX では 2004 年に PCI Express Switch をはじめにリリースしてからラインナップを続々と追加してき ました。初期の Switch と近日リリースされた Switch はピンコンパチ製品も多く、
お客様の使いやすさを一番に考え製品を企画しております。
今後は Gen１対応の Switch だけでなく、Gen2 に対応したで Switch のリリース、更に多レーン、多ポ ート品、ひとつのアプリケーションにターゲットを絞った製品など、PCI Express の波にのった製品を多 くリリースしていくでしょう。
Part Number Lanes Ports Hot-Plug
ControllersNon-Transparency Latency (ns) Power (W) Typ. Package Size (mm) PEX 8508 8 5 5 Yes 150 1.6 19 x 19 PEX 8516* 16 4 4 Yes 275 3.2 27 x 27 PEX 8517** 16 5 4 Yes 150 2.6 27 x 27 PEX 8518 16 5 5 Yes 150 2.6 23 x 23 PEX 8524 24 6 6 Yes 275 3.9 31 x 31^ PEX 8525 24 5 3 No 115 2.6 31 x 31 PEX 8532 32 8 8 Yes 275 5.7 35 x 35 PEX 8533 32 6 3 No 115 3.3 35 x 35 PEX 8547 48 3 0 No 110 4.9 37.5 x 37.5 PEX 8548 48 9 3 No 110 4.9 37.5 x 37.5 ピン互換製品 ・ PEX8516 PEX8517 ・ PEX8524 PEX8525 ・ PEX8532 PEX8533
【お問い合わせ先 】 https://www.paltek.co.jp/plx/toiawase/form.htm
4 PCI Express 導入アプリケーション事例
現在 PCI Express が使用されるアプリケーションの多くはサーバ、ストレージ、通信機器、組み込み機 器などですが、実際どのように導入されているのでしょうか。4.1 ストレージ
ここで例に挙げさせて頂くのはストレージです。 以下の図の構成を見て下さい。サーバ 2 台に対してストレージが接続されています。 サーバとストレージ間のインタフェースは Fiber Chanel となっていますが、ストレージ内部の インタフェースは PCI Express が使用されています。 ではなぜ PCI Express を使用する必要があったのでしょうか。 PCI Express 採用された要因このストレージではサーバとの接続部分を Fiber Chanel、Disk との接続部分を SAS(Serial Attached SCSI)で行っています。Fiber Chanel では 4Gbps、SAS では 3Gbps 程度の転送パフォーマンスが可 能となり、ストレージの高速化が進むにつれて内部バスも高速対応を余儀なくされていました。既存の バスや独自バスではこの要求を十分に満たす事は難しかった為、PCI Express が検討されました。 PCI Express は今後長く使われる事を想定して作られたバスですので、転送パフォーマンスは十分で した。さらに、周辺デバイス、ここでは CPU が PCI Express 対応していた事で PCI Express の採用が
決定しました。 PLX の Switch チップが採用された要因 PLX Technology 社の Switch チップは市場にいち早く投入され、採用実績を重ねてきたチップです。 この件においても、他社製品のラインナップが少ない中、PLX Technology 社の豊富なラインナップに よりお客様の探しているチップが見つかりました。 PLX Technology 社は市場を捉えていたといえるでしょう。
最後に…
このように、PCI Express が注目を集める中、皆さんには PCI Express 導入において考えて頂く事が たくさんあります。PCI Express の基本構成、レイヤー構造、実現方法、導入時期、周辺デバイス、ソ フトウェア、など一度には検討しきれないと思いますが、そんな時は以下、弊社お問い合わせ対応窓 口までご連絡頂けましたら幸いです。
今後も PCI Express についての情報を発信させて頂きますので、よろしくお願い致します。
