采用桥接方案还是纯PCIe方案

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要不要采用桥所需考虑的因素有哪些呢？为了简化讨论过程，我们假设具有足够性能 和带宽的纯 PCI-X 解决方案已经投产，那么所需考虑的问题是使用纯 PCI-X 解决方案再加 上连接 PCIe 的桥，还是开发全新的 ASIC，并用 PCIe 链路替代 PCI-X 总线。
使用桥来加快产品上市降低开发成本
使用桥与现有 PCI/PCI-X 解决方案有两大充足理由：一是上市时间(TTM)，二是开发 成本。在 TTM 方面的优势非常明显：使用两种现成的成功解决方案可以使设计师直接进入 电路版图设计阶段，从而可以留出大量开发时间用于产品验证阶段。之所以能够实现 TTM
SATA RAID 控制器解决方案几年前就有了，最早采用的是 32 位 PCI 接口。随着 SA TA-2 硬盘驱动器性能要求的不断提高，64 位 PCI-X 接口现已非常普及。当 PCIe 推出后， 服务器很快就转向 PCIe，从而推动了同一 RAID 控制器的 PCIe 版本的迅速开发。一些 R AID 卡设计师插入 PCI-X 到 PCIe 的桥，以此提供 PCIe 连接；也有的设计师采用纯 PCIe 的 ASIC 芯片设计新的 RAID 卡。还有些设计师两种方案都做，在基于桥的设计赢得一些 早期用户的采纳后再实施纯 PCIe 方案。让我们分析一下后者，以便了解他们作出这种选 择的根本原因。
这些桥产品已经上市，它们为端点设计师提供了快速升级到 PCIe 的捷径，并能在纯 PCIe 的系统板上构建 PCI/PCI-X 插槽。业界最初的预想是只有当所有端点解决方案都采用 纯 PCIe 芯片时这些桥才有市场。然而，在 PCIe 系统面市数年后，仍有不少端点解决方案 没有采用纯 PCIe 接口进行重新设计。是否要将端点芯片升级到 PCIe，需要考虑不少因素， 其中包括纯 PCIe 芯片实现成本与市场机会的比较、端点的性能要求，以及开发纯 PCIe 方 案所要求的 PCIe IP 的可用性和兼容性。
优势，是因为来自新芯片设计、创建新掩模组以及验证和认证新芯片所需时间显著减少。 这些工作通常要花一年多的时间，这么长的时间可以直接留给板卡开发。TTM 延迟将导致 严重的收入损失，因为当新芯片设计出来时，竞争性解决方案已被客户选用，而本公司当 前设计会被淘汰。
另外，纯 PCIe 解决方案的开发成本相当高昂。事实上对较低批量的项目来说这是不 可逾越的障碍，因为它无法消化包括 2.5Gbps PCIe 链路在内的芯片所要求的上百万美元 费用。
是否用桥的考虑因素
桥的加入可能增加也可能降低解决方案的性能。桥本身会引入延迟，因此会降低突发 业务的吞吐量。不过，如果 PCIe 器件能够指定可预取的地址空间，那么利用预取可以提 高吞吐量。这种技术一般只可用于嵌入式系统。表 1 总结了是否使用桥的一些关键考虑因 素。
案例 1：利用纯 PCIe 芯片构建 SATA RAID 存储控制器卡
图 3：图形卡中的反向桥接
总结
设计师通常很难决定是使用 PCIe 桥还是开发纯 PCIe 解决方案。他们需要权衡多种因 素，如 TTM、开发和制造成本、性能、连接性以及性能增强要求。一旦这些因素确定后， 他们就能更好地回答这个问题：用桥还是不用桥？
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案例 2：使用 PCIe 到 PCI-X 桥创建 SCSI HBA
目前并行 SCSI 存储还没有足够多的市场机会，因此开发纯 PCIe SCSI HBA 芯片的时 机还不成熟。这意味着在现有 SCSI HBA 之前放置 PCIe 到 PCI-X 桥，就可以满足 PCIe S CSI 卡的要求(见图 2)。这样做有两大好处：缩短 TTM 和降低开发成本。
我们可以通过下面三个接近真实世界的案例研究中所进行的折衷处理，来看看其中蕴 含了哪些设计决策：1)开发新的纯 PCIe 的 CPU 芯片解决方案，并利用该芯片创建 SATA RAID 控制器插卡；2)在现有纯 PCI-X 芯片上增加桥以建立 PCIe SCSI 主机总线适配器(H BA)；3)在采用纯 PCIe 芯片的最新 GPU 做的图形卡上增加桥以建立 PCI 连接。
因此，最新的图形卡设计在纯 PCIe 图形芯片前使用了 PCI 到 PCIe 桥(见图 3)。这样 基于 PCI 的系统就能利用上最新的 GPU 性能，如 DDR2 存储器支持、400+MHz 引擎时钟 和双链路 DVI。由于纯 PCI 芯片不具备最新的 GPU 性能，因此要求 GPU 制造商采用反向 模式的 PCIe 到 PCI 桥来为传统系统提供 PCI 连接性。(反向模式桥接是指上游端口是 PCI 侧，下游端口是 PCIe 侧。不是所有的 PCIe 到 PCI 桥都支持反向模式。PLX 公司的 PEX8 111 和 PEX8114 均支持前向和反向操作)。
图 2：PCIe SCSI 主机总线适配器(HBA)
案例 3：在使用纯 PCIe 芯片的图形卡上利用反向模式的 PCIe 到 PCI 桥建立 PCI 连接
采用纯 PCIe 芯片的图形卡面市已经有好几年了，自从 PCIe 推出后纯 PCI 的图形芯片 即使有也很少推出了。然而，PCI 图形卡市场仍然很大，这是因为需要升级视频功能的 PC I 游戏系统有很大的用户群，而且目前系统中有限的 PCIe 插槽数量迫使系统集成商将 PCI 插槽提供给图形卡使用。
图 1：SATA RAID 控制器
在本案例中，基于 PCI-X RAID 芯片的板卡在市场上才面市不久，PCIe 版的卡就有需 求了。既然这是长期发展的必然趋势，而且 SATA RAID 功能又有足够大的需求量，因此 就选择了开发 ASIC，也就是开发需要花 14 个月时间进行设计和工艺变更才能实现的纯 P CIe 解决方案(见图 1)。工艺技术之所以要改变是因为纯 PCI-X 的 RAID 控制器使用的 0.18 微米 CMOS 技术无法提供 PCIe 物理层(PHY)单元。由于新的 PHY 单元要求以及向更新工 艺(0.13 微米 CMOS)的转变，ASIC 实现似乎存在一定的风险。为了缩短 TTM、降低芯片 开发的风险，因此就有了“两条腿走路”的方案。这样可以快速部署基于桥的解决方案，从 而满足早期用户的需求，一旦 ASIC 芯片通过认证，便可以推更低成本的纯 PCIe 方案了。
纯 PCIe 方案可降低制造成本，缩小板级占用空间
当开发出带 PCIe 链路的新型 ASIC 芯片时，就不再需要增加桥这样的产品了。另外， 与桥相关的电路板面积以及支持 PCI 或 PCI-X 总线所需的引脚都可以消除。原总线接口要 求 100 多个引脚，采用纯 PCIe 方案则可以减少到 4 个(针对 PCIe x1 链路而言，若是 x4 链路引脚数量则为 16)。这种引脚数量的减少同样可以降低 ASIC 成本，减小外形尺寸。
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采用桥接方案还是纯 PCIe 方案？
随着采用纯 PCI Express(PCIe)系统的逐渐普及，许多常用端点解决方案正在针对 PC Ie 连接进行重新设计。
这些解决方案包括网络接口卡(NIC)、存储主机总线适配器(HBA)、图形卡、并口卡以 及以前采用 PCI 和/或 PCI-X 接口的大量其它 I/O 功能卡。然而，许多端点芯片一直没有重 新设计成纯 PCIe 芯片，而且事实上许多芯片根本就没有计划要这样做。本文将讨论 PCIe 端点解决方案是采用纯 PCIe 芯片，还是采用 PCI(或 PCI-X)芯片再加上 PCIe-to-PCI/PCIX 桥所要考虑的因素。
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