Na última década, a largura de banda e a taxa de transmissão de dados necessárias para aplicações de computação têm aumentado ano a ano. Nas principais indústrias, a procura de largura de banda duplica aproximadamente a cada três anos. Isto é impulsionado principalmente por uma taxa composta de crescimento anual de até 45% para serviços de telecomunicações, serviços de computação em nuvem e fornecedores de tecnologia da informação, particularmente nos setores bancário, de valores mobiliários e de seguros. Além disso, as empresas de inteligência artificial (IA) baseadas em Large Language Models (LLMs) também continuam a expandir os seus negócios. A automação industrial, incluindo detecção auxiliada por IA e veículos autônomos, também promove a necessidade de maior largura de banda e velocidades de dados mais rápidas.
A infraestrutura que fornece dados de alta velocidade para essas aplicações inclui redes com e sem fio. Mas na computação de alto desempenho (HPC), equipamentos de teste de alta velocidade e hardware de jogos, a conexão entre a unidade central de processamento e os periféricos também deve suportar taxas de transferência de dados continuamente crescentes.
O poder do PCIe
Dispositivos ou componentes de rede conectados à unidade central de processamento exigem uma maneira simplificada de transmitir dados com rapidez e precisão, que é a tecnologia de interconexão de componentes periféricos (PCI). Vários submercados de computação, incluindo servidores e data centers, automotivo e industrial, estações de trabalho e dispositivos portáteis, adotam a arquitetura serial ponto a ponto PCI Express (PCIe) para obter transmissão de dados rápida e confiável.
PCI-SIG, é a abreviatura de Peripheral Component Interdisciplinary Group, uma aliança de aproximadamente 900 empresas membros responsáveis pelo desenvolvimento e gerenciamento de padrões abertos da indústria para a tecnologia PCIe (Figura 1).
Taxa de dados de especificação PCIe (Gb/s)
(Codificação) Unidirecional x16
Largura de banda do canal * anual
1,0 2,5 (8b/10b) 32GB/s 2003
2,0 5,0 (8b/10b) 64GB/s 2007
3,0 8,0 (128b/130b) 126GB/s 2010
4,0 16,0 (128b/130b) 252 GB/s 2017
5,0 32,0 (128b/130b) 504 GB/s 2019
6,0 64,0 (PAM-4, Flit) 1024 GB/s
(~1 TB/s) 2021
*- Largura de banda após deduzir a sobrecarga de codificação
Figura 1: Desde 2003, as especificações dos componentes de conexão PCI do PCI-SIG têm apoiado o crescimento contínuo das taxas de transmissão de dados. (Fonte da imagem: PCI-SIG)
A organização lançou o padrão PCIe 1.0 em 2003, que suporta transmissão de 2,5 gigabits por segundo (GT/s) e atendeu aos requisitos do padrão sem fio 3G da época. As atualizações subsequentes abriram caminho para o aumento anual na taxa de transferência de E/S, garantindo ao mesmo tempo a compatibilidade com versões anteriores. Por exemplo, dispositivos que atendem à especificação PCIe 5.0 podem atingir uma taxa de 32,0 GT/s por canal e são compatíveis com a rede 5G necessária para streaming de mídia e computação de ponta.
Esse rendimento mais alto fornece suporte para baixa latência necessária para IA e processamento de borda, automação industrial, equipamentos de teste e jogos. A arquitetura ponto a ponto da tecnologia PCIe também suporta desempenho de alta eficiência energética, que é uma consideração importante para aplicações de computação avançadas.
Manter o resfriamento dos componentes HPC
Mesmo com as taxas de dados aprimoradas e a eficiência energética fornecidas pela mais recente tecnologia PCIe, os aplicativos de computação de alto desempenho (HPC), como detecção de fraudes financeiras em tempo real, sistemas de modelagem de grandes linguagens de IA e dinâmica de fluidos computacional (CFD), ainda exigem vários processadores paralelos. Gerenciar a dissipação de calor e as restrições de espaço e atender a essa demanda não é uma tarefa fácil, especialmente quando há competição por espaço entre cabos de dados e canais de fluxo de ar que conectam componentes e processadores.
Nesse caso, os projetistas de dispositivos de computação de alto desempenho passarão a usar componentes de cabo de extensão PCIe planos e dobráveis, como a série 8KDx da 3M (Figura 2).
Imagem do componente do cabo de extensão PCIe 5.0 série 3M 8KDx
Figura 2: O conjunto de cabo de extensão PCIe 5.0 da série 8KDx da 3M é um conjunto de cabo plano flexível que pode ser dobrado sozinho. (Fonte da imagem: 3M)
A série 8KDx foi projetada de acordo com o padrão PCIe 5.0 e é compatível com versões anteriores de sistemas projetados de acordo com os primeiros padrões PCIe. Eles vêm em dois modelos, x8 e x16, com oito e dezesseis fios respectivamente. Fornece opções para instalação de jumpers e terminais de montagem em superfície (SMT).
O fio banhado a prata 30 AWG é colocado com precisão dentro de uma pilha contínua de camadas de blindagem, com espessura total de 0,74 mm. Os pares condutores de fios tradicionais são enrolados longitudinalmente em uma camada de blindagem em espiral, enquanto o fio de extensão da série 8KDx é mais fino e macio em comparação a ele. Um design mais flexível permite que vários cabos de extensão PCIe sejam agrupados e dobrados sem bloquear o fluxo de ar crítico (Figura 3).
Imagem de fio 30 AWG com empilhamento contínuo e posicionamento preciso
Figura 3: O empilhamento contínuo e a colocação precisa de fios 30 AWG permitem que a série 8KDx conecte componentes sem obstruir o fluxo de ar. (Fonte da imagem: 3M)
Equipamento de teste síncrono de alta velocidade
As aplicações de computação de alto desempenho dependem do processamento paralelo para lidar com grandes conjuntos de dados, enquanto os equipamentos de teste de alta velocidade devem ser conectados a outros periféricos, como processadores, geradores de sinais, placas gráficas e osciloscópios. Esses sistemas requerem sinais síncronos e baixa latência para garantir a validade dos dados de teste.
PCIe 3.0、 Os padrões 4.0 e 5.0 suportam sincronização de sinal com um único relógio ou vários relógios. As tecnologias fabricadas de acordo com esses padrões, como a série 8KDx, contam com a codificação 128 b/130 b. Neste protocolo de codificação, o pacote de dados contém 128 bits de informação, delimitados pelos 2 bits que marcam o início e o fim do pacote. Os bits iniciais e finais são usados para sincronização do relógio e detecção de erros, usando assim os bits restantes no pacote de dados para transmissão de dados.
O cabo de extensão PCIe da série 8KDx usa fios com impedância de 87 ± 5 Ω para garantir ainda mais velocidade e integridade dos dados. Quando conectados à impedância básica de 85 Ω de sistemas construídos de acordo com os padrões PCIe 3.0, 4.0 e 5.0, esses condutores podem minimizar a incompatibilidade de impedância e a reflexão do sinal ao máximo possível.
Além disso, os engenheiros de teste podem utilizar com confiança a flexibilidade e o design que economiza espaço dos componentes da série 8KDx. Os testes mostraram que, em comparação com cabos desdobrados, a integridade do sinal não diminui quando o cabo se dobra (Figura 4).