隨著采用純PCI Express(PCIe)系統(tǒng)的逐漸普及，許多常用端點解決方案正在針對PCIe連接進行重新設計。

    這些解決方案包括網絡接口卡(NIC)、存儲主機總線適配器(HBA)、圖形卡、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，許多端點芯片一直沒有重新設計成純PCIe芯片，而且事實上許多芯片根本就沒有計劃要這樣做。本文將討論PCIe端點解決方案是采用純 PCIe芯片，還是采用PCI(或PCI-X)芯片再加上PCIe-to-PCI/PCI-X橋所要考慮的因素。

    這些橋產品已經上市，它們?yōu)槎它c設計師提供了快速升級到PCIe的捷徑，并能在純PCIe的系統(tǒng)板上構建PCI/PCI-X插槽。業(yè)界最初的預想是只有當所有端點解決方案都采用純PCIe芯片時這些橋才有市場。然而，在PCIe系統(tǒng)面市數(shù)年后，仍有不少端點解決方案沒有采用純PCIe接口進行重新設計。是否要將端點芯片升級到PCIe，需要考慮不少因素，其中包括純PCIe芯片實現(xiàn)成本與市場機會的比較、端點的性能要求，以及開發(fā)純PCIe方案所要求的PCIe IP的可用性和兼容性。

    我們可以通過下面三個接近真實世界的案例研究中所進行的折衷處理，來看看其中蘊含了哪些設計決策：1)開發(fā)新的純PCIe的CPU芯片解決方案，并利用該芯片創(chuàng)建SATA RAID控制器插卡；2)在現(xiàn)有純PCI-X芯片上增加橋以建立PCIe SCSI主機總線適配器(HBA)；3)在采用純PCIe芯片的最新GPU做的圖形卡上增加橋以建立PCI連接。

     要不要采用橋所需考慮的因素有哪些呢？為了簡化討論過程，我們假設具有足夠性能和帶寬的純PCI-X解決方案已經投產，那么所需考慮的問題是使用純PCI-X解決方案再加上連接PCIe的橋，還是開發(fā)全新的ASIC，并用PCIe鏈路替代PCI-X總線。

使用橋來加快產品上市降低開發(fā)成本

    使用橋與現(xiàn)有PCI/PCI-X解決方案有兩大充足理由：一是上市時間(TTM)，二是開發(fā)成本。在TTM方面的優(yōu)勢非常明顯：使用兩種現(xiàn)成的成功解決方案可以使設計師直接進入電路版圖設計階段，從而可以留出大量開發(fā)時間用于產品驗證階段。之所以能夠實現(xiàn)TTM優(yōu)勢，是因為來自新芯片設計、創(chuàng)建新掩模組以及驗證和認證新芯片所需時間顯著減少。這些工作通常要花一年多的時間，這么長的時間可以直接留給板卡開發(fā)。TTM延遲將導致嚴重的收入損失，因為當新芯片設計出來時，競爭性解決方案已被客戶選用，而本公司當前設計會被淘汰。

     另外，純PCIe解決方案的開發(fā)成本相當高昂。事實上對較低批量的項目來說這是不可逾越的障礙，因為它無法消化包括2.5Gbps PCIe鏈路在內的芯片所要求的上百萬美元費用。

純PCIe方案可降低制造成本，縮小板級占用空間

     當開發(fā)出帶PCIe鏈路的新型ASIC芯片時，就不再需要增加橋這樣的產品了。另外，與橋相關的電路板面積以及支持PCI或PCI-X總線所需的引腳都可以消除。原總線接口要求100多個引腳，采用純PCIe方案則可以減少到4個(針對PCIe x1鏈路而言，若是x4鏈路引腳數(shù)量則為16)。這種引腳數(shù)量的減少同樣可以降低ASIC成本，減小外形尺寸。

是否用橋的考慮因素

    橋的加入可能增加也可能降低解決方案的性能。橋本身會引入延遲，因此會降低突發(fā)業(yè)務的吞吐量。不過，如果PCIe器件能夠指定可預取的地址空間，那么利用預取可以提高吞吐量。這種技術一般只可用于嵌入式系統(tǒng)。表1總結了是否使用橋的一些關鍵考慮因素。

案例1：利用純PCIe芯片構建SATA RAID存儲控制器卡

SATA RAID控制器解決方案幾年前就有了，最早采用的是32位PCI接口。隨著SATA-2硬盤驅動器性能要求的不斷提高，64位PCI-X接口現(xiàn)已非常普及。當PCIe推出后，服務器很快就轉向PCIe，從而推動了同一RAID控制器的PCIe版本的迅速開發(fā)。一些RAID卡設計師插入PCI-X到 PCIe的橋，以此提供PCIe連接；也有的設計師采用純PCIe的ASIC芯片設計新的RAID卡。還有些設計師兩種方案都做，在基于橋的設計贏得一些早期用戶的采納后再實施純PCIe方案。讓我們分析一下后者，以便了解他們作出這種選擇的根本原因。

案例1：利用純PCIe芯片構建SATA RAID存儲控制器卡

     SATA RAID控制器解決方案幾年前就有了，最早采用的是32位PCI接口。隨著SATA-2硬盤驅動器性能要求的不斷提高，64位PCI-X接口現(xiàn)已非常普及。當PCIe推出后，服務器很快就轉向PCIe，從而推動了同一RAID控制器的PCIe版本的迅速開發(fā)。一些RAID卡設計師插入PCI-X到 PCIe的橋，以此提供PCIe連接；也有的設計師采用純PCIe的ASIC芯片設計新的RAID卡。還有些設計師兩種方案都做，在基于橋的設計贏得一些早期用戶的采納后再實施純PCIe方案。讓我們分析一下后者，以便了解他們作出這種選擇的根本原因。

圖1：SATA RAID控制器

      在本案例中，基于PCI-X RAID芯片的板卡在市場上才面市不久，PCIe版的卡就有需求了。既然這是長期發(fā)展的必然趨勢，而且SATA RAID功能又有足夠大的需求量，因此就選擇了開發(fā)ASIC，也就是開發(fā)需要花14個月時間進行設計和工藝變更才能實現(xiàn)的純PCIe解決方案(見圖1)。工藝技術之所以要改變是因為純PCI-X的RAID控制器使用的0.18微米CMOS技術無法提供PCIe物理層(PHY)單元。由于新的PHY單元要求以及向更新工藝(0.13微米CMOS)的轉變，ASIC實現(xiàn)似乎存在一定的風險。為了縮短TTM、降低芯片開發(fā)的風險，因此就有了“兩條腿走路”的方案。這樣可以快速部署基于橋的解決方案，從而滿足早期用戶的需求，一旦ASIC芯片通過認證，便可以推更低成本的純PCIe方案了。

案例2：使用PCIe到PCI-X橋創(chuàng)建SCSI HBA

   目前并行SCSI存儲還沒有足夠多的市場機會，因此開發(fā)純PCIe SCSI HBA芯片的時機還不成熟。這意味著在現(xiàn)有SCSI HBA之前放置PCIe到PCI-X橋，就可以滿足PCIe SCSI卡的要求(見圖2)。這樣做有兩大好處：縮短TTM和降低開發(fā)成本。

圖2：PCIe SCSI主機總線適配器(HBA)

案例3：在使用純PCIe芯片的圖形卡上利用反向模式的PCIe到PCI橋建立PCI連接

   采用純PCIe芯片的圖形卡面市已經有好幾年了，自從PCIe推出后純PCI的圖形芯片即使有也很少推出了。然而，PCI圖形卡市場仍然很大，這是因為需要升級視頻功能的PCI游戲系統(tǒng)有很大的用戶群，而且目前系統(tǒng)中有限的PCIe插槽數(shù)量迫使系統(tǒng)集成商將PCI插槽提供給圖形卡使用。

  因此，最新的圖形卡設計在純PCIe圖形芯片前使用了PCI到PCIe橋(見圖3)。這樣基于PCI的系統(tǒng)就能利用上最新的GPU性能，如DDR2 存儲器支持、400+MHz引擎時鐘和雙鏈路DVI。由于純PCI芯片不具備最新的GPU性能，因此要求GPU制造商采用反向模式的PCIe到PCI橋來為傳統(tǒng)系統(tǒng)提供PCI連接性。(反向模式橋接是指上游端口是PCI側，下游端口是PCIe側。不是所有的PCIe到PCI橋都支持反向模式。PLX公司的 PEX8111和PEX8114均支持前向和反向操作)。

圖3：圖形卡中的反向橋接

總結

  設計師通常很難決定是使用PCIe橋還是開發(fā)純PCIe解決方案。他們需要權衡多種因素，如TTM、開發(fā)和制造成本、性能、連接性以及性能增強要求。一旦這些因素確定后，他們就能更好地回答這個問題：用橋還是不用橋？