Durant des années, les architectures de bus parallèle, tels VME, PCI et PCI-X, ont servi avec succès une vaste gamme d'applications dont les serveurs et autres équipements de communications et stockage. Cependant, les fréquences croissantes des processeurs et des circuits d'E/S ont poussé ces architectures de bus à leurs capacités limites. L'industrie s'est donc tournée vers des structures de bus série, sans toutefois imposer une technologie spécifique pour toutes les applications. Ainsi, les concepteurs ont développé un certain nombre de standards d'inter-connexion série pour divers types de systèmes. Les plus connus sont : PCI Express, mis au point par le comité PCI-SIG ; RapidIO, parrainé par les adeptes de PowerPC ; et HyperTransport, supporté principalement par AMD. Il y a quatre ans, il était impossible de deviner qui allait prendre la main, si tant est qu'un des trois devait dominer ( Electronique n° 135, page 34).

Depuis six mois, il est évident que PCI Express (PCIe) a gagné. Sans doute conduit par les économies d'échelle de la plate-forme PC, PCI Express est aujourd'hui adopté aussi bien dans les systèmes non-PC que par les processeurs embarqués. Un rapport d'études de la société InStat rapportait le mois dernier que le bus PCIe dépasse largement son rival RapidIO pour les interconnexions puce-à-puce. Les applications embarquées et de communications ne représentent encore qu'une petite fraction des systèmes utilisant ce bus ; cependant celles-ci ne cessent de croître. En effet, si 225 des 244 millions de systèmes faisant appel à PCIe étaient, en 2006, des PC et des serveurs, la société InStat prévoit un rapport de 347 millions pour un total de 440 millions d'ici 2010.

La tendance est donc bien marquée et les fournisseurs de circuits pour PCI Express (commutateurs, adaptateurs et autres ponts) ont parfaitement saisi l'opportunité de ce marché en pleine croissance.

Du côté des commutateurs, la société IDT a annoncé en quelques mois sa famille Precise comportant le nombre record de 17 membres pour satisfaire le maximum d'applications possibles. Son concurrent direct, PLX Technology, la talonne avec les 13 commutateurs PCIe de sa série PEX. Sans oublier les circuits Packet24 que propose Pericom et la gamme de Nec qui devrait aussi s'étendre.

Les fournisseurs de blocs IP dédiés à ce bus sont aussi légion, notamment pour les réseaux logiques programmables. Actel, Altera, Lattice, QuickLogic et Xilinx : tous les acteurs du domaine ont leur solution PCIe, souvent issue d'une société tierce partie comme PLDA. Lattice se distingue en annonçant un coeur PCI Express v1.1 pour sa famille LatticeECP2M embarquant un SerDes.

PCI Express est une architecture d'interconnexion série point-à-point, full duplex, dotée d'un protocole de plusieurs niveaux basé sur des paquets. Une ligne correspond à deux paires différentielles, l'une en transmission, l'autre en réception. Le taux de transfert de données est de 2,5 Gbits/s dans chaque direction. Un port correspond à une ou plusieurs lignes. Les applications grand public se contentent généralement d'une ligne, les serveurs et systèmes de stockage optent plutôt pour le gabarit quatre lignes (x4) soit 10 Gbits/s dans chaque sens, les applications haut de gamme de type graphiques ou jeux demandent au moins huit lignes (x8) pour assurer 20 Gbits/s par direction. Sur une carte processeur, dès qu'il faut connecter plus de deux circuits terminaux la présence d'un commutateur s'impose (figure 1).

En novembre dernier, IDT avait annoncé les dix premiers membres de sa famille Precise qui, par la variété de ses caractéristiques en nombre de ports et de lignes, permet de résoudre, avec un composant ayant la taille exacte requise, les problèmes de connexion des E/S pour toutes les applications industrielles à grand public. Ces dix premiers commutateurs comprennent, pour l'entrée de gamme, le 89PES8T5 assurant un débit de données de 4 Go/s avec 8 lignes/5 ports et, pour le haut de gamme, le 89PES48T12 délivrant une bande passante de 24 Go/s pour 48 lignes/12 ports.

En mars, la société a ajouté sept commutateurs à sa série, destinés aux systèmes de communications à base de lames (system blade). Trois d'entre eux, référencés 89PES64H16, 89PES48H12 et 89PES32H18, ciblent l'interconnexion de systèmes (figure 2), avec respectivement 64 lignes/16 ports (le plus grand commutateur PCIe monolithique de l'industrie), 48 lignes/12 ports et 32 lignes/8 ports. Les quatre autres nouveaux membres, nommés PES24NT3/12NT3/16NT2/8NT2 possèdent de 24 à 8 lignes pour 2 ou 3 ports. Il s'agit de commutateurs PCI Express, dits inter-domaines, supportant la traduction d'adresses dans les applications basées sur plusieurs processeurs hétérogènes.

Tous les membres de la famille Precise se distinguent par leur consommation, la plus faible par rapport aux produits concurrents, selon son concepteur. Si l'on regarde du côté d'un des concurrents majeurs, PLX Technology, la suprématie n'est pas évidente. Ainsi prenons le commutateur PEX8525 à 24 lignes et 5 ports de PLX, qui affiche une consommation typique de 2,6 W, et comparons-le au 89PES24T6 avec 24 lignes/6 ports d'IDT qui annonce 3 W en typique. Effectivement IDT gagne de 0,02 W par port. Par contre, les commutateurs PCIe d'IDT sont remarquables en termes de performances de traitement, grâce notamment à leur capacité de supporter 2 Ko de données par transaction (contre seulement 1 Ko pour le produit PLX). Une caractéristique qui leur permet de gérer plus de données en moins de transactions.

L'architecture de type cutthrough (l'en-tête d'un paquet est lu avant d'être transféré vers le port approprié afin de minimiser le temps de latence de la communication) assure un débit pleine vitesse prévisible, pour de multiples flux simultanés, sans que la performance de commutation ne soit affectée par la charge du système. Notons que, comme le montre la figure 2, les transferts s'effectuent aussi bien, et dans les mêmes délais exactement, du processeur maître vers les terminaux qu'entre les terminaux eux-mêmes.

Ces commutateurs offrent une solution PCI Express entièrement compatible avec les spécifications PCIe v1.1 pour répondre aux exigences des applications serveur, de stockage, de communications et embarquées. Autre particularité appréciable : chaque membre de la famille Precise possède son propre kit d'évaluation et de développement.

Notons que la version PCI Express v2.0 a été officiellement annoncée par le comité PCI-SIG le 15 janvier 2007. L'amélioration majeure est le passage du débit par ligne de 2,5 Gbits/s à 5 Gbits/s.

Lattice vient d'annoncer l'extension de sa famille de coeurs IP pour PCIe dans son portfolio ispLeverCORE avec le PCI Express x4 IP, optimisé pour sa série de FPGA ECP2M ciblant les conceptions de fort volume, faible coût et à encombrement limité ( Electronique n° 173 page 22). Au début de l'année, la société avait introduit un bloc IP PCIe x1 pour ces mêmes FPGA ainsi que deux autres coeurs, PCI Express x1 et x4, pour les matrices LatticeSCM destinées aux applications complexes. Comme ses prédécesseurs, ce nouveau coeur IP permet l'implantation en une seule puce d'une solution PCI Express programmable et intégrant un SerDes. Ce coeur et sa carte d'évaluation ont passé avec succès les tests de conformité aux spécifications v1.1.

Lattice est le seul fournisseur de FPGA offrant des solutions PCI Express en une puce qui embarque un module SerDes avec le bloc de codage physique associé PCS (Physical coding sublayer), pour les deux familles ECP2M et SCM.

La société a opté pour une implantation originale du protocole PCIe sur ses FPGA ECP2M. Les parties transaction, lien de données et une grande part du niveau physique relèvent d'un bloc IP logiciel. Le reste du niveau physique du protocole - incluant la compensation de tolérance d'horloge, l'encodage 8 b/16 b et la synchronisation de lien - est totalement enfoui dans le module PCS du FPGA, qui supporte pleinement les opérations à 2,5 Gbits/s. La société estime qu'ainsi les concepteurs peuvent bénéficier d'une solution PCI Express totalement intégrée et de hautes performances combinée avec un PCS/SerDes de faible coût.

Le coeur IP PCIe LatticeECP2M démarre en production ce mois-ci. Il est supporté, comme toutes les autres versions, par la suite d'outils ispLEVER version 6.1.