Κατά τη διάρκεια των τελευταίων χρόνων ένας μεγάλος αριθμός τεχνολογιών ξεπήδησε από τα ερευνητικά εργαστήρια διαφόρων εταιριών και εμφανίστηκε στο προσκήνιο με στόχο την αντικατάσταση του διαύλου PCI. Μεταξύ αυτών βρίσκεται και η αρχιτεκτονική PCI Express που ήδη παρουσιάσαμε και προβάλλεται ως ο επικρατέστερος υποψήφιος, ενώ δεν θα πρέπει επίσης να παραβλέπουμε τον ισχυρό ανταγωνισμό από τεχνολογίες όπως οι PCI-X, HyperTransport, Infiniband, RapidIO και άλλες. Το σύντομο χρονικό διάστημα που μεσολαβεί μεταξύ της ανακοίνωσης του κάθε προτύπου και την κυκλοφορία του στην αγορά, αποτελεί συχνά αιτία σύγχυσης και προβλημάτων για τους καταναλωτές που δεν γνωρίζουν εκ των προτέρων ποια ή ποιες από αυτές τελικά θα επικρατήσουν. Και όμως, στις περισσότερες περιπτώσεις οι τεχνολογίες που αναπτύσσονται δρουν συμπληρωματικά σε σχέση με τις υπόλοιπες, δεν ανταγωνίζονται δηλαδή ευθέως η μία με την άλλη. Για παράδειγμα, ο δίαυλος PCI Express απευθύνεται κυρίως προς την αγορά προσωπικών υπολογιστών και τους διακομιστές, το PCI-X χρησιμοποιείται ήδη από ορισμένους serves που αποτελούν και τους κύριους αποδέκτες του, η InfiniBand προορίζεται για περισσότερο εξειδικευμένα υπολογιστικά συστήματα, ενώ τέλος οι RapidIO και HyperTransport αποδίδουν καλύτερα στη σύνδεση μεταξύ chips και επομένως θα χρησιμοποιηθούν κυρίως σε πλατφόρμες επικοινωνιών και embedded systems.
PCI-X: Μία από τις σημαντικότερες διαφορές μεταξύ του προτύπου PCI-X και των υπολοίπων ανταγωνιστικών τεχνολογιών, είναι ότι η συγκεκριμένη αρχιτεκτονική είναι πλήρως συμβατή με τον δίαυλο PCI σε επίπεδο συστήματος, οδηγών συσκευών και adaptors. Η έκδοση 1.0 των προδιαγραφών του πρωτοκόλλου εμφανίστηκε μόλις τον Σεπτέμβριο του 1999, όμως η τελική παρουσίαση της τεχνολογίας καθυστέρησε κατά δύο ολόκληρα χρόνια. Το σημαντικό χρονικό διάστημα που μεσολάβησε ίσως αποδειχθεί μοιραίο για το μέλλον του PCI-X, αφού τα πρώτα προϊόντα που υποστηρίζουν τη νέα αρχιτεκτονική άρχισαν να εμφανίζονται μόλις τον προηγούμενο χρόνο. Πρόκειται κυρίως για servers από εταιρείες όπως η Compaq, Dell, Hewlett-Packard και IBM, αφού η συγκεκριμένη αγορά αποτελεί και το φυσικό χώρο του νέου διαύλου.
Οι εταιρείες που ανέλαβαν την ανάπτυξη και προώθηση της αρχιτεκτονικής, ομολογούν σήμερα ότι το σημαντικότερο στρατηγικό λάθος τους ήταν η μη έγκαιρη υποβολή του στον οργανισμό PCI-SIG για πιστοποίηση. Αντίθετα, οι υπεύθυνοι του προγράμματος PCI Express φαίνεται ότι διδάχθηκαν από τα λάθη των ανταγωνιστών τους, σπεύδοντας να θέσουν υπόψη του οργανισμού το πρότυπο που ανέπτυξαν και λαμβάνοντας σε σύντομο χρονικό διάστημα το χρίσμα του διαδόχου. Είναι αλήθεια ότι ο χρόνος παρουσίασης ενός προϊόντος ή μίας τεχνολογίας παίζει καθοριστικό ρόλο στην τελική αποδοχή και επικράτησή του, γεγονός που εξηγεί και το πιεσμένο χρονοδιάγραμμα για την παρουσίαση και κυκλοφορία των πρώτων προϊόντων PCI Express. Σε περίπτωση που οι επίσημες προβλέψεις δεν διαψευσθούν, τα πρώτα συστήματα που θα το υποστηρίζουν θα εμφανιστούν το 2003, περιορίζοντας το χρόνο ζωής του PCI-X σε μόλις 24 μήνες.
Η δυσμενής αυτή προοπτική κατέστησε αναγκαία την βελτίωση του διαύλου PCI-X, πράγμα που επιτεύχθηκε με την κυκλοφορία της εκδόσεως 2.0 των προδιαγραφών του πρωτοκόλλου. Οι νέες προδιαγραφές προβλέπουν την εισαγωγή δύο αναβαθμισμένων -από πλευράς ταχύτητας- εκδόσεων του διαύλου υπό την ονομασία PCI-X 266 και PCI-X 533. Με τον τρόπο αυτό, η συγκεκριμένη οικογένεια διαύλων που μέχρι πρότινος αποτελείτο από τις χαμηλών επιδόσεων εκδόσεις PCI-X 66 και PCI-X 133, συμπληρώνεται με την προσθήκη δύο ακόμη που προσφέρουν αρκετά υψηλότερο ρυθμό διαμεταγωγής και απευθύνονται σε servers υψηλών απαιτήσεων. Η εξέλιξη αυτή αναμένεται να δώσει παράτασης ζωής στο πρότυπο για δύο βασικούς λόγους: επειδή ικανοποιούνται πλέον οι ανάγκες για αυξημένη ταχύτητα, αλλά κυρίως επειδή οι αλλαγές στην αρχιτεκτονική των διακομιστών είναι συνήθως πιο αργές σε σχέση με τους προσωπικούς υπολογιστές.
Σε αντίθεση με την αρχιτεκτονική PCI Express που στρέφεται προς τον σειριακό τρόπο λειτουργίας, το PCI-X υιοθετεί σε μεγάλο βαθμό της βασικές αρχές λειτουργίας του προκατόχου του. Σύμφωνα με αυτόν, κάθε συσκευή που θέλει να επικοινωνήσει στέλνει κατάλληλα σήματα μέσω του διαύλου προς τον τελικό αποδέκτη, ο οποίος με τη σειρά του τα αποκωδικοποιεί και καθορίζει την απάντηση που θα αποστείλει. Η διαδικασία αυτή ολοκληρώνεται σε ένα μόλις clock cycle, ενώ κατά το επόμενο clock cycle ο αποδέκτης αποστέλλει την απάντησή του. Με τη συχνότητα λειτουργίας του διαύλου στα 33 MHz, ο χρόνος που απομένει για την αποκωδικοποίηση των σημάτων είναι 7ns, χρονικό περιθώριο που κρίθηκε αρκετό όταν πρωτοπαρουσιάστηκε ο δίαυλος PCI. Όμως μόλις η ταχύτητα του διαύλου αυξήθηκε στα 66MHz, το αντίστοιχο χρονικό διάστημα συρρικνώθηκε σε μόλις 3ns, δημιουργώντας σημαντικά προβλήματα (οικονομικά και κατασκευαστικά) στην παραγωγή adapters που θα λειτουργούν σε αυτή τη συχνότητα.
Η λύση που υιοθετήθηκε από το πρωτόκολλο PCI-X, είναι ότι όταν το σήμα καταφθάνει στον αποστολέα αποθηκεύεται σε κατάλληλους καταχωρητές, ενώ η αποκωδικοποίησή του γίνεται στο επόμενο clock cycle. Η διαδικασία αυτή, όπως είναι φυσικό, οδηγεί αναπόφευκτα στην εισαγωγή περισσοτέρων clock cycles για κάθε επικοινωνία, γεγονός που αντισταθμίζεται από τις αυξημένες συχνότητες λειτουργίας του PCI-X. Παράλληλα, η νέα αρχιτεκτονική προσθέτει ένα βαθμό ευφυΐας στον δίαυλο, προσθέτοντας ορισμένες πληροφορίες που αφορούν στο μέγεθος των δεδομένων που θα αποσταλούν, την προτεραιότητά τους, τον αποστολέα τους κ.λπ. Το 36-bit πεδίο (attribute field) επιτρέπει στον δίαυλο PCI-X να δίνει προτεραιότητα σε ορισμένα δεδομένα με στόχο την πιο αποδοτική χρήση του διαύλου, ενώ επίσης κάνει καλύτερη χρήση της μνήμης cache, αφού γνωρίζει εκ των προτέρων το μέγεθος των δεδομένων που αποστέλλονται. Σημαντική κρίνεται επίσης η δυνατότητα ελέγχου λαθών που προστέθηκε με την έκδοση 2.0, η οποίο συνεισφέρει σημαντικά στην σταθερότητα και αξιοπιστία του συστήματος. Τέλος, υποστηρίζεται η τεχνολογία «hot plug», ενώ οι επιδόσεις που ανέρχονται έως και 2,36GB/s, επιτρέπουν στον δίαυλο να αντικαταστήσει ακόμη και τις θύρες AGP 8x.
http://www.pcisig.com/specifications/pci_x_20/
http://www.pcisig.com/specifications/pci_x
HyperTransport: Η AMD ξεκίνησε την ανάπτυξη της τεχνολογίας HyperTransport πριν από τρία περίπου χρόνια, όμως η τελική ανακοίνωση του προτύπου έγινε μόλις το Φεβρουάριο του 2001. Σήμερα περισσότερες από 30 εταιρείες συμμετέχουν στην κοινοπραξία που έχει ιδρύσει η AMD, ενώ τριάντα ακόμη έχουν εκδηλώσει την πρόθεσή τους να υποστηρίξουν την τεχνολογία. Ένας σημαντικός αριθμός προϊόντων που βασίζονται στο πρότυπο HyperTransport έχουν ήδη κυκλοφορήσει, με πιο προεξέχοντα αντιπρόσωπο το γνωστό σε όλους X-Box και τα chipset Nforce και Nforce 2.
Κάθε σύνδεση του HyperTransport αποτελείται από unidirectional, point-to-point εσωτερικές συνδέσεις που μπορούν να έχουν εύρος από 2 έως και 32-bit. Η τυπική συχνότητα λειτουργίας του συστήματος ανέρχεται σε 400MHz για συνδέσεις μεταξύ συσκευών, ή 800MΗz για επικοινωνία μεταξύ επεξεργαστών. Ο συνολικός ρυθμός διαμεταγωγής που προσφέρεται αγγίζει τα 12,8 GB/sec, χωρίς όμως να αποκλείεται και η παρουσίαση ταχύτερων εκδόσεων στο μέλλον. Η τεχνολογία HyperTransport υποστηρίζει ασύμμετρες συνδέσεις, πράγμα που σημαίνει ότι η ταχύτητα upstream και downstream μπορεί να είναι διαφορετική, ενώ κατά την έναρξη της επικοινωνίας οι συσκευές μπορούν να καθορίσουν την ταχύτητα διαμεταγωγής που θα χρησιμοποιήσουν.
Η κατανάλωση ηλεκτρικού ρεύματος εμφανίζεται μειωμένη στα 1,2 volts από 2,5 volts, ενώ η δομή του πρωτοκόλλου χωρίζεται σε πέντε συνολικά επίπεδα κατά τα πρότυπα του PCI Express. Πρόκειται για το Physical Layer που καθορίζει τα φυσικά και ηλεκτρικά χαρακτηριστικά των συνδέσεων, το Data Link Layer που εποπτεύει τη διαχείριση λαθών, την έναρξη επικοινωνίας και τις παραμέτρους της, το Protocol Layer που περιλαμβάνει τις εντολές και τα εικονικά κανάλια στα οποία απευθύνονται, το Transaction Layer που αναλαμβάνει την εγγραφή και ανάγνωση δεδομένων χρησιμοποιώντας στοιχεία από το Protocol Layer, και τέλος το Session Layer που στόχο έχει τη διαχείριση της ενέργειας (power management) και του συστήματος γενικότερα.
Το HyperTransport έχει σχεδιαστεί έτσι ώστε να αποτελεί ένα υπερσύνολο του PCI, διατηρώντας τους καταχωρητές, την ορολογία και τη γενική φιλοσοφία του προκατόχου του. Παράλληλα, είναι συμβατό με την υπάρχουσα τεχνολογία Plug and Play, με αποτέλεσμα τα λειτουργικά συστήματα που υποστηρίζουν το συγκεκριμένο πρότυπο να μην χρειάζονται μετατροπές για να αναγνωρίσουν τις συσκευές HyperTransport.
http://www.hypertransport.org/
RapidIO: Η αρχιτεκτονική RapidIO απευθύνεται κυρίως στο χώρο των δικτύων και των τηλεπικοινωνιών, παρόλο που υπόσχεται αυξημένες επιδόσεις και στο χώρο των embedded applications, όπως η αποθήκευση δεδομένων και τα multimedia. Αν και δεν ανταγωνίζεται τις υπόλοιπες τεχνολογίες στο χώρο των προσωπικών υπολογιστών, το πρωτόκολλο αποδεικνύεται ιδιαίτερα αποδοτικό σε συνδέσεις μεταξύ chip, ενώ παράλληλα το κόστος υλοποίησής του κινείται σε πολύ χαμηλά επίπεδα. Η πρώτη έκδοση των προδιαγραφών του ανακοινώθηκε επίσημα τον Μάρτιο του 2001, περιγράφοντας ένα 8-bit full-duplex data path που προσέφερε αρχικό ρυθμό διαμεταγωγής της τάξεως των 0,5 GB/sec. Η μέγιστη ταχύτητα που προσφέρει σήμερα ο συγκεκριμένος δίαυλος ανέρχεται σε 4 GB/sec, με την 16-bit έκδοση του διαύλου να έχει ήδη κάνει την εμφάνισή της. Το RapidIO δεν διεκδικεί την απόλυτη συμβατότητα με τον προκάτοχό του, ωστόσο μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως μία αποδοτική γέφυρα προς τα πρωτόκολλα PCI και PCI-X. Η αρχιτεκτονική του αποτελείται από τρία διαφορετικά επίπεδα (logical, transport και physical), καθένα εκ των οποίων μπορεί να μεταβληθεί στο μέλλον χωρίς να προκληθούν προβλήματα συνεργασίας με τα υπόλοιπα.
InfiniBand: Τον Οκτώβριο του 2000, ο οργανισμός InfiniBand Trade Association παρουσίασε την πρώτη έκδοση των προδιαγραφών της αρχιτεκτονικής InfiniBand. Η τεχνολογία βασίστηκε σε δύο ξεχωριστές πρωτοβουλίες υπό τον τίτλο «Next Generation I/O» και «Future I/O» από τις εταιρείες Intel, Dell, Hitachi, Sun Microsystem και Compaq, HP, IBM, 3Com αντίστοιχα. Στόχος του InfiniBand είναι η δημιουργία μίας υψηλών επιδόσεων σύνδεσης μεταξύ διακομιστών (server-to-server), καθώς και η σύνδεση των διακομιστών με το σύστημα αποθήκευσης δεδομένων (server-to-storage). Πέρα από τη βασική αυτή λειτουργία του προτύπου, το InfiniBand επιτρέπει τη συνολική αλλαγή της αρχιτεκτονικής των διακομιστών, δημιουργώντας τα λεγόμενα «server blades». Πρόκειται μεγάλο αριθμό διακομιστών τοποθετημένους σε ειδικές συστοιχίες (racks), που μέσω της νέας τεχνολογίας θα μπορούν να επικοινωνούν και ουσιαστικά να μοιράζονται του υπόλοιπους πόρους του συστήματος, όπως τις κάρτες δικτύου. Τα πρωτόκολλα PCI, PCI-X και PCI Express θα μπορούσαν να χρησιμοποιούνται στο εσωτερικό αυτών των servers, ενώ το πρότυπο InfiniBand θα επέτρεπε τη σύνδεση όλων των server αναμεταξύ τους και με τα υπόλοιπα υποσυστήματα, δημιουργώντας ένα ολοκληρωμένο υπολογιστικό σύστημα. Το πρωτόκολλο διαθέτει μία uni-directional σύνδεση που προσφέρει συνολική διαμεταγωγή της τάξεως των 0,5 GB/sec, ενώ ανάλογα με τον αριθμό των καναλιών που χρησιμοποιούνται η ταχύτητα αυτή μπορεί να αυξηθεί έως τα 6 GB/s.
Είναι αλήθεια ότι η εσωτερική αρχιτεκτονική του προσωπικού υπολογιστή μας, αποτελεί ένα από τα μεγαλύτερα μυστήρια τόσο για τους νέους, όσο και για την πλειοψηφία των παλαιοτέρων χρηστών. Παρόλο που κανείς δεν μπορεί να αμφισβητήσει τη σημασία της αναφορικά με τις επιδόσεις και την αξιοπιστία του μηχανήματος, λίγοι είναι αυτοί που έχουν ασχοληθεί σημαντικά με τα διάφορα πρότυπα που κατά καιρούς εμφανίζονται και σιγά-σιγά αντικαθιστούν ή συμπληρώνουν τα προηγούμενα. Σημαντικό ρόλο σε αυτό έχει διαδραματίσει το πλήθος των διαφορετικών πρωτοκόλλων που συναποτελούν την αρχιτεκτονική των υπολογιστών σήμερα, καθώς και ο σχετικά περίπλοκος τρόπος λειτουργίας τους που ενδιαφέρει κυρίως τους πολύ έμπειρους χρήστες. Η εκ βάθρων αλλαγή που έχει ήδη δρομολογηθεί, αποτέλεσε μία πρώτης τάξεως ευκαιρία για να παρουσιάσουμε ορισμένες από τις τεχνολογίες που αναπτύσσονται και να συνειδητοποιήσουμε την περίπλοκη λειτουργία των υπολογιστών. Τα πρότυπα PCI, AGP, Hub Link, V-Link, MulTIOL, USB, Firewire και πολλά άλλα, θα μπορούσαν στο σύνολό τους να αντικατασταθούν από το επερχόμενο PCI Express, δημιουργώντας τον ριζικά ανανεωμένο και με πλήρη ομοιογένεια υπολογιστή του μέλλοντος. Το νέο πρότυπο υπερκαλύπτει την ταχύτητα που προσφέρουν οι προκάτοχοί του, ενώ παράλληλα παρέχει μεγάλη ευελιξία που επιτρέπει τη χρήση του για τη σύνδεση τόσο των εσωτερικών κυκλωμάτων, όσο και των καρτών επέκτασης ή άλλων περιφερειακών συσκευών.
Παρά τα οφέλη που θα προέκυπταν από την ολοκληρωτική υιοθέτησή του, κάτι τέτοιο θα πρέπει μάλλον να αποκλειστεί. Αντιθέτως, το PCI Express θα αναγκαστεί τελικά να συνεργαστεί και να συμβιώσει με κάποιο ή κάποια από τα υπάρχοντα πρότυπα, αφού πολλές συσκευές δεν έχουν προς το παρόν τίποτε να ωφεληθούν από μία ενδεχόμενη αλλαγή. Η συνδεσμολογία εξωτερικών συσκευών για παράδειγμα, καλύπτεται πλήρως από τα υφιστάμενα πρότυπα USB και Firewire, ενώ τυχόν αντικατάσταση των συσκευών που τα υποστηρίζουν θα οδηγούσε σε τεράστια οικονομικά έξοδα τους καταναλωτές, προκαλώντας ταυτόχρονα σημαντικούς τριγμούς στην αγορά. Παράλληλα, δεν θα πρέπει να αγνοήσουμε ότι οι ανάγκες κάθε υποσυστήματος αυξάνονται με διαφορετικούς ρυθμούς. Ενώ, λοιπόν, για τις κάρτες γραφικών απαιτείται συνεχώς μεγαλύτερο bandwidth, τα modem αρκούνται σε πολύ ταπεινότερους διαύλους. Γι’ αυτό το λόγο, είναι λογικό τα πρότυπα σύνδεσης ορισμένων υποσυστημάτων να είναι διαφορετικά και να αντικαθίστανται ταχύτερα. Το ερώτημα που τίθεται πλέον, είναι ποια από τα σημερινά πρότυπα θα πλαισιώσουν το νέο ηγέτη, και ποια θα μπουν για πάντα στο χρονοντούλαπο της ιστορίας.
