Cos'è uno switch PCIe?

La quantità di dati elaborati a livello globale è aumentata notevolmente dall'avvento dell'intelligenza artificiale, dell'apprendimento automatico e del cloud-computing. Si prevede che si raddoppierà ogni anno man mano che vengono sviluppate innumerevoli nuove applicazioni, emergono tecnologie di networking più rapide e le capacità di archiviazione aumentano due. Ciò richiede dispositivi e soluzioni ad alta velocità, ad alta larghezza di banda e soluzioni per l'elaborazione dei dati senza soluzione di continuità.

PCIE è solo una delle tante tecnologie che continuano a evolversi per gestire grandi quantità di dati. GPU, dispositivi di archiviazione e apparecchiature di networking sono i componenti che utilizzano slot PCIe con il maggior numero di corsie per una trasmissione di dati più rapida e una larghezza di banda superiore. Questi dispositivi sono generalmente inseriti con slot PCIe o X8 PCIe o X8 che hanno una connessione diretta alle corsie PCIe della CPU o SOC.

Tuttavia, anche le corsie PCIe di tali dispositivi host sono limitate e non sono abbastanza flessibili da gestire più dispositivi. Inserire uno switch PCIe e l'elaborazione dei dati diventa più dinamica.

Switch PCIe

Gli switch PCIe sono dispositivi che espandono il numero di corsie PCIe rispetto a quella che è disponibile da un dispositivo host in modo che più dispositivi possano essere supportati dall'host. Ad esempio, uno switch PCIe può raddoppiare le corsie PCIe di una CPU X16 per supportare più GPU di ciò che la sola CPU può gestire. Alcuni switch possono persino espandere le corsie a centinaia di porte. Ciò consentirà di connettere più dispositivi, superando il numero limitato di corsie PCIe CPUS.

Gli switch PCIe hanno una porta a monte che si collega all'host, diverse porte a valle che si collegano ai dispositivi e una logica di commutazione che instrada i pacchetti di dati tra le porte. A ogni porta a valle viene assegnato un set di corsie PCIe e ogni porta è collegata a un dispositivo in modo che la larghezza di banda non sia condivisa tra i dispositivi; Invece, i pacchetti di dati passano solo attraverso le corsie del dispositivo che lo hanno richiesto.

Gli switch PCIE non richiedono alcun software o driver speciale per funzionare. Gli switch possono essere configurati tramite un software di gestione che i produttori sviluppano per una distribuzione, una configurazione e un monitoraggio più facili dei dispositivi. Non è inoltre necessario installare driver per i dispositivi collegati all'interruttore PCIe se non diversamente richiesto dal sistema operativo. In Windows, ad esempio, il dispositivo aggiunto all'interruttore verrà rilevato automaticamente e il driver verrà automaticamente installato. In effetti, troverai immediatamente il dispositivo sotto il gestore del dispositivo.

Altre funzioni di uno switch PCIe includono la gestione degli interrupt, l'accesso alla configurazione, la gestione dell'alimentazione e la segnalazione degli errori che possono essere monitorati dal software di gestione. Le prestazioni dello switch PCIE dipendono dalla versione PCIe con cui è costruita. Le versioni PCIE più recenti significano metà del numero di corsie rispetto alla versione precedente per la stessa larghezza di banda ma a una velocità di trasmissione più rapida. Proprio come con qualsiasi dispositivo PCIe, è fondamentale per gli switch PCIe tenersi al passo con le iterazioni PCIe per ottenere le prestazioni di picco.

Tipi di switch PCIe

Esistono due tipi di interruttore PCIe: interruttore della ventola e interruttore tessuto. Ogni switch gestisce i traffici di dati in modo diverso. Entrambi i tipi supportano la biforcazione della porta per utilizzare in modo efficiente la larghezza di banda. Con la biforcazione della porta, la porta a monte è divisa in porte più piccole in modo che le altre porte possano essere utilizzate per connettersi ad altre periferiche per ottimizzare completamente le corsie PCIe e la larghezza di banda. Poiché la maggior parte delle GPU può funzionare con corsie X8 senza compromettere le loro prestazioni, le corsie X16 fornite dalla CPU sono divise in porte più piccole come due porte X8 o quattro porte X4 in modo che le altre porte possano essere utilizzate da altri dispositivi.

Gli switch moderni offrono flessibilità nella movimentazione della biforcazione della porta. Invece di un numero fisso di corsie per ciascuna porta, le corsie possono essere ampliate o ridotte in base a ciò di cui un dispositivo ha bisogno per un carico di lavoro specifico. Ciò attiverà le porte inattive mentre non ci sono ancora richieste da altri dispositivi e fornirà al dispositivo attivo più corsie PCIe e quindi una larghezza di banda più alta.

Gli interruttori a ventola sono stati ampiamente utilizzati a causa della loro semplice architettura, ma il tipo di tessuto sta guadagnando popolarità anche a causa della sua versatilità nel gestire più host.

Switch pcie da fanout

La topologia di switch PCIe Fanout è molto più semplice della topologia dello switch Fabric. Le corsie PCIe vengono moltiplicate e quindi divise in serie separate di corsie per diversi dispositivi. C'è solo una porta a monte per il dispositivo host. Poiché i pacchetti di dati seguono un percorso semplice dall'host alla destinazione, gli switch Fanout possono mantenere l'integrità del segnale. Inoltre, gli switch di fanout sono generalmente più facili da distribuire rispetto alle loro controparti in tessuto poiché non richiedono molte impostazioni. Gli switch Fanout possono tuttavia supportare un solo dispositivo host.

Interruttore PCIe in tessuto

L'interruttore PCIe in tessuto è più complesso dell'interruttore Fanout ma è più versatile e flessibile. Non solo può supportare più dispositivi, ma può anche accettare più host. Gli host sono collegati agli stessi dispositivi in ​​modo che al momento sia "non occupato", può accettare le richieste dai dispositivi in ​​modo che i dispositivi non debbano attendere che l'altro host sia disponibile prima che le loro richieste possano essere elaborate. Se vengono fabbricati più host, una moltitudine di dispositivi e sistemi può essere interconnessa per aiutare le organizzazioni a risparmiare sui costi eliminando la necessità di acquistare più sistemi informatici o passare attraverso costosi aggiornamenti per supportare numerosi dispositivi.

Conclusione

Uno switch PCIE funziona sostanzialmente come un controller I/O e ingrandisce le funzionalità dei dispositivi host per supportare più dispositivi. A causa delle loro alte prestazioni, a bassa latenza e basso consumo di energia, gli switch PCIe sono diventati un componente principale dei sistemi informatici nei settori. Gli switch PCIE vengono generalmente utilizzati in server e workstation di difesa di difesa, finanziario, sanitario, industriali e aziendali, nonché in varie apparecchiature di test, apparecchiature di produzione video, apparecchiature per data center, infrastrutture di telecomunicazione, networking e altre applicazioni di connettività. Gli switch PCIe sono i componenti di riferimento dei progettisti di sistemi per interconnettere più sistemi, numerosi dispositivi e altre periferiche. Possono scegliere tra i due tipi di switch PCIe per implementare efficacemente i loro progetti risparmiando in modo efficiente il costo.