PCIe 4.0的ESD最佳解決方案

PCIe的全名為PCI-Express，為一種高速串行計算機擴充接口標準，其優(yōu)勢為高速串行雙通道傳輸，且擁有高帶寬的特點，隨著時代演進成為最主流的接口傳輸標準之一。而在系統(tǒng)設(shè)計上，除了用于擴充網(wǎng)卡或是顯示適配器的傳統(tǒng)PCIe插槽外，在SSD技術(shù)的蓬勃發(fā)展下，也發(fā)展出M.2以及NVMe connector作為外接SSD的媒介。為了讓顯卡和SSD能夠不受到CPU頻帶的限制無法充分發(fā)揮性能，PCIe 4.0的技術(shù)就在此背景下應(yīng)運而生。

AMAZINGIC晶焱科技PCIe 4.0的 ESD 最佳解決方案

PCIe 3.0數(shù)據(jù)傳輸率為8Gb/s，而PCIe 4.0 數(shù)據(jù)傳輸率為16Gb/s，是PCIe 3.0的兩倍，且依舊維持PCIe可以向上和向下兼容的便利性，也就是PCIe 3.0的裝置可以與PCIe 4.0的slot連接，也可以將PCIe 4.0的裝置與PCIe 3.0的slot相連接。而傳輸速率提升兩倍(如圖一)也可以使原本需要連接的通道數(shù)減半，進而產(chǎn)生更高的系統(tǒng)設(shè)計彈性，CPU可以空出更多的通道余裕連接至更多的裝置，例如:GPU以及NVMe SSD，消除系統(tǒng)設(shè)計的瓶頸限制，GPU或SSD直接對CPU作連接也消除了大部分延遲的影響。

本文主要針對PCIe4.0的解決方案，而展望未來，Intel已宣布將在Alder Lake-S平臺上將PCIe接口從Rocket Lake的PCIe 4.0升級為PCIe 5.0，雖目前市場上顯示適配器尚以PCIe 4.0為對CPU的主要連接port，但Alder Lake-S已預(yù)計可對外支持x16的PCIe5.0提供給未來新版的顯示適配器使用。另一方面，也提供x4的PCIe 4.0可予NVMe SSD使用，來提高對桌上型玩家的吸引力以及更好的開機速度。而在AMD平臺方面，也將在Zen 4架構(gòu)上加入PCIe 5.0的支持。

CPU大廠競相在PCIe的接口上作升級，大幅提升了對裝置連接的性能，以及滿足了現(xiàn)在消費者對于數(shù)據(jù)串流的需求。除了消費性市場之外，數(shù)據(jù)中心和超級計算機的數(shù)據(jù)傳輸量非常高，目前在邊緣計算、AI和5G network需求方興未艾，需要非常多的服務(wù)器作為儲存數(shù)據(jù)之用，其中會用到非常多的NVMe SSD，NVMe目前可以支持熱插入的使用，以方便數(shù)據(jù)中心的人員作硬盤故障的排除。然而此熱插入的使用場景會帶來對系統(tǒng)的極大的ESD突波威脅，由于SSD多藉由PICe 4.0在NVMe connector對主芯片直接作數(shù)據(jù)傳輸，而目前主芯片制程多已發(fā)展至10 nm以下的先進制程，故此ESD突波造成系統(tǒng)內(nèi)部芯片毀損的案例已相當困擾系統(tǒng)廠商。而在傳統(tǒng)的主板和桌面計算機市場，玩家常會自行更換顯示適配器或是擴充網(wǎng)絡(luò)卡等等透過PCIe接口傳輸?shù)难b置，ESD突波也會透過PCIe slot的路徑造成內(nèi)部芯片發(fā)生不可回復(fù)的損傷。

晶焱科技針對此應(yīng)用推薦使用5V 0201方案AZ5B75-01B于PCIe4.0 Tx.Rx訊號線，其極低的寄生電容值確保了PCIe 4.0的傳輸質(zhì)量(如圖二)。另市場也反應(yīng)近期在PRSNT pin以及PCIe_CLK pin有接獲返修的案例，而AZ5B75-01B亦可以用于上述兩種訊號，優(yōu)異的箝位電壓(如圖三)可有效全面防護PCIe接口免于靜電的威脅，提供高速傳輸應(yīng)用更穩(wěn)定的可靠度。

圖一、PCIe傳輸速度及電氣特性table

圖二、AZ5B75-01B 電容-電壓量測結(jié)果

圖三、AZ5B75-01B TLP量測結(jié)果

Reference: PCI-SIG

審核編輯：湯梓紅