未来的高速总线：3GIO

邱晓光 
2001年 38期

　　日前，英特尔公司的3GIO（Third Generation Input/Output，第三代输入输出）技术获得业界标准组织PCI-SIGPCI利益集团　表决通过，将成为PC 内部连结显卡、网卡等装置的新标准，逐步取代目前通用的PCI技术。发布3GIO的目的是统一输入输出设备标准，放弃AGP这类专用的图形总线。3GIO将会成为适应未来个人电脑、笔记本电脑、服务器以及嵌入式通讯所需带宽的多用途互连技术。
　　　　3GIO也称为Arahahoe和串行PCI技术，是英特尔开发的未来技术，提供高带宽、高速度连接计算机子系统和I/O周边设备，从目前来看，为了简便起见，3GIO很可能命名为PCI 3.0。
　　#1    为何需要升级
　　　　目前，在输入输出标准领域占主导地位的是PCI标准，连接了声卡、调制解调器和网卡等设备。普通家用电脑使用PCI 2.x @32bit/33MHz接口，价格低而速度慢。高端服务器使用PCI @64bit/66MHz接口，虽然速度有所提高，但费用高得令人不敢问津。即使是号称接班人的PCI-X（请参见今年《电脑报》14期C1版），生产成本也不见得便宜到哪里。
　　　　电脑升级从深层意义上而言，不仅只限于使电脑能够支持新的高速处理器，如果没有相匹配的输入输出、图形子系统、外围设备，以及连结它们的高速总线，就会形成速度瓶颈。工程师一直寻求一种解决方案，能够使电脑的发展步伐跟上越来越快的GHz级处理器，限于成本因素，64位PCI已经无法担当此重任。PCI的最新版本PCI-X可以满足目前的数据传输速度需求，但在以后的两年里，PCI-X的带宽也不能满足需求，而那时就该由Arapahoe来承担这一重任了。3GIO的数据传输速度可望比最高速的PCI技术（PCI-X）快6倍之多，也只有3GIO才能同时配合10GHz CPU、DDR Ⅱ、G级以太网、1394b、USB 2.0和InfiniBand等宽带接口（^38030101a^）。
　　#1    3GIO技术介绍
　　　　第三代I/O是一种串行I/O互连规范，允许系统内的部件可以高速连接实现未来应用所需的高带宽，可以加快网卡和图形系统的数据传输速度。
　　　　PCI使用32或64条平行线传输数据，而3GIO使用的线路会更少，但速度会加快而且数据不需要同步。PCI-X利用一根线或者2、4、8、16、32、64根线来达到高互连速度，64组线缆中每根线的传输速率为17 MB/s，所以它的带宽为1.1GB/s，，除非用光纤，否则不可能有很大提高。而最初的3GIO开发完成后，每根3GIO线缆的数据传输速率至少是PCI-X技术的12倍，也就是说，单根3GIO线缆的速度可以达到206 MB/s，8线版本的为1.6GB/s，而32线的速度也就是6.4GB/s，大约是PCI-X技术的6倍，改进版本将会更强。相对来说，目前最快的以太网卡速度为120MB/s，最快的图形接口传输标准AGP 4×也不过1.06GB/s，因此3GIO技术有足够的带宽满足未来计算机设备的需要（请参见下表几种常见系统总线的比较）。（^38030101d^）
　　　　注：3GIO分两条插槽，一是原来的PCI，二是3GIO的新增部分（^38030101b^），两部分的传输带宽加起来大于2.5GB/s。
　　　　3GIO的特性还包括以下几个方面：支持PCI-X协议、可实现PCI-X的QDR 4倍数据传输方式、针对流式视频/音频的QOS（Quality of Service，服务质量）、支持线缆以及无线形式、改进电源管理、扩展编程模式、完全支持针对PCI标准开发的软件、完全兼容PCI标准硬件、支持PCI周边设备、简化的协议、改进容错能力（ECC以及CRC）。其中和其他总线相比最具有竞争力的就是对PCI协议和设备及基于PCI技术的软件的向下兼容性，使得升级的相关成本大大降低。
　　#1    竞争与合作并存
　　　　◆HyperTransport
　　　　作为英特尔在CPU市场的最大对手，AMD推出的HyperTransport技术主要用于芯片之间的信息交换，比如处理器和内存控制器或PCI系统之间的交换、面向网络硬件、服务器以及台式电脑。
　　　　HyperTransport标准已经开始被一些企业采用，如苹果公司宣布将这一技术应用于苹果公司产品的生产。还有NVIDIA的nForce DDR芯片组，HyperTransport为其北桥和南桥之间提供了800MB/s的带宽。
　　　　HyperTransport的魅力在于确保了与基于PCI的产品的兼容性，并保护了OEM厂商们在这个“古董”技术上的庞大投资。开发者可以在HyperTransport接口上将PCI命令打包，从而使与PCI设备接口的驱动程序能不加修改便能正常运行，使得向新的标准过渡变得很轻松。
　　　　◆RapidIO
　　　　与HyperTransport一样，RapidIO也是一种延续PCI总线生命力的架构，但RapidIO是专门针对网络和嵌入式应用而设计。IBM公司最近加入了RTA（RapidIO Trade Association，RapidIO行业协会），并声称旗下所有的新一代PowerPC器件采用RapidIO互连技术，以帮助该技术规范地发展。
　　　　RapidIO与HyperTransport很相似，但在开放性上优于后者，HyperTransport不具备对等通信功能，其支持者正在就此进行努力，但该技术一直没有真正开放，而只是一项专有技术。
　　　　◆其他一些总线技术
　　　　3GIO与InfiniBand在低端功能方面有重叠之处，但InfiniBand主要用于连结服务器丛集等高端任务，而3GIO缺乏InfiniBand般的可扩充性、可靠性和性能，不会影响它的发展。至于USB（Universal Serial Bus，通用串行总线）和IEEE1394，3GIO会连接而非取代它们。
　　　　而具有戏剧性的是，当包括API网络公司在内的公司都把HyperTransport作为PCI的后继者时，AMD却不这么认为。
　　　　HyperTransport标准和3GIO标准有很多重叠之处，它们中的任何一种都可以完成所有的任务。HyperTransport在成为一种行业标准这一点上已经走在了前面，但它很快将失去前进的动力，仅仅作为一种不错的5年标准，但却无法成为一种出色的10年标准。显然，AMD也看出了这一点，所以和英特尔合作，准备把HyperTransport融合到3GIO中。（^38030101c^）
　　　　简单地说，HyperTransport是一种PCI扩展技术，而3GIO将是一种PCI代替技术，如同当年PCI取代ISA一样。甚至有人把英特尔推出3GIO比作当年支持Rambus技术对抗双倍数据速率DDR SDRAM技术。
　　　　总线标准的不一致，将会给零部件制造商带来很大的麻烦，对于消费者来说，则需要避免购买基于不同总线标准的零部件。英特尔和AMD都试图使用户和制造商们相信，它们所支持的不同的总线标准将可以一起工作两种总线标准互为补充，英特尔倡导的3GIO标准适用在台式电脑上增加数百甚至数千块附加卡或在PC上连接外置设备，而HyperTransport标准则更适用于在PC上连接内置设备。
　　#1　　未来的发展
　　　　3GIO原本由英特尔赞助的Arapahoe Working Group管理，但交由PCI-SIG管理比交给另一个特殊利益团体要好，所以PCI-SIG会逐渐从Arapahoe Working Group手中接管3GIO。
　　　　3GIO的发展并非一帆风顺，有消息称PCI集团的某些成员并不希望现时接纳3GIO总线架构，因为PCI总线方案现正风行，这些成员从PCI接口方案中获益良多，还不想推行3GIO方案。不管如何，初步的3GIO规范已经由创始公司完成，目前交由其它骨干公司评估。Arapahoe在2002年第一季度递交1.0版草案，并转交PCI-SIG成员进行评估，2002年年中达成最终规范，再向业界全面发布，第一个第三代I/O架构产品将于2003年下半年上市，估计要到2004年才会开始普及。
　　　　附：3GIO/Arapahoe的队伍
　　　　创始公司：康柏、戴尔、IBM、英特尔、微软、PCI-SIG
　　　　委员会公司：AMD 、Broadcom、康柏、惠普、IBM、英特尔 、微软、Phoenix Technologies、德州仪器
　　　　骨干成员公司：3Com、3DLabs、Adaptec、Agilent、Altera、AMD、华硕、ATi、Emulex、Foxconn、LSI Logic、Molex、NEC、NVIDIA、Phoenix、Radisys、SMSC、ServerWorks、SiS、Tektronix、TI、Xilinx
　　
　　 
 