Au cours de la dernière décennie, la bande passante et le débit de transmission de données requis pour les applications informatiques ont augmenté d'année en année. Dans les principales industries, la demande de bande passante double environ tous les trois ans. Cela s'explique principalement par un taux de croissance annuel composé pouvant atteindre 45 % pour les services de télécommunications, les services de cloud computing et les fournisseurs de technologies de l'information, en particulier dans les secteurs de la banque, des valeurs mobilières et des assurances. En outre, les sociétés d’intelligence artificielle (IA) basées sur les grands modèles linguistiques (LLM) continuent également de développer leurs activités. L’automatisation industrielle, y compris la détection assistée par l’IA et les véhicules autonomes, favorise également le besoin d’une bande passante plus élevée et de vitesses de données plus rapides.
L'infrastructure qui fournit des données à haut débit pour ces applications comprend des réseaux filaires et sans fil. Mais dans le calcul haute performance (HPC), les équipements de test à haute vitesse et le matériel de jeu, la connexion entre l'unité centrale et les périphériques doit également prendre en charge des taux de transfert de données en constante augmentation.
La puissance du PCIe
Les périphériques ou composants réseau connectés à l'unité centrale de traitement nécessitent un moyen simplifié de transmettre des données rapidement et avec précision, à savoir la technologie PCI (Peripheral Component Interconnect). Divers sous-marchés informatiques, notamment les serveurs et les centres de données, l'automobile et l'industrie, les postes de travail et les appareils portables, adoptent l'architecture série point à point PCI Express (PCIe) pour obtenir une transmission de données rapide et fiable.
PCI-SIG, c'est l'abréviation de Peripheral Component Interdhistoric Group, une alliance d'environ 900 sociétés membres chargées de développer et de gérer des normes industrielles ouvertes pour la technologie PCIe (Figure 1).
Débit de données de spécification PCIe (Gb/s)
(Encodage) Unidirectionnel x16
Bande passante du canal * annuel
1.0 2,5 (8b/10b) 32 Go/s 2003
2.0 5,0 (8b/10b) 64 Go/s 2007
3.0 8,0 (128b/130b) 126 Go/s 2010
4.0 16,0 (128b/130b) 252 Go/s 2017
5.0 32,0 (128b/130b) 504 Go/s 2019
6.0 64,0 (PAM-4, Voler) 1024 Go/s
(~1 To/s) 2021
*- Bande passante après déduction de la surcharge d'encodage
Figure 1 : Depuis 2003, les spécifications des composants de connexion PCI de PCI-SIG soutiennent la croissance continue des débits de transmission de données. (Source de l'image : PCI-SIG)
L'organisation a publié la norme PCIe 1.0 en 2003, qui prend en charge la transmission à 2,5 gigabits par seconde (GT/s) et répondait aux exigences de la norme sans fil 3G de l'époque. Les mises à jour ultérieures ont ouvert la voie à l’augmentation annuelle du débit d’E/S tout en garantissant une compatibilité ascendante. Par exemple, les appareils qui répondent à la spécification PCIe 5.0 peuvent atteindre un débit de 32,0 GT/s par canal et sont compatibles avec le réseau 5G requis pour le streaming multimédia et l'informatique de pointe.
Ce débit plus élevé prend en charge la faible latence requise pour l’IA et le traitement de pointe, l’automatisation industrielle, les équipements de test et les jeux. L'architecture point à point de la technologie PCIe prend également en charge des performances d'efficacité énergétique élevées, ce qui constitue un élément clé pour les applications informatiques avancées.
Maintenir le refroidissement des composants HPC
Même avec les débits de données et l'efficacité énergétique améliorés fournis par la dernière technologie PCIe, les applications de calcul haute performance (HPC) telles que la détection de fraude financière en temps réel, les systèmes de modélisation de grands langages d'IA et la dynamique des fluides computationnelle (CFD) nécessitent toujours plusieurs processeurs parallèles. Gérer la dissipation thermique et les contraintes d'espace tout en répondant à cette demande n'est pas une tâche facile, surtout lorsqu'il existe une concurrence pour l'espace entre les câbles de données et les canaux de circulation d'air reliant les composants et les processeurs.
Dans ce cas, les concepteurs de dispositifs informatiques hautes performances utiliseront des composants de câbles d'extension PCIe plats et pliables, tels que la série 8KDx de 3M (Figure 2).
Image du composant du câble d'extension PCIe 5.0 série 8KDx 3M
Figure 2 : L'ensemble de câble d'extension PCIe 5.0 série 8KDx de 3M est un assemblage de câble plat et flexible qui peut se plier tout seul. (Source de l'image : 3M)
La série 8KDx est conçue selon la norme PCIe 5.0 et est rétrocompatible avec les systèmes conçus selon les premières normes PCIe. Ils existent en deux modèles, x8 et x16, avec respectivement huit et seize fils. Fournit des options pour l'installation de cavaliers et les bornes à montage en surface (SMT).
Le fil plaqué argent 30 AWG est placé avec précision dans une pile continue de couches de blindage, d'une épaisseur totale de 0,74 mm. Les paires de conducteurs des fils traditionnels sont enveloppées longitudinalement dans une couche de blindage en spirale, tandis que le fil d'extension de la série 8KDx est plus fin et plus doux que lui. Une conception plus flexible permet de regrouper et de plier plusieurs rallonges PCIe sans bloquer le flux d'air critique (Figure 3).
Photo d'un fil 30 AWG avec empilement continu et placement précis
Figure 3 : L'empilement continu et le placement précis des fils 30 AWG permettent à la série 8KDx de connecter des composants sans obstruer le flux d'air. (Source de l'image : 3M)
Équipement de test synchrone à grande vitesse
Les applications de calcul haute performance s'appuient sur un traitement parallèle pour gérer de grands ensembles de données, tandis que les équipements de test à grande vitesse doivent être connectés à d'autres périphériques tels que des processeurs, des générateurs de signaux, des cartes graphiques et des oscilloscopes. Ces systèmes nécessitent des signaux synchrones et une faible latence pour garantir la validité des données de test.
PCIe 3.0、 Les normes 4.0 et 5.0 prennent en charge la synchronisation des signaux avec une seule horloge ou plusieurs horloges. Les technologies fabriquées selon ces normes, comme la série 8KDx, reposent sur un codage 128 b/130 b. Dans ce protocole de codage, le paquet de données contient 128 bits d'information, délimités par les 2 bits qui marquent le début et la fin du paquet. Les bits de début et de fin sont utilisés pour la synchronisation d'horloge et la détection d'erreurs, utilisant ainsi les bits restants du paquet de données pour la transmission de données.
Le câble d'extension PCIe série 8KDx utilise des fils avec une impédance de 87 ± 5 Ω pour garantir davantage la vitesse et l'intégrité des données. Lorsqu'ils sont connectés à l'impédance de base de 85 Ω des systèmes construits selon les normes PCIe 3.0, 4.0 et 5.0, ces conducteurs peuvent minimiser au maximum l'inadéquation d'impédance et la réflexion du signal.
De plus, les ingénieurs de test peuvent utiliser en toute confiance la flexibilité et la conception peu encombrante des composants de la série 8KDx. Des tests ont montré que par rapport aux câbles dépliés, l'intégrité du signal ne diminue pas lorsque le câble se plie (Figure 4).