:. O sucessor do PCI, apresentando o 3GIO

 Por Carlos E. Morimoto
 http://www.guiadohardware.net
 23/02/2002


O barramento PCI surgiu ainda na época dos 486 e tornou-se rapidamente o padrão dominante para todo tipo de placa de expansão.

Para nós, usuários, O PCI trouxe várias vantagens. A velocidade do barramento é de 133 MB/s, contra os 8 ou 16 MB/s do barramento ISA. Isso permitiu o aparecimento das placas de rede de 100 megabits, das placas SCSI de 20 megabits em diante, das placas de vídeo com suporte a mais de 256 cores, culminando no aparecimento das primeiras placas 3D, etc.

Além de mais rápido, o PCI trouxe o suporte ao plug-and-play, que acabou com aquela via sacra atrás de esquemas de jumpeamento cada vez que era preciso instalar uma placa nova. O PCI também não ocupa o processador durante as transferências de dados, como o VLB, graças ao suporte do Bus Mastering. Recursos como áudio 3D, edição de vídeo em tempo real, HDs Ultra DMA, etc. seriam impossíveis sem o PCI.

Enfim, são inegáveis todos os benefícios que barramento PCI nos proporcionou ao longo de todos estes anos, mas ao mesmo tempo as suas limitações também começam a tornar-se cada vez mais evidentes.

Os 133 MB/s são compartilhados entre todas as placas PCI instaladas no micro e até entre periféricos que você nem imagina, como as portas IDE de placa mãe, as portas USB, as portas seriais e paralelas, o drive de disquetes, enfim, dentro do PC, quase todo fluxo de dados deságua mais cedo ou mais tarde nos 133 MB/s do PCI.

Muito já foi feito para tentar desafogar o PCI. Primeiro veio o AGP, que retirou as famintas placas de vídeo 3D do PCI e as colocou em um barramento dedicado. Depois, os fabricantes passaram a cada vez mais utilizar barramentos próprios para interligar as pontes norte e sul do chipset, como o VLink utilizando pela Via, o HubLink utilizado pela Intel nos chipsets da série 800, incluindo o i850 do Pentium 4, do HyperTransport usado pela nVidia no nForce e assim por diante.

Mas, mesmo com menos carga nas costas, o PCI tradicional ainda deixa a desejar em muitas situações. Se você tiver muitos periféricos rápidos no micro, como por exemplo uma placa RAID com 4 HDs rápidos, ou uma placa SCSI também com vários HDs, várias placas de rede de 100 megabits, uma placa de vídeo 3D PCI, uma placa de captura e edição de vídeo, e assim por diante, pode ter certeza que em muitas situações, quando vários destes periféricos são usados simultâneamente o barramento PCI se satura e o seu PC perde desempenho.

O PCI também já não é suficiente para uma série de dispositivos, entre eles as placas SCSI de 160 MB/s e as placas de rede Gigabit Ethernet, já que apenas uma destas placas poderia facilmente saturar o barramento. Sem falar das placas 10 Gigabit Ethernet, que em breve começarão a ser usadas em larga escala.

Para estes dispositivos surgiram duas novas versões do PCI, o PCI de 64 bits, que dobra o número de trilhas de dados para atingir 266 MB/s e o PCI de 64 bits e 66 MHz, que dobra também a frequência de operação, atingindo 533 MB/s, a velocidade de um slot AGP 2X.

Os slots de 64 bits são bem maiores que os tradicionais e são encontrados apenas em placas mãe mais caras, destinadas a servidores, onde existe mais necessidade de velocidade. A maioria das placas Ultra Wide SCSI e Gigabit Ethernet utilizam slots PCI de 64 bits, para evitar que seu desempenho seja sub-utilizado pelo barramento de 133 MB/s dos slots de 32 bits.


Slots PCI de 64 bits ao
lado de slots comuns


Mas, por que então todos os PCs não passam a trazer slots PCI de 64 bits, já que além de mais rápidos eles podem manter compatibilidade com as placas antigas?

O problema se resume a uma única palavra: custo. As placas mãe com slots PCI de 64 bits não são mais caras apenas por serem novidade, mas por que possuem mais trilhas de dados. Isto não só aumenta muito os custos de produção das placas, mas também seus custos de projeto. é muito mais caro construir um prédio de 64 andares do que um de 32. O mesmo se aplica às placas de expansão, que novamente são muito mais caras.

Caso fossem adotados em todas as novas placas, o padrão passaria por um processo de barateamento sem dúvida, mas jamais chegaria a custar o mesmo que o PCI atual.

Já existem muitos exemplos de barramentos mais modernos, rápidos, mas flexíveis e em muitos casos até mesmo (teoricamente) mais baratos que o PCI. Em alguns casos não existe nem mesmo limitações quanto ao uso de periféricos externos, o barramento pode se estender por uma distância suficiente para se interligar a outros PCs ou a outros periféricos, como se fosse uma arquitetura de rede. Na verdade, existem mais de 60 barramentos de alta velocidade que poderiam ser utilizados como substitutos do PCI, estamos vendo uma verdadeira guerra de foice neste segmento :-)

Mas, entre os com maiores chances estão:



HyperTransport

Esta é uma tecnologia desenvolvida pela AMD entre 1998 e 2001, que já é utilizada em alguns produtos, como o X-Box, o chipset nForce da nVidia e em vários sistemas de comunicação. Assim como outros designes atuais o HyperTransport se baseia na idéia de uma alta frequência de operação combinada com poucas trilhas de dados. O padrão inicial, utiliza dois pares de trilhas e trabalha a 800 MHz. Com isto, o barramento de dados é de 1.6 Gigabits/s (ou 200 MB/s) em cada direção, o que não chega a impressionar tanto em relação aos 133 MB/s do PCI de 32 bits.

Em compensação, o HyperTransport oferece uma grande possibilidade de expansão, tanto na frequência de operação, quanto no aumento no número de pares de fios. A 1 GHz a velocidade por par sobe para 2 Gigabits (250 MB/s) e a 2 GHz dobra para 4 Gigabits (500 MB/s). Também é possível aumentar a largura do barramento de dois para até 32 bits (16 pares de fios) em cada direção, o que elevaria a taxa de transferência para até 6.4 GB/s em cada direção a 800 MHz, ou 8 GB/s em cada direção a 1 GHz. O padrão suporta tanto o uso de filamentos tradicionais de cobre, quanto o uso de fibra óptica.

Mas, ao aumentar o número de pares de fios, o custo de produção também aumenta na mesma proporção. Apesar de ser tecnicamente possível, é improvável que os padrões de 16 e 32 bits do HyperTransport cheguem a ser usados em larga escala num futuro próximo. A tecnologia é muito cara.

Em compensação, os padrões de dois e quatro pares parecem ter um grande futuro pela frente, principalmente como meio de comunicação entre a ponte norte e ponte sul do chipset e entre outros periféricos da placa mãe, como temos hoje no nForce, onde são utilizados quatro pares de trilhas, resultando num barramento bidirecional de 800 MB/s.

A AMD pretende lançar novos padrões do HyperTransport, operando a até 5 GHz num futuro próximo, o que tornará o barramento ainda mais competitivo.


:. RapidIO

Ao contrário do HyperTransport, o RapidIO se destina a um mercado específico, para ser mais exato, o mercado de dispositivos embedded e pequenos dispositivos de rede. A principal vantagem é o baixo custo, que surge devido à simplicidade do padrão.

O RapidIO pode ser usado tanto para interligar os componentes da placa mãe e placas de expansão quanto para interligar dispositivos próximos. Esta é uma possibilidade que também existe no HyperTransport e, em teoria, também no 3GIO que veremos a seguir.

Existem dois padrões de RapidIO, com barramentos de 8 ou 16 bits de largura. Em ambos os casos a frequência de operação é 1 GHz, que resulta num barramento de dados de respectivamente 4 e 8 GB/s, uma velocidade impressionante, que chega a rivalizar com os padrões mais rápidos do HyperTransport.

Outra característica peculiar do RapidIO é o protocolo de comunicação usado, que se baseia em camadas e no envio de pacotes, com um bom sistema de retransmissão de pacotes e correção de erros, um sistema que lembra muito o sistema utilizado nas redes Ethernet.


:. PCI-X

Esta é uma evolução do PCI de 64 bits, que dá mais um passo adiante em termos de velocidade, mantém a compatibilidade com as placas PCI atuais, mas em compensação não soluciona o problema do custo dos slots de 64 bits.

Na verdade, as evoluções do PCI-X se limitam ao nível lógico e a uma maior frequência de operação. O número de trilhas e o formato físico dos slots continua o mesmo.

Existem duas versões do PCI-X, que operam a 100 e a 133 MHz, sempre com 64 bits por ciclo de clock. A 133 MHz a taxa de transferência atinge respeitáveis 1064 MB/s, o mesmo barramento de dados permitido pelo AGP 4X.

O PCI-X é um sucessor natural para o PCI de 64 bits nos servidores e as primeiras placas baseadas nele devem surgir ainda em 2002.

O PCI-X 2.0, que engloba dois novos padrões do PCI-X capazes de operar a 266 e 512 MHz está prometido para o final de 2002, início de 2003. Os novos padrões serão capazes de transferir respectivamente 2128 e 4256 MB/s, mas é pouco provável que cheguem a equipar placas destinadas a PCs domésticos, graças ao velho problema do custo.


:. InfiniBand

O InfiniBand ainda está em desenvolvimento e promete várias novidade para o futuro. Ao contrário dos que citei anteriormente, o principal objetivo é interligar servidores e dispositivos de armazenamento localizados a curtas distâncias, servido como uma opção mais rápida às redes Ethernet. Usando o InfiniBand um servidor de bancos de dados poderia acessar um dispositivo de armazenamento externo, sem nenhum gargalo, como se fosse um dispositivo local, o que abre muitas possibilidades nos servidores de alto desempenho, clusters e servers farms.

O InfiniBand é um barramento serial, que oferece 2.5 Gigabits (312 MB/s) por segundo por par de cabos, onde um envia e outro recebe dados. Como a comunicação é bidirecional, temos 312 MB/s em cada sentido, totalizando um barramento total de 625 MB/s, mas que poderia ser utilizado plenamente apenas caso ambos os dispositivos transmitissem grandes quantidades de dados ao mesmo tempo, um cenário semelhante ao que temos ao habilitar a transmissão full-duplex numa rede Ethernet.

Também é possível aumentar a largura do barramento usando mais cabos, A especificação original fala em links com até 12 pares, que permitiria links de até 3.75 GB/s em cada sentido, muito mais do que as redes Gigabit Ethernet (125 MB/s) e 10 Gigabit Ethernet (1.25 GB/s) são capazes de oferecer. Em compensação, as redes Ethernet já estão aí, enquanto o InfiniBand é apenas uma promessa para o futuro.

é bem provável que a especificação final do InfiniBand permita que o barramento seja utilizado também para interligar componentes internos dos PCs, substituindo o PCI ou funcionando como um barramento complementar, o que aumentaria bastante a flexibilidade.

Mesmo sem o padrão final, já existem alguns produtos proprietários com o InfiniBand, principalmente servidores de alta densidade.


:. Apresentando o 3GIO

com tantos concorrentes, nada está decidido, mas o 3GIO aparece como o sucessor mais provável para o PCI, pois mantém compatibilidade com o padrão anterior, tem um custo de implementação relativamente baixo, oferece boas taxas de transferência e conta com o apoio da Intel e de várias parceiras.


O aspecto físico de um slot 3GIO lembra bastante o dos antigos slots VLB, que eram na verdade uma extensão dos slots ISA, permitindo que você utilizasse tanto uma placa ISA antiga quanto uma placa VLB.


No caso do 3GIO temos um conector PCI convencional, que mantém a compatibilidade com as placas PCI atuais, auxiliado por um conector extra, que serve as placas que precisarem de mais velocidade:


Cortesia da Intel


A versão inicial do 3GIO será capaz de transmitir apenas 2.5 gigabits por segundo, ou 312 MB/s, pouco mais que o dobro dos slots PCI atuais. Este primeiro padrão começará a ser utilizado em 2004 segundo os planos da Intel. O padrão seguinte entrará em operação em 2005 e será 4 vezes mais rápido, atingindo 10 gigabits por segundo.

Ambos os padrões conviverão por algum tempo, mas felizmente serão intercompatíveis. Uma placa 3GIO de 10 gigabits poderá trabalhar num slot de 2.5 gigabits (embora a performance possa ser prejudicada) e vice-versa. As placas PCI continuarão sendo suportadas durante muito tempo, pelo menos até o lançamento do próximo padrão. Lembre-se que as placas ISA demoraram quase 10 anos para deixarem de ser suportadas nas placas novas depois do surgimento do PCI.

Apesar de parecer apenas um "remendo" do PCI, o 3GIO elimina toda a carga de legado do barramento antigo. O conector PCI foi mantido, mas toda a parte lógica foi muito modificada. Juntos, os slots do 3GIO utilizam apenas 40 trilhas de dados, contra nada menos que 84 trilhas do PCI tradicional, 150 trilhas do PCI de 64 bits e 108 trilhas do AGP. Sem dúvida uma economia expressiva.

Mais uma característica importante do 3GIO é a sua topologia ponto a ponto. Ao contrário do PCI, onde todos os dispositivos compartilham o mesmo barramento e apenas um pode transmitir de cada vez, o 3GIO utiliza um switch para garantir que cada dispositivo disponha de uma ligação exclusiva com o chipset e os demais componentes do PC. Graças a isto, vários dispositivos podem transmitir o mesmo tempo e dispor do barramento a qualquer instante.

Isto é especialmente efetivo quando dois dispositivos ligados ao barramento 3GIO precisam trocar dados entre sí, como por exemplo dados que vão de uma placa de rede para a outra. Estas transferências podem ser feitas dentro do próprio barramento, sem ocupar a ponte sul do chipset, nem muito menos o processador.

Está anunciada ainda uma versão do 3GIO destinada a notebooks, que substituirá os slots PC-Card utilizados atualmente, que são uma extensão do barramento PCI. Mas, ainda não foi divulgado se o novo padrão manterá compatibilidade com o atual. As placas PC-Card atuais por exemplo, não podem ser instaladas em muitos notebooks antigos, com slots PCMCIA que são baseados no barramento ISA. O encaixe é o mesmo, mas placas não funcionam.

Apesar de mais caros, os notebooks ainda são mais descartáveis que os desktops, por isso os fabricantes não se preocupam tanto em manter compatibilidade com os padrões anteriores.

Para completar, está previsto que o 3GIO permitirá também a conexão de dispositivos externos, mantendo a mesma velocidade de transferência de dados, sem dúvida um grande avanço sobre os 400 megabits do USB 2.0 e do Fireware, mas que será aproveitado por poucos periféricos.

Seja o 3GIO, ou seja, o HyperTransport ou seja o InfiniBand, o fato é que o PCI será em breve substituído, uma mudança sem dúvida para melhor.