目录
- PCIe 6.0的PAM4编码与信号质量要求
- PCI Express M.2 Specification Revision 6.0 v0.3草案
- PCI Express M.2 Specification Revision 5.0回顾
前不久PCI-SIG发布了PCI Express M.2 Specification Revision 6.0, Version 0.3，还是早期版本。
早在几年前，我就看到有朋友讨论过U.2、M.2这些传统NVMe SSD接口（连接器）能否胜任PCIe 5.0，现在东西都出来了。其实当时大家担心的主要不是信号质量，而是供电和散热。
为了使PCIe 5.0 M.2 SSD能充分发挥10GB/s+的性能，尺寸大一点的散热片是少不了的。更有散热器厂商推出了上图这样能支持45W功耗的玩意儿。如果是塞进普通轻薄笔记本就 不要想了，台式机也要确保M.2插槽附近有充足的空间吧。
到未来PCIe Express 6.0时代呢？我们暂时先不考虑性能需求，看看技术上的可行性。
PCIe 6.0的PAM4编码与信号质量要求
为了在PCIe 5.0基础上将速率翻倍达到64 GT/s，PCIe 6.0改用PAM4编码信号，使用4个电压等级来达到在每个时钟周期信号的上升和下降沿，各传输2 bit数据。（如果我理解有误请读者朋友不吝指正）
左边是传统的NRZ信号，右边则是PAM4，眼图变得复杂，对信号质量提出了更高要求。
高频信号在PCB板上都是靠铜线传输的。从上图来看，由于时钟频率保持16 GHz，PCIe 6.0似乎可以沿用PCIe 5.0对电路的要求，但协议复杂度/冗余要求应该是提高了，比如在1b/1b编码上引入FEC（前向纠错）等。
PCI Express M.2 Specification Revision 6.0草案
从这次的文档一开始，就提到64GT/s的PAM4信号速率。
直到文档的最后，PCI-SIG才提到：“功耗和散热需求将要被讨论”…
PCIe 6.0距离实用还有点远，反而是SSD等5.0接口设备将在这两年开始进入主流市场，下面我再聊点接地气的。
PCI Express M.2 Specification Revision 5.0回顾
-目标应用：适配器功能
❑ Wi-Fi
❑ Bluetooth (BT)
❑ Global Navigation Satellite Systems (GNSS)
❑ Near Field Communication (NFC)
❑ WiGig
❑ WWAN (2G, 3G, and 4G)
❑ Solid-State Storage Devices (SSD)
❑ Other and Future Solutions (e.g., Hybrid Digital Radio (HDR))
❑ Hardware Accelerator
-主机接口协议
❑ PCIe
❑ SPI
❑ HSIC
❑ SSIC
❑ M-PCIe
❑ USB
❑ SDIO
❑ UART
❑ PCM/I2S
❑ I2C
❑ SMBus
❑ SATA
❑ DisplayPort
❑ All future variants of the interfaces in this list
-适配器尺寸
❑ Type 1113
❑ Type 1216
❑ Type 1620
❑ Type 1630
❑ Type 2024
❑ Type 2226
❑ Type 2228
❑ Type 2230
❑ Type 2242
❑ Type 2260
❑ Type 2280
❑ Type 2828
❑ Type 3026
❑ Type 3030
❑ Type 3042
❑ Type 3052
❑ Type 3060
❑ Type 22110
❑ Type 25110
我想除了少部分工种之外，大多数做技术的朋友应该不会接触到这么多M.2 Form Factor。
“thermal dissipation”（热耗散）这个名词您可以理解为等于功耗，用掉的电都会转化为热能这个没毛病吧。
上面图表对SSD的1.74W估值我觉得偏低，显然不是当前典型PCIe 5.0 M.2 SSD的最大或者说满载功耗。可能是PCI-SIG计算的平均功耗，也可能他们认为在一般桌面PC应用中，高速SSD空闲或者等待CPU处理的时候比较多吧。
这里的SSD组成部分，按照1颗ASIC、DRAM缓存、4颗NAND闪存以及Power电源部分来统计，ASIC主控占据了整体功耗的86%。
SSD的估值偏低，而WWAN（4G/5G）无线网卡的3.25W（最差情况）反而显得最高，这是因为PA（功率放大器）在信号不好时的需要加大功耗——最多达到WWAN网卡整体的43%，超过基带的32%。
4颗NAND芯片组成的M.2 SSD，最常见的应该就是2280双面规格。在其它条件差不多的情况下，这种固态盘对散热的要求也会比2280单面和2230尺寸的高一些。
为了验证估值（拍脑袋）是否靠谱，笔记本和台式机厂商应该会做热仿真以及实际测试。上图仅是一个示例，具体机型的结构布局就是五花八门了。
上图截自Dell Latitude 5540（15寸）商用笔记本技术文档，我们可以看到包括SSD1（2280/2230通用）、SSD2（2230）、WLAN（WiFi+蓝牙，2230）和WWAN（3042/3052）一共四个M.2插座。
这几年我拆过不少笔记本，最常看到的一大块空闲就是WWAN位置，因为多数用户不会选配，但商用本又不能不设计对它的支持。4G移动网卡尺寸通常是M.2 3042，有些5G WWAN就是3052尺寸了。
今天在售的笔记本、台式机还很少有PCIe 5.0的真实需求，因为PCIe 4.0 SSD的4000-7000 MB/s的性能足以满足绝大多数人。另外，笔记本对功耗和散热的限制又多一些。比如最新一代中高端的13-14英寸轻薄本已经普遍改用2230 SSD，包括1TB的价格也相对不贵。
尽管PCIe 4.0的性能当前一般够用，但有朝一日到了5.0换代时也得面对现实。比如NAND通道不够多、撑不起接口性能？功耗会不会超过系统要求等。还有一个办法就是适当做减法（“限制”性能），这样就容易满足SSD主控ASIC需要的散热能力了。
参考资料
PCI Express M.2 Specification Revision 6.0, Version 0.3
PCI Express M.2 Specification Revision 5.0, Version 0.9
链接：https://pan.baidu.com/s/1fOBs...
提取码：pf2q
作者：唐僧 huangliang
原文：企业存储技术
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