News PCI Express über Licht: PCI-SIG prüft Möglichkeiten optischer Verbindungen

[Weyoun]

Wie andere schrieben, in der News gehts um Enterprise. Im privaten würd ne PCIe Licht Anbindung der GPU nichts bringen, wenn danach wieder Kupfer kommt. Es geht darum, Distanzen zwischen Komponenten zu überbrücken.

Es würde sich auch bei Consumer-Technologie lohnen. Bestes Beispiel: Platzsparendes Laptop mit High-End-GraKa im externen Gehäuse über ein 2 m LWL-Kabel verbunden

Ergänzung (4. August 2023)

Deswegen plädiere ich schon lange für höhere Spannungen. 48-60V, so das es noch innerhalb der Schutzkleinspannung ist aber wir künftig keine Starterkabel im PC verlegen müssen um genug Leistung zu übertragen.

Der Schritt von 12V auf 48V ist nicht ganz ohne auf Platinenseite! Auf Seiten der Kabel kein Problem, doch auf der Platine müssen die Abstände der Leitungen zueinander erhöht werden (Stichpunkt "Isolationswiderstand"). Je mehr Leitungen auf dem Mainboard geführt werden, desto enger wird dann aber das Routing.

 

[ghecko]

doch auf der Platine müssen die Abstände der Leitungen zueinander erhöht werden

Es geht hier nur um Power Delivery. Solche Sachen laufen generell ohnehin auf eigenen Planes ab und nicht über Traces. Da ist die Separierung einfacher umzusetzen. Nur weil die Spannungsversorgung eine hohe Spannung hat bedeutet das nicht, das alle Signale mit derselben Spannung übertragen werden. Bis auf die Planes, die Freiflächen um die Vias in dem Bereich und die VRMs muss nichts verändert werden.

 

[Heribert Hubner]

Dein Post ist auch ein alter Hut denn CD Player könnte man bereits vor 40 Jahren per SPDIF an einen DAC anschließen

Äpfel und Birnen, das sind völlig unterschiedliche Ansätze

 

[pacifico]

@Heribert Hubner dann erkläre uns mal warum Lichtwellen in einem Fernseher was anders als in einem CD Spieler sein sollen .

Ich bin gespannt.

Die Glasfaserkabel Technik ist uralt

 

[Heribert Hubner]

Der Lichtwellenleiter im CD Spieler ist eine einfache Diode mit einem Treiber davor, in den modernen ist der Treiber auch gerne im Connector integriert.

Im Fernseher hast du jedoch eine Integrierte Schaltung in einem Package, was als Senke, Überwacher, Treiber, Pegelwandler (aus dem LVDS oder anderem Differenzsignal) und Diode fungiert.

Im Grunde kannst du so größere Strecken (>10 cm) überbrücken, ohne deine PCB entsprechend zu konfektionieren (was viel Platz einnehmen kann) oder einen aufwendigen Connector zu nutzen.

Das Gleiche analog dazu auf die vielen Diff-Leitungen des PCIe angewendet (evtl. mit Muxer oder Multimode) würde einiges an Platz sparen und das Design vereinfachen.

 

[Mickey Cohen]

Wie andere schrieben, in der News gehts um Enterprise. Im privaten würd ne PCIe Licht Anbindung der GPU nichts bringen, wenn danach wieder Kupfer kommt. Es geht darum, Distanzen zwischen Komponenten zu überbrücken.

so gut wie alles aus dem highend sektor landet doch irgendwann im consumer-bereich.

gerade das thema distanz ist doch heute schon virulent, wenn es um riser-karten geht oder eGPUs bei notebooks.

 

[Piktogramm]

Dein Post ist auch ein alter Hut denn CD Player könnte man bereits vor 40 Jahren per SPDIF an einen DAC anschließen

Die optische Verbindung nennt sich Toslink. Die 0815 Heimanwendung mit Lichtleiter aus Kunststoff schafft ~3Mbit/s. Das ist selbst von PCIe1 ganze drei Größenordnungen entfernt und wie so häufig werden Dinge etwas komplexer, wenn sich etwas um Faktor 1.000 ändert.

Es geht hier nur um Power Delivery. Solche Sachen laufen generell ohnehin auf eigenen Planes ab und nicht über Traces. Da ist die Separierung einfacher umzusetzen. Nur weil die Spannungsversorgung eine hohe Spannung hat bedeutet das nicht, das alle Signale mit derselben Spannung übertragen werden. Bis auf die Planes, die Freiflächen um die Vias in dem Bereich und die VRMs muss nichts verändert werden.

Schau dir ne moderne GPU, ein modernes Mainbaord an und wie viel Platz da für Spannungswandler drauf geht. Mit den Abständen, die bei >50V fällig werden wir das Ganze ein ernstes Platzproblem. Ganz abgesehen von sowas NMVe SSDs. Das ist schlicht zu hoch gegriffen. Wenn sich 24V etablieren würden, das wäre Imho wirklich gut. Wird aber nicht kommen, 12VO schafft es ja noch nichteinmal :/

 

[ghecko]

Schau dir ne moderne GPU, ein modernes Mainbaord an und wie viel Platz da für Spannungswandler drauf geht. Mit den Abständen, die bei >50V fällig werden wir das Ganze ein ernstes Platzproblem.

Mit 12V hat man aktuell ein Platzproblem. Bei einer 50V Versorgung kann man allein schon deshalb Platz einsparen, weil für dieselbe Leistung vom Stecker zu den VRMs deutlich weniger Querschnitt benötigt wird. Außerdem weniger VRMs für dieselbe leistung. Und danach geht es weiter wie gewohnt. Man SPART sogar Platz.

Ehrlich, das ist problemlos umsetzbar und eigentlich bitter nötig. Spannungen über 100V, da wird es mit den Abständen langsam kritisch. Aber nicht 50V, da reicht die Separierung auf verschiedene Planes eines Mehrlagigen PCBs vollkommen. Und die Abstände sind gegenüber 12V jetzt alles andere als dramatisch:

Das sind feste Größen die meinem Router vorgegeben sind. Kann ich bei Bedarf auch anpassen. Ich kann weiter Routen wie gewohnt und bei Vias und Traces sorgt das EDA-Tool automatisch das ich die Mindestabstände einhalte.

Ganz abgesehen von sowas NMVe SSDs. Das ist schlicht zu hoch gegriffen.

Die können doch weiterhin ihre 3,3V bekommen. Das Board macht das über VRMs, wie jetzt auch schon. Ich sehe das Problem nicht, ob das Board nun seine Sekundärspannungen aus 12V oder aus 50V generiert ist schlicht egal. Nur ist bei letzterem die Energieverteilung über Layer einfacher, da man weniger Querschnitt benötigt. Dann kann man sich potentiell mehr Layer für Separation von Datalines freihalten. Ich sehe nur Vorteile.

 

[Piktogramm]

@ghecko Ah stimmt, m.2 liefert 3,3V, mein Fehler.

0,1mm Pitch zu 1,5mm Pitch bei >50V sind imho empfindlich. Das was Spannungswandler durch größere Eingangsspannungen kleiner werden können wird durch den höheren Abstände mehr als aufgefressen. Das Weniger VRMs benötigt werden würde ich auch fast verneinen. Bei den Ausgangsspannungen um die 1V sind die entsprechenden Ströme einfach zu groß. Das was man an Kupfer/Aufwand eingangsseitig sparen kann, müsste man bei abnehmender Anzahl an Spannungswandlern beim Ausgang überkompensieren.

PS: Den relevanten Teil der Tabelle habe ich sogar schon mit dir in den Mentions hier reingeschrieben

 

[ghecko]

0,1mm Pitch zu 1,5mm Pitch bei >50V sind imho empfindlich.

Und? Damm bleiben wird halt bei 48V.
B3 tritt bei Boards ohnehin nur bei TH oder Surface Mount Komponenten auf, die Abstände sind im Bereich VRM und Spannungsversorgung jetzt schon Normalität. Alles andere ist gelackt oder durch Lagen separiert, also A5. Da ändert sich von 0-100V genau gar nichts.

Das was Spannungswandler durch größere Eingangsspannungen kleiner werden können wird durch den höheren Abstände mehr als aufgefressen.

Eben nicht :/ Woher hast du das?

Bei den Ausgangsspannungen um die 1V sind die entsprechenden Ströme einfach zu groß.

Die hohen Ströme treten erst in den Induktionsspulen auf, denn hier findet die Wandlung der Energie über ein elektromagnetisches Feld statt. Auf der Sekundärseite ab den Induktionen bleibt alles wie gehabt. Aber auf der Primärseite kann man sich mindestens die Hälfte! der Infrastruktur sparen, bei minimal größerer Separation.

12V ist eine Sackgasse bezüglich Leistung und Integrationsdichte. Der einzige Ausweg ist eine höhere Versorgungsspannung.

 

[Piktogramm]

Eben nicht :/ Woher hast du das?

Dein ursprünglicher Vorschlag war auf >50V zu gehen. Da braucht es isolierende Abstbstände zwischen Lötpads von 1,5mm. Aktuell verwendet werden Leistungshalbleiter mit 0,5mm Pitch und ~0,2mm Abstand. Bei besagten 1,5mm isolierendem Abstand, ist man recht fix bei Komponenten mit 1/10" Raster, im Vergleich zum Stand der 12V Technik braucht es da unglaublich viel Platz auf der Platine.

Mit 48V wird es entspannter.

 

[Looniversity]

Bei der Bestückungsdichte bzw. den Footprints moderner Elektronik sind die Spannungen die dir vorschweben nur schwer umzusetzen. Zudem die Spannungsversorgung bei Computern sowieso extrem beständig zeigt. ATX12Vo kommt allenfalls schleppend voran und die Ansätze großflächig 24V zu etablieren scheinen auch tot zu sein.

Google nutzt im Rechenzentrum schon eine ganze Weile 48v, der Rest der HPC Server Industrie ist auch langsam auf dem Weg dahin.

 

[WinnieW2]

Intel Light Peak reloaded?

Das war ein Versuchsmuster für USB 3.0, welches so nicht umgesetzt wurde. Ich glaube ein Problem war die Verschmutzung der optischen Kontaktflächen.
Bei Steckverbindungen im Rechnergehäuse für PCIe könnten optische Steckverbindungen funktionieren weil die Anzahl der Steckzyklen, im Gegensatz zu USB, sehr niedrig ist.

Ergänzung (5. August 2023)

Die optische Verbindung nennt sich Toslink. Die 0815 Heimanwendung mit Lichtleiter aus Kunststoff schafft ~3Mbit/s.

Wobei die Fans von hohen Samplingraten (192 kHz) bis zu 12 Mbit/s über SP-DIF schicken... aber PCIe optisch ist dennoch eine ganz andere Liga. Da sind es schon 16 Gbit/s bei PCIe 4.0

 

[Vindoriel]

Das war ein Versuchsmuster für USB 3.0, welches so nicht umgesetzt wurde.

Nein, das war Thunderbolt bzw. Lightning im Apple-Mikrokosmos.

 

[mkossmann]

Google nutzt im Rechenzentrum schon eine ganze Weile 48v,

Die 48V holt man sich auch mit USB-PD 3.1 in den PC.
Da leistungshungrige Komponenten ohnehin mit extra Kabeln von der Stromversorgung versorgt werden, sehe ich kein großes Problem mit 48V auf Motherboards, da sich die 48V auf relativ kleine Bereiche des Motherboards ( bis zu den Spannungswandlern) und der PCBs anderer "Großverbraucher" beschränken werden. Da ist meiner mMn die Abführung der erzeugten Abwärme dann das größere Problem.

Bei "optischen" PCIe wird man wohl nicht elektrische Lanes 1:1 durch optische Lanes ersetzen wollen. Sondern man wird eher versuchen einen PCIe x16 durch eine optische Lane zu ersetzen. Entsprechend hoch müssen dann die Datenraten auf einer optischen Lane sein. Als Herausforderung sehe da vor allem die "Optomechanik" der Steckverbindungen. Und die Integration von optischen Lanes in ein PCB.

 

[Winder]

Das war ein Versuchsmuster für USB 3.0, welches so nicht umgesetzt wurde. Ich glaube ein Problem war die Verschmutzung der optischen Kontaktflächen.

Light Peak war genauso geplant, wie Thunderbolt heute mit optischen Kabeln funktioniert.
Also, elektrische Stecker und dazwischen ein Glasfaser.

Die Industrie hat anscheinend panische Angst vor optischen Steckern im Consumer-Bereich.

 

[Looniversity]

Die Industrie hat anscheinend panische Angst vor optischen Steckern im Consumer-Bereich.

Ein guter Teil der Bevölkerung steht vor einer Herausforderung, wenn ein neuer DSL-Router angeschlossen werden muss. Wenn dann der Stecker nicht will, Egon den Kontakt mit Sandpapier aufbessert und dann das ganze Kabel im Eimer ist.. naja, es wird nicht besser.

Und je nach dem welche Lichtquelle erforderlich ist schafft man das Risiko, dass die Leute in den Laser glotzen ("guck mal, ob da Signal ankommt?" und "Oh schau mal das leuchtet so schön!") und sich die Augen ruinieren. Bei TOSLINK/SPDIF ist das kein Problem, weil das "lahme" Links sind kommen die mit normalen LEDs aus. Aber das geht nur bis zu einer gewissen Datenrate, darüber braucht man dann Laser um die Signalqualität beherrschbar zu machen.

 

[xexex]

Und je nach dem welche Lichtquelle erforderlich ist schafft man das Risiko, dass die Leute in den Laser glotzen ("guck mal, ob da Signal ankommt?" und "Oh schau mal das leuchtet so schön!") und sich die Augen ruinieren.

Thunderbolt war als optische Verbindung gedacht, jedoch von Beginn an mit aktiven Kabeln. Das von dir beschriebene "Problem" hätte es nie gegeben, die Verbindung zu den Geräten sollte weiterhin auf Kupferbasis realisiert sein.

Es war nur zu teuer und man entschied sich für Kupfer, reine Glasfaserkabel wären schon alleine wegen der Stromversorgung nicht möglich gewesen. Was ein Thunderboltkabel mit Glasfaser kostet, sieht man bei den verfügbaren Kabeln und die würde niemand freiwillig bezahlen wollen, auch im Apple Universum nicht.

 

[WinnieW2]

Light Peak war genauso geplant, wie Thunderbolt heute mit optischen Kabeln funktioniert.
Also, elektrische Stecker und dazwischen ein Glasfaser.

Also ich hatte da folgendes Bild im Kopf, welches ich gerade wieder gefunden habe.
Sieht mir nach einem USB A Stecker mit optischen Verbindungskontakten aus.

https://www.computerbase.de/2010-09/intels-light-peak-zum-nischendasein-verdammt/

Die Industrie hat anscheinend panische Angst vor optischen Steckern im Consumer-Bereich.

Ich vermute wg. höherer Störanfälligkeit und Reklamationen. Schmutz auf den Kontaktflächen und schon kommt keine Verbindung mehr zustande.

Nein, das war Thunderbolt bzw. Lightning im Apple-Mikrokosmos.

Intel hat da wohl auf beiden Hochzeiten getanzt mit seiner Light Peak Technologie, sowohl USB 3.0 als auch Thunderbolt.
Letztendlich wurde Light Peak aber nicht realisiert.

 

[Vindoriel]

@Looniversity
Und wie kommst Du drauf, dass Laser immer so stark sein müssen, dass sie die Augen ruinieren? Für Datenübertragung auf den recht kurzen Strecken wird man da nicht Klasse 3 mit 50 mW verwenden.

Oder sind schon Leute blind geworden, weil sie auf die Unterseite einer Lasermaus geschaut haben oder wurden schon Mauspads und Tischplatten durchlöchert?