Lightning Data Transport

1. Lightning Data Transport นาย กิติศักดิ์ ผู้พัฒน์ 43650043 นาย วีรวุฒิ คงบุญเกียรติ 43650316

2. Agenda • สาเหตุที่จำเป็นต้องมีสถาปัตยกรรมใหม่ในการเชื่อมต่อ • Lightning Data Transport (LDT) • Link width • Link streams, packets, and bandwidth • Link clock, control, and configuration • Command and data packets • Physical layer and pin count • ตัวอย่าง ที่สนับสนุน LDT

3. LDT Geneology • LDT ครั้งแรกถูกพัฒนาสำหรับ PC • bandwidth ของ PCI ไม่เพียงพอ สำหรับอุปกรณ์ มัลติมีเดีย • LDT ถูกขยายไปใช้กับ server • cLDT (Coherent LDT) เป็นระบบเชื่อมโยงแบบ high speed, low latency สำหรับการต่อโดยใช้ NUMA (Non-Uniform Memory Access) ในระบบ multiprocessing • LDT ถูกใช้ใน อุปกรณ์ที่ใช้ในชีวิตประจำวันภายในบ้าน • ในอนาคตอันใกล้นี้ LDT จะถูกนำไปใช้งานอย่างแพร่หลาย • ข้อกำหนดทางเทคนิคในอนาคตจะเกี่ยวข้องกับ PC น้อยลง • ข้อกำหนดเฉพาะของ PC จะถูกบรรจุในแนวทางการออกแบบ PC

4. PC Architectureal Dilemma • Bandwidth ไม่เพียงพอ • Processors มีความสามารถเพิ่มขึ้น 2 เท่า ทุก 18 เดือน ส่วน PC บัส จะล้าหลังกว่า • บัส มีความซับซ้อน • ปัจจุบันนี้ PC จำเป็นต้องบรรจุบัสหลายแบบ ใน Motherboard (เพื่อ Compatibility) • x86 Servers และ workstations มีความหลากหลายของระบบบัสพิเศษมากเกินไป

5. ปัญหา Multiprocessing • ข้อจำกัด ของ Servers และ Workstations ที่อยู่บนพื้นฐานของสถาปัตยกรรม x86 • สถาปัตยกรรม Switch และ NUMA

6. Embedded Applications • สถาปัตยกรรม x86 เป็นแนวทางพัฒนาที่เร็ว สำหรับ Embedded Applications • ค่าใช้จ่ายสำหรับการพัฒนาถูกกว่า เพราะมีเครื่องมือสำหรับพัฒนา และทักษะเพียงพอ • ผู้ผลิตชิพ Embedded RISC เริ่มนำเอา LDT มาใช้งาน • Embedded processors ที่ใช้ LDT I/O ได้ประโยชน์จาก bandwidth ของ LDT • เริ่มนำ LDT ไปใช้ในการพัฒนา network switch และ router

7. Lightning Data Transport • จุดหมาย • เพิ่มประสิทธิภาพ โดยเพิ่ม I/O bandwidth • เพิ่มความยืดหยุ่นของ I/O • เป็นส่วนประกอบของ external buses • มีผลกระทบน้อยหรือไม่มี กับ OS และ drivers • ใช้กับระบบ multiprocessing • มีผู้เข้าร่วมพัฒนาเพื่อให้ LDT เป็นโครงสร้างพื้นฐาน

8. LDT Link Width • Two unidirectional point-to-point links • 2, 4, 8, 16, หรือ 32 บิต ในแต่ละทิศทาง • ความกว้างขึ้นอยู่กับความต้องการของ upstream และ downstream • Command, addresses และ data ใช้ บิตเดียวกัน

9. LDT Scalable Bandwidth • เพิ่มได้จนถึง 1.6 กิกะบิต ต่อ วินาที ต่อ pin -pair • 1.6 กิกะบิต ต่อ วินาที สำหรับ ระบบ multiprocessing ที่ต่อเชื่อระหว่าง CPU กับ CPU • 32 บิต ในแต่ละทิศทางจะให้ 6.4 กิกะไบต์ต่อวินาที นั่นคือมี bandwidth 12.8 กิกะไบต์ต่อวินาที • 16 บิต ในแต่ละทิศทางจะให้ 3.2 กิกะไบต์ต่อวินาที นั่นคือมี bandwidth 6.4 กิกะไบต์ต่อวินาที • Bandwidth สามารถเพิ่มขึ้นได้ถึง 96 เท่า ของ PCI-32/33 ซึ่งให้เพียง 133 เมกกะไบต์ต่อวินาที • 800 เมกกะบิตต่อวินาที ต่อ pin-pair สำหรับ อุปกรณ์ I/O • 8 บิต ในแต่ละทิศทางจะให้ 800 เมกกะไบต์ต่อวินาที นั่นคือมี bandwidth 1.6 กิกะไบต์ต่อวินาที • 4 บิต ในแต่ละทิศทางจะให้ 400 เมกกะไบต์ต่อวินาที นั่นคือมี bandwidth 800 เมกกะไบต์ต่อวินาที • 2 บิต ในแต่ละทิศทางจะให้ 200 เมกกะไบต์ต่อวินาที นั่นคือมี bandwidth 400 เมกกะไบต์ต่อวินาที

10. LDT Packets • Packet มีขนาดความยาวเป็นจำนวนเท่าของ 4 ไบต์ • ใน LDT จะทำการส่งด้วยจำนวนทวีคูณของ 4 ไบต์ • Data packets มีความยาวตั้งแต่ 4 ถึง 64 ไบต์ • NOP (No Operation) Packets จะช่วยกำหนด Configuration ของ Link • NOP ใช้ในการติดต่อ LDT กับอุปกรณ์อื่น แบบ point-to-point link เพื่อตรวจสอบขนาดของ Buffer ในแต่ละด้านของบัส

11. LDT Clock and Control • Asynchronous clock forwarding • ใช้สัญญาณนาฬิกา 1 เส้น สำหรับทุกๆ 8 เส้นของข้อมูลในแต่ละทิศทาง • ใช้สายสัญญาณ Control เพื่อแยกแยะ Command packets • จะทำงานในช่วงอยู่ระหว่าง data packets • การจัดการระบบ In-band และ การส่งสัญญาณ legacy • ช่วยลดจำนวนเส้นสัญญาณควบคุมในระบบบัส และการอินเทอร์รัพต์จะใช้ Command Packet แทนสายสัญญาณ • ถูกออกแบบมาเพื่อรองรับสถาปัตยกรรมระบบัสเดิมที่ใช้สายสัญญาณควบคุม

12. LDT Configuration • ใช้ มาตราฐาน PnP header • LDT สามารถใช้ได้กับ PCI SIG • LDT-to-PCI bridges เหมือนกับ PCI-to-PCI bridges • ใช้ได้ ทั้งระบบปฎิบัติการเก่า ปัจจุบัน และใหม่ • ไม่จำเป็นต้องมี LDT Bus Class Driver

13. LDT Basic Commands • คำสั่งจะเริ่มด้วย 6 บิต • Write Command • Read Command • Read Response • Fence • Flush

14. LDT Data Packets • Data Packets มีขนาด 4 ถึง 64 ไบต์ • Data Packet มีความยาวเป็นจำนวนเท่าของ 4 ไบต์ (DWORD) • ต.ย. เป็น Data Packet ขนาด 8 ไบต์ ตามด้วย 56 ไบต์ • ข้อมูลชุดใดมีขนาดเล็กกว่า 4 ไบต์จะต้องปะข้อมูลเพิ่มให้ครบ • ขนาดของ command มี 32 บิต

15. LDT Physical Layer • ใช้แรงดันไฟฟ้าต่ำ ในการแสดงความแตกต่างของสัญญาณ • 2 ขา ต่อ 1 บิต ขาสัญญาณแต่ละคู่จะมีระดับสัญญาณไฟฟ้าในทิศทางต่างกัน • VLDT มีค่าเป็น 1.2 โวลต์ เบี่ยงเบนไม่เกิน 5 % ผลต่างของ เอาต์พุต 600 mV(TYPICAL) • ความต่างของแรงดันไฟฟ้าในการรับอินพุตใช้เพียง 200 mV • ใช้ความต้านทานสัญญาณไฟฟ้า 60 โอห์ม ทำให้ต้นทุนการผลิต PCB มีราคาต่ำ • ไม่ต้องการ PCB ชนิดพิเศษ • สามารถยาวได้ถึง 24 นิ้ว สำหรับ 800 เมกกะบิตต่อวินาที

16. LDT Pin Count • สัญญาณเพิ่มเติมของ LDT • Power OK (PWROK) • Reset LDT (RESET_L) • LDT ใช้ขาสัญญาณเพียง 55 ขา แต่สามารถถ่ายโอนข้อมูลได้เป็น 12 เท่าของ PCI-32/33 • ความแตกต่างของสัญญาณเทียบกับกราวนด์ มีอัตราส่วน 4:1 • มีทางเลือกสัญญาณ link power down สำหรับ ระบบ mobile • LDTStop_L • DevReq_L • เมื่อ LDT หยุดทำงาน จะไม่มีการจ่ายพลังงานในขาสัญญาณเลย

17. LDT Streams • Multiple Streams ในแต่ละลิงค์ • แต่ละ Packets จะระบุ ID ของ Source และ Target • Packets ที่มี IDs เหมือนกัน จะถือว่าอยู่ใน data Stream เดียวกัน • เพิ่มได้ถึง 32 IDs ต่อ ลิงค์ • All Streams are to/from Host Bridge and a LDT device • การสื่อสารแบบ Peer-to-peer จะต้องผ่าน host bridge • หากมิได้กำหนดไว้ล่วงหน้า ลำดับก่อนหลังของPacket ในแต่ละ Stream จะไม่ผลกระทบระหว่าง Stream • สามารถจัด Priority ของ Stream ได้

18. LDT Ordering • การตอบรับการอ่าน ไม่สามารถทำได้ใน Stream เดียวกันตอนที่เขียนอยู่แต่ • The Pass Posted Write (PassPW) bit สามารถ เซตให้ยอมทำ การตอบรับการอ่านสำหรับ pass posted writes • เป็นการเร่ง การตอบรับการอ่าน • ลำดับของ LDT stream แต่ละตัวจะไม่มีผลกับลำดับตัวอื่น ถ้าตำสั่ง Fence และ Flush ไม่ถูกใช้ • LDT สนับสนุนลำดับอย่างยืดหยุ่นสำหรับ bridging to PCI, Infiniband และ บัสอื่นๆ

19. ตัวอย่าง LDT Transaction

20. LDT Tunnels • Daisy chained I/O • หลาย tunnels สามารถใช้ daisy chained บน I/O ลิงค์อันเดียว • LDT bridges สามารถแสดงใช้สร้าง block สำหรับการออกแบบระบบ • LDT นำ Infiniband HCAs แยกจาก ส่วนควบคุมหน่วยความจำ

21. cLDT ระบบ มัลติโพรเซสเซอร์ • Coherent LDT ติดต่อระหว่าง โพรเซสเซอร์ สำหรับ SMP • cLDT จัดการหน่วยความจำใน NUMA ระบบ มัลติโพรเซสเซอร์ • cLDT จัดการ ระบบ cache • อุปกรณ์ มีหลาย cLDT พอร์ต • cLDT เป็น superset ของโปรโตคอล LDT I/O • Highly scalable SMP systems • Memory capacity scales • Memory bandwidth scales • I/O capacity scales • I/O bandwidth scales

22. LDT Milestones • LDT ออกแบบ สำหรับ x86 และอุปกรณ์อื่นๆ • มีบริษัทเข้าร่วมเป็นพันธมิตรเพื่อพัฒนา LDT กว่า 60 ราย • มีอุปกรณ์ที่ใช้ LDT เริ่มออกสู่ท้องตลาดในปี 2000 • บริษัท API-Network สามารถผลิตต้นแบบบนชิพซิลิกอนได้เรียบร้อย และAMD จะนำไปผลิตเชิงพาณิชย์ในอนาคตอันใกล้ • พันธมิตรที่เข้าร่วมคาดหวังว่าจะมีอุปกรณ์ LDT ชนิด Daisy chainable tunnel แบบ 2 links ออกสู่ตลาดในไม่ช้า • API มุ่งที่จะพัฒนา LDT switch ต่อไป

23. LDT Applications • อุปกรณ์ LDT พัฒนาในแต่ละส่วนมีดังนี้ • Desktop PCs -> Servers • Mobile PCs -> Workstations • Embedded -> LAN Routers & Switches • LDT ถูกพัฒนาในส่วนต่อไปนี้ • PC Chipset -> Infiniband Bridge • PC Chipset wl Graphics -> PCI-X Bridge • Multi-processor PC Chipset -> Router & Switch components • Embedded RISC CPU -> Proprietary RISC CPU Chipset

24. Summary • LDT จัดการ • เพิ่ม I/O bandwidth • เป็น universal link ลดจำนวนบัสในระบบ • สนับสนุนสำหรับ LDT tunnels กระทำ I/O building blocks • เป็นบัสประสิทธิภาพสูง สำหรับ embedded applications • highly scalable multiprocessing systems • ปัจจุบัน LDT ถูกเปลี่ยนชื่อเป็น HyperTransport

25. จบการนำเสนอ