Ein PCIe-Retimer ist eine Hardwarekomponente, die zur Verbesserung der Signalintegrität von PCI Express (PCIe) eingesetzt wird. Seine Hauptfunktion ist die Regeneration und Wiederherstellung von PCIe-Signalen, um sicherzustellen, dass die Signalqualität und -stabilität bei Übertragungen über große Entfernungen oder in komplexen topologischen Strukturen erhalten bleibt.

Seit der Einführung von PCI Express 3.0 vor über einem Jahrzehnt haben Retimer- und Redriver-Technologien längere physische Kanäle in Servern und Speichersystemen ermöglicht. Heute sind PCIe 4.0-Lösungen ausgereift, PCIe 5.0-Lösungen werden nach und nach eingeführt, und die PCIe 6.0-Spezifikation wurde Anfang 2022 veröffentlicht.

Da die Kommunikationsraten stetig steigen, wird die Signaldämpfung immer stärker, insbesondere mit jeder Iteration des PCIe-Standards. Da sich die Anwendungsanforderungen weiterentwickeln, wird der PCIe-Standard ständig aktualisiert, wobei sich die Übertragungsgeschwindigkeiten mit jeder Generation verdoppeln. Da die physische Größe von Servern jedoch durch Industriestandards eingeschränkt wird, ist die Einfügedämpfung über die gesamte Verbindung immer stärker geworden. So ist sie zum Beispiel von 22 dB in der PCIe 3.0-Ära auf 28 dB in PCIe 4.0 und weiter auf 36 dB in PCIe 5.0 gestiegen.

Hauptfunktionen eines Retimers

Signal-Regeneration:

Ein Retimer kann Signale von PCIe-Geräten empfangen und regenerieren, um Probleme mit der Signalqualität zu beseitigen, die durch Dämpfung und Verzerrung während der Übertragung entstehen.

Wiederherstellung der Uhr:

Ein Retimer kann auch Taktinformationen aus dem empfangenen Signal extrahieren und so die Synchronisation der Datenübertragung sicherstellen. Dies ist besonders wichtig für hochfrequente PCIe-Signale.

Latenzausgleich:

In komplexen Systemen können Signale unterschiedliche Verzögerungen aufweisen. Ein Retimer kann dazu beitragen, diese Verzögerungen auszugleichen und die Synchronisation zwischen Geräten zu gewährleisten.

-Anwendungsszenarien von Retimern

- Verbindungen über große Entfernungen:

Bei Anwendungen, die Verbindungen über große Entfernungen erfordern, z. B. zwischen Servern und Speichergeräten, gewährleisten Retimers die Signalqualität.

Mehrschichtige Leiterplatten:

Bei komplexen PCB-Designs, bei denen Signale mehrere Schichten durchlaufen, tragen Retimers zur Verbesserung der Signalintegrität bei.

Anwendungen mit hohen Bandbreiten:

Bei Anwendungen, die eine hohe Bandbreite und niedrige Latenzzeiten erfordern, wie z. B. in Rechenzentren und Hochleistungscomputern, sind Retimer wichtige Komponenten zur Gewährleistung der Leistung.

In der Abbildung durchläuft der RETIMER nach dem Empfang der Informationen den CTLE (Continuous Time Linear Equalizer) und den DFE (Decision Feedback Equalizer) zur Signalentzerrung, um die Signalqualität und die Zuverlässigkeit der Datenübertragung zu verbessern. CTLE und DFE sind beide wichtige Signalentzerrungstechnologien in digitalen Hochgeschwindigkeitskommunikationssystemen. In praktischen Anwendungen werden CTLE und DFE oft gemeinsam eingesetzt, um eine bessere Entzerrung zu erreichen. Die CDR-Schaltung (Clock and Data Recovery) extrahiert das Taktsignal aus dem seriellen Eingangsdatensignal und verwendet dieses zurückgewonnene Taktsignal zum Abtasten und Wiederherstellen der Daten.