Ein PCIe-Retimer ist eine Hardwarekomponente, die zur Verbesserung der Signalintegrität von PCI Express (PCIe) eingesetzt wird. Seine Hauptfunktion besteht darin, PCIe-Signale zu regenerieren und wiederherzustellen, um sicherzustellen, dass die Signalqualität und -stabilität bei Übertragungen über große Entfernungen oder in komplexen topologischen Strukturen erhalten bleiben.

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

Da die Übertragungsraten stetig steigen, nimmt die Signaldämpfung immer stärkere Ausmaße an, insbesondere mit jeder neuen Version des PCIe-Standards. Da sich die Anforderungen an Anwendungen weiterentwickeln, wird der PCIe-Standard ständig aktualisiert, wobei sich die Übertragungsgeschwindigkeiten mit jeder Generation verdoppeln. Da jedoch die physische Größe von Servern durch industrielle Standards begrenzt ist, gewinnt die Einfügungsdämpfung über die gesamte Verbindung zunehmend an Bedeutung. So ist er beispielsweise 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

Signalregenerierung:

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

Taktwiederherstellung:

Ein Retimer kann zudem Taktinformationen aus dem empfangenen Signal extrahieren und so die Synchronisation der Datenübertragung gewährleisten. Dies ist insbesondere bei hochfrequenten PCIe-Signalen von entscheidender Bedeutung.

Latenzkompensation:

In komplexen Systemen können Signale unterschiedliche Verzögerungen aufweisen. Ein Retimer kann dabei helfen, diese Verzögerungen auszugleichen und so die Synchronisation zwischen den Geräten sicherzustellen.

·Anwendungsszenarien für Retimer

· Fernverbindungen:

In Anwendungen, die Verbindungen über große Entfernungen erfordern, beispielsweise zwischen Servern und Speichergeräten, gewährleisten Retimer die Signalqualität.

Mehrschichtige Leiterplatten:

In komplexen Leiterplattenentwürfen, bei denen Signale mehrere Schichten durchlaufen, tragen Retimer zur Verbesserung der Signalintegrität bei.

Anwendungen mit hoher Bandbreite:

In Anwendungen, die eine hohe Bandbreite und geringe Latenz erfordern – wie beispielsweise Rechenzentren und Hochleistungsrechner – sind Retimer entscheidende Komponenten für die Gewährleistung der Leistungsfähigkeit.

In der Abbildung leitet der RETIMER die empfangenen Informationen zur Signalentzerrung durch den CTLE (Continuous Time Linear Equalizer) und den DFE (Decision Feedback Equalizer), wodurch die Signalqualität und die Zuverlässigkeit der Datenübertragung verbessert werden. CTLE und DFE sind beides wichtige Signalentzerrungstechnologien in digitalen Hochgeschwindigkeits-Kommunikationssystemen. In der Praxis werden CTLE und DFE häufig gemeinsam eingesetzt, um eine bessere Entzerrung zu erzielen. Die CDR-Schaltung (Clock and Data Recovery) extrahiert das Taktsignal aus dem seriellen Eingangsdatensignal und nutzt dieses wiederhergestellte Taktsignal, um die Daten abzutasten und wiederherzustellen.