新一代工業計算機平臺規范PICMG 1.3

2004年11月A版
   PICMG 1.2發布不到二年，PICMG(PIC工業計算機制造商協會)己開始制定更新的規范─PICMG 1.3，目的是要把一些新的I/O接口規范，如PCI Express、USB 2.0、Serial ATA、Gigabit以太網引入工業計算機平臺以提升系統頻寬。除了提升平臺的運算速度與頻寬，在系統管理與維護的便利性上，也做了一些改進，如增加IPMB與熱插拔的支持、減少排線的使用等。本文將介紹PICMG 1.3的主要規范。

PICMG 1.3
   PICMG 1.3總線接口是由兩個x16與兩個x8的PCI Express連接器所構成，符合PICMG 1.3的CPU板卡(系統主板，SHB)或背板可支持的總線種類(如表1所列)。
表中可以看出PICMG 1.3主要提供PCI Express的支持，對PCI或PCI-X也同樣支持，但這是次要的，而且SHB只支持32-bit寬度的PCI，只有背板才有可能支持到64-bit PCI。SHB又分長卡與短卡兩種，短卡僅支持連接器A、B，長卡最多可支持到連接器D。

提升I/O頻寬
   從PICMG 1.0發布至今，總線從ISA演進到PCI、PCI-X，一直到現在的PCI Express，每一次更新的目的都是為了提升系統I/O的頻寬，表2是上述各種總線頻寬的比較。
表3是PICMG 1.0到PICMG 1.3所支持的總線種類與頻寬。表中可以看出每次的規格更新，頻寬均提升了一倍以上。

更多的電源供應
   為了支持新一代的CPU與內存，在電源供應上，PICMG 1.3增加了更多的電源引腳，表4是PICMG 1.0到PICMG 1.3的電源供應比較表。
表4顯示，PICMG 1.3大幅度增加+12V電源的供應，也減少+5V的供應。因為在Pentium-III時代，CPU的耗電量通常不超過30W，CPU電源大多由+5V轉換而得，但是新一代的Pentium 4 CPU的耗電量高達100W以上，若從+5V轉換，轉換效率變差，而高達20A以上的電流，使電源轉換電路容易產生高熱而減少壽命。現今大多的設計都己改用+12V轉換，這就是PICMG 1.3增加+12V電源供應的主因。

結構考慮
   如同PICMG 1.2，PICMG 1.3的制定原則也希望延用原有的外圍設備，如機箱、電源系統，以降低系統開發成本。在結構上，SHB的零件面與PCI卡或PCI Express卡相反，這一點與PICMG 1.2不同。這樣的轉變主要源于兩個考慮，一是為了使CPU、北橋、與內存接口之間的高速信號線在PCB布線時更為順暢。如圖1所示，如果零件面與PCI Express卡相同，則CPU與內存接口之間的信號線將互相纏繞而不利走線；二是機箱的設計不用更改。如圖2所示，CPU板卡的零件面與PCI Express卡相反時，板卡的邊緣剛好對準溝槽的導軌。

PCI Express的介入損耗問題
   PCI Express的差動信號，其最高傳輸率達2.5Gbps，信號從SHB經過連接器到達背板的途中，會經過PCI Express連接器，造成阻抗不連續，使信號產生反射或衰減。為確保信號質量符合PCI Express規范的要求，對于信號的介入損耗有嚴格規定，SHB或是背板的設計均必須符合要求，以確保信號的眼圖符合規范。
圖3是信號的連接方式示意圖，可看出SHB在分析介入損耗時是把PCI Express連接器視為阻抗的一個不連續點。表5則是信號對介入損耗的要求。

其它新增功能
   除了PCI Express與PCI，PICMG 1.3還加入了4對USB 2.0口、4對Serial ATA口、與1個GbE口的支持。這些信號都被引到PICMG 1.3的接口規格中，讓這些高速的差動信號經由印制電路板到達背板，信號質量會更穩定，亦可減少電纜的使用，進而提升系統維護的便利性。
   為了更方便管理系統，PICMG 1.3加入了IPMB的支持，管理人員能夠用IPMB來監控系統內的各種組件的健康狀態，如CPU或系統溫度、電壓、風扇轉速等，并且能夠從遠程控制SHB，或是重置系統等管理工作。
   PICMG 1.3的PCI Express接口支持熱插拔功能，系統可以在不斷電的情況下更換PCI Express卡，提高系統的可用性。
   背板上的SHB插槽設有鑰匙可用來防止SHB誤插到I/O電壓位置不兼容的背板上，所以PICMG 1.3定義VIO信號，讓SHB可以判斷背板所支持的I/O電壓位置。
   PICMG 1.3將+3.3Vaux、PSON#、PWRBT#、PWRGD等信號引入硬件接口以支持ATX電源系統的電源管理功能，但需留意的是這些支持都只是選項。若系統不支持ATX電源系統，系統開發商也必須確保SHB與背板在搭配舊有的電源系統時仍能正常工作。PICMG 1.3還預留了SM總線以滿足未來在系統管理上的需求。

   背板設計應注意的事項
   背板有高速的PCI Express信號經過，為確保信號質量，印制電路板的阻抗要求極為嚴格，一般信號線的特性阻抗為57W