摘要
距離PICMG 1.2發布不到二年的時間，PICMG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" title="I/O">I/O接口規格，如PCI Express、USB 2.0、Serial ATA、Gigabit Ethernet引入工業計算機平臺以提升系統頻寬" title="頻寬">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hot plug的支持、減少排線的使用等。本文將介紹PICMG 1.3的主要規格。
PICMG 1.3的組成
PICMG 1.3總線接口是由兩個x16與兩個x8的PCI Express connector所構成，符合PICMG 1.3的CPU板卡〈System Host Board, SHB〉或背板可支持的總線種類如表一所列。
表一：PICMG 1.3支持總線列表
表中可以看出PICMG 1.3主要提供PCI Express的支持，對PCI或PCI-X也有支持，但是次要的，而且SHB只支持32-bit寬度的PCI bus，只有背板才有可能支持到64-bit PCI bus。SHB又分長卡與短卡兩種，短卡僅支持connector A、B，長卡最多可支持到connector D。
提升I/O頻寬
從第一個工業計算機規范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，每一次的更新，目的就是為了提升系統I/O的頻寬，表二是上述各種總線的頻寬比較表。
表二：各種總線的頻寬比較
表三是PICMG 1.0到PICMG 1.3，所支持的總線種類與頻寬列表。表中可以看出每次的規格更新，頻寬均提升了一倍以上。
表三：PICMG規范所支持的總線種類與頻寬比較表
更多的電源供給
為了支持新一代的CPU與內存，在電源供給上，PICMG 1.3增加了更多的power pin，表四是PICMG 1.0到PICMG 1.3的電源供給比較表。
表四顯示，PICMG 1.3大幅度增加+12V電源的供給，也減少+5V的供給。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20安培以上的電流，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電源供給的主因。
表四：PICMG規范電源供給比較表
機構的考慮
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" title="電源系統">電源系統，以降低系統開發成本。在機構上，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二個考慮，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，走線更為順暢。如圖一所示，如果零件面與PCI Express卡相同，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。如圖二所示，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Insertion loss問題
PCI Express的差動信號，其最高傳輸率達2.5Gbps/sec，信號從SHB經過connector到達背板的途中，會經過PCI Express connector，這造成阻抗不連續，使信號產生反射或衰竭。為確保信號品質" title="信號品質">信號品質符合PCI Express規范的要求，對于信號的insertion loss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eye pattern符合規范。
圖三是信號的連接方式示意圖，圖中可看出SHB在分析insertion loss時，是把PCI Express connector視為阻抗的一個不連續點。表五則是信號在insertion loss的要求。
Note :
1. 表格內的數據基于以下的假設：connector loss=1dB，capacitor loss=1dB/each，FR4 material loss=0.3dB/inch/GHz
2. 以上數據均根據PCI Express Card Electrical Specification Rev.1.0a所列基本定義計算所得
表五：Insertion Loss的要求
其它新增功能
〈1〉 Miscellaneous I/O ports
除了PCI Express與PCI bus，PICMG 1.3還加入了四對USB 2.0 port、四對Serial ATA port、與一個GbE port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刷電路板到達背板，信號品質會更穩定，亦可減少cable的使用，進而提升系統維護的便利性。
〈2〉 IPMB Interface
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。
〈3〉 Hot plug support
PICMG 1.3的PCI Express接口支持hot plug功能，系統可以在不斷電的情況下更換PCI Express卡片，提高系統的可用性〈Availability〉。
〈4〉 VIO電壓偵測
背板上的SHB插槽沒有keying可用來防止SHB誤插到I/O電壓位準不兼容的背板上，所以PICMG 1.3定義VIO信號，讓SHB可以判斷背板所支持的I/O電壓位準。
〈5〉 電源管理
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optional，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。
〈6〉 SM bus support
PICMG 1.3還預留了SM bus以滿足未來在系統管理上的需求。
背板設計該注意的事項
背板有高速的PCI Express信號經過，為確保信號品質，印刷電路板的阻抗要求極為嚴謹，一般信號線的特性阻抗為57W+/-10%，差動信號的阻抗則為100+/-10%。
如果有支持64-bit PCI bus，背板必須為AD[32..63]、C/BE#[4..7]、REQ64#、ACK64#、PAR64做pull-up的動作。
PCI bus的工作頻率最高可達133MHz，為克服同步問題，必須妥善處理回授時鐘。回授時鐘的設計細節與PICMG 1.2相同，有興趣的讀者可參考筆者2003年11月在臺灣通訊雜志所刊登的”PICMG 1.2規范”，不在此贅述。
結論
自從PICMG在1994年針對工業界制定第一個開放性架構以來，工業計算機的規格給人的感覺總是落后于主流信息產品規格。但是從2000年以后，這個情形有了轉變。PCI-X出現二年后，PICMG 1.2規范就將其應用在工業領域，PICMG 1.3也緊跟在PCI Express的腳步之后推出。
PCI Express的相關應用預計在2005年會大量出現在市場上，PICMG 1.3是一個必要的技術更新，截至筆者完成這篇文章時，PICMG 1.3規范仍未正式發布，PICMG協會將在2004年底正式頒布第一版PICMG 1.3規范，目的就是要在2005年趕上PCI Express熱潮，這樣系統開發商就可以把使用在主流桌上型計算機與服務器的各種適配卡直接應用在工業計算機領域，讓系統擴充更具彈性，亦可節省系統開發成本。
距離PICMG 1.2發布不到二年的時間，PICMG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" title="I/O">I/O接口規格，如PCI Express、USB 2.0、Serial ATA、Gigabit Ethernet引入工業計算機平臺以提升系統頻寬" title="頻寬">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hot plug的支持、減少排線的使用等。本文將介紹PICMG 1.3的主要規格。
PICMG 1.3的組成
PICMG 1.3總線接口是由兩個x16與兩個x8的PCI Express connector所構成，符合PICMG 1.3的CPU板卡〈System Host Board, SHB〉或背板可支持的總線種類如表一所列。
| Connector | Type | Pin Count | Signal description |
| A | PCI Express x16 | 164 | One PCI Express x16, or Two PCI Express x8 |
| B | PCI Express x8 | 98 | One PCI Express x8, or Two PCI Express x4, or One PCI Express x4 and Four PCI Express x1 |
| C | PCI Express x16 | 164 | Power pin, USB 2.0, Serial ATA, GbE, and IPMB |
| D | PCI Express x8 | 98 | 32-bit PCI/PCI-X" title="PCI-X">PCI-X bus with bus speed up to 133MHz |
表一：PICMG 1.3支持總線列表
表中可以看出PICMG 1.3主要提供PCI Express的支持，對PCI或PCI-X也有支持，但是次要的，而且SHB只支持32-bit寬度的PCI bus，只有背板才有可能支持到64-bit PCI bus。SHB又分長卡與短卡兩種，短卡僅支持connector A、B，長卡最多可支持到connector D。
提升I/O頻寬
從第一個工業計算機規范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，每一次的更新，目的就是為了提升系統I/O的頻寬，表二是上述各種總線的頻寬比較表。
| Protocol | ISA | PCI 64-bit/66MHz | PCI-X 64-bit/133MHz | PCI Express x8 | PCI Express x16 |
| Bandwidth | Half duplex | Half duplex | Half duplex | Full duplex | Full duplex |
| MB/s | 24 | 533 | 1066 | 2500 | 5000 |
表二：各種總線的頻寬比較
表三是PICMG 1.0到PICMG 1.3，所支持的總線種類與頻寬列表。表中可以看出每次的規格更新，頻寬均提升了一倍以上。
| Specification | PICMG 1.0 | PICMG 1.2 | PICMG 1.3 |
| BUS support | ISA (24MB/s) PCI 66(533MB/s) |
PCI-X 133 (1066MB/s) PCI-X 133 (1066MB/s) |
PCI Express x16 (5000MB/s) PCI Express x8 (2500MB/s) PCI 32-bit bus (optional) |
表三：PICMG規范所支持的總線種類與頻寬比較表
更多的電源供給
為了支持新一代的CPU與內存，在電源供給上，PICMG 1.3增加了更多的power pin，表四是PICMG 1.0到PICMG 1.3的電源供給比較表。
表四顯示，PICMG 1.3大幅度增加+12V電源的供給，也減少+5V的供給。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20安培以上的電流，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電源供給的主因。
| Specification | +3.3V power pin | +5V power pin | +12V power pin | Power to SHB |
| PICMG 1.0 (64-bit PCI) | 12 pin (~40W) | 22 pin (~110W) | 2 pin (~24W) | 36 pin (~174W) |
| PICMG 1.2 | 22 pin (~73W) | 25 pin (~125W) | 1 pin (~12W) | 48 pin (~210W) |
| Proposed PICMG 1.3 | 26 pin (~86W) | 8 pin (~40W) | 28 pin (~336W) | 62 pin (~462W) |
表四：PICMG規范電源供給比較表
機構的考慮
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" title="電源系統">電源系統，以降低系統開發成本。在機構上，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二個考慮，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，走線更為順暢。如圖一所示，如果零件面與PCI Express卡相同，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。如圖二所示，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Insertion loss問題
PCI Express的差動信號，其最高傳輸率達2.5Gbps/sec，信號從SHB經過connector到達背板的途中，會經過PCI Express connector，這造成阻抗不連續，使信號產生反射或衰竭。為確保信號品質" title="信號品質">信號品質符合PCI Express規范的要求，對于信號的insertion loss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eye pattern符合規范。
圖三是信號的連接方式示意圖，圖中可看出SHB在分析insertion loss時，是把PCI Express connector視為阻抗的一個不連續點。表五則是信號在insertion loss的要求。
Note :
1. 表格內的數據基于以下的假設：connector loss=1dB，capacitor loss=1dB/each，FR4 material loss=0.3dB/inch/GHz
2. 以上數據均根據PCI Express Card Electrical Specification Rev.1.0a所列基本定義計算所得
表五：Insertion Loss的要求
其它新增功能
〈1〉 Miscellaneous I/O ports
除了PCI Express與PCI bus，PICMG 1.3還加入了四對USB 2.0 port、四對Serial ATA port、與一個GbE port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刷電路板到達背板，信號品質會更穩定，亦可減少cable的使用，進而提升系統維護的便利性。
〈2〉 IPMB Interface
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。
〈3〉 Hot plug support
PICMG 1.3的PCI Express接口支持hot plug功能，系統可以在不斷電的情況下更換PCI Express卡片，提高系統的可用性〈Availability〉。
〈4〉 VIO電壓偵測
背板上的SHB插槽沒有keying可用來防止SHB誤插到I/O電壓位準不兼容的背板上，所以PICMG 1.3定義VIO信號，讓SHB可以判斷背板所支持的I/O電壓位準。
〈5〉 電源管理
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optional，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。
〈6〉 SM bus support
PICMG 1.3還預留了SM bus以滿足未來在系統管理上的需求。
背板設計該注意的事項
背板有高速的PCI Express信號經過，為確保信號品質，印刷電路板的阻抗要求極為嚴謹，一般信號線的特性阻抗為57W+/-10%，差動信號的阻抗則為100+/-10%。
如果有支持64-bit PCI bus，背板必須為AD[32..63]、C/BE#[4..7]、REQ64#、ACK64#、PAR64做pull-up的動作。
PCI bus的工作頻率最高可達133MHz，為克服同步問題，必須妥善處理回授時鐘。回授時鐘的設計細節與PICMG 1.2相同，有興趣的讀者可參考筆者2003年11月在臺灣通訊雜志所刊登的”PICMG 1.2規范”，不在此贅述。
結論
自從PICMG在1994年針對工業界制定第一個開放性架構以來，工業計算機的規格給人的感覺總是落后于主流信息產品規格。但是從2000年以后，這個情形有了轉變。PCI-X出現二年后，PICMG 1.2規范就將其應用在工業領域，PICMG 1.3也緊跟在PCI Express的腳步之后推出。
PCI Express的相關應用預計在2005年會大量出現在市場上，PICMG 1.3是一個必要的技術更新，截至筆者完成這篇文章時，PICMG 1.3規范仍未正式發布，PICMG協會將在2004年底正式頒布第一版PICMG 1.3規范，目的就是要在2005年趕上PCI Express熱潮，這樣系統開發商就可以把使用在主流桌上型計算機與服務器的各種適配卡直接應用在工業計算機領域，讓系統擴充更具彈性，亦可節省系統開發成本。
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