ハッカーのための PCIe: M.2 カードの旅

私は自分自身や友人が使用するためにいくつかの M.2 アダプターを設計しましたが、それらのデザインをオンラインで見つけて、カスタムメイドのアダプターを求められるようになりました。 これらのリクエストの 1 つは非常に具体的です。E キー M.2 スロットに PCIe リンクを 1 つ追加するアダプターです。E キー M.2 スロットは、ラップトップで WiFi カード用に使用されている種類のスロットです。

M.2 仕様では、2 つの個別の PCIe リンクを E キー スロットに接続することが許可されています。 ただし、一部の非常に古い WiGig 対応カードを除いて、これを使用する WiFi カードはなく、メーカーは長い間 2 番目のリンクの接続を諦めてきました。 それにもかかわらず、Google Coral M.2 E-key デュアル AI アクセラレータや最近発表された uSDR など、実際に 2 番目のリンクを必要とするカードがいくつかあります。そうでないと、容量の半分しか利用できません。

Google と WaveletSDR の両方がデュアルリンク E キー ソケットを設計した理由は明らかではありません。なぜなら、このようなことはまれなことだからです。 Google カードについては、購入したボードが完全には動作しないと不満を言う人がたくさんいます。 理論的には、このような状況を解決するために必要なのは、どこかから 2 番目の PCIe リンクを取得し、それをソケットに配線することだけです。これを行うための完璧な方法は、PCIe スイッチ チップを入手することです。 スイッチのアップリンク PCIe 接続の速度は非常に遅いため、帯域幅の一部が失われます。 この AI アクセラレータのようなものの場合、主なポイントは 2 番目のデバイスにアクセスできるようにすることなので、それほど問題にはなりません。 前述の SDR の場合、役に立たないことが判明するか、一部は勝っても一部は負ける可能性があります。試してみるまではわかりません。

これはハッカーにとってフレンドリーな問題であり、楽しみと学習の機会を得るために解決できます。 十分に小さい PCIe スイッチ チップがあれば、M.2 ソケットも備えた M.2 カード PCB を作成し、間に PCIe スイッチを配置して、受信 PCIe 1x リンクを 2 つの送信 1x リンクに分割することができます。

さらに、この問題は以前にも解決されています。 この正確なアダプターはすでにオンラインで誰かによって作成されていますが、明らかにオープンソースではなく、作成者は関心がないと主張して販売を開始していません。 私たちが今日設計しているアダプターは、完全かつ適切にオープンになります。誰もが必要に応じてこのような独自のアダプターを製造し、そこから学び、またはそれを別のものにリミックスすることができます。

PCIe スイッチ側については、前回、小型で安価で未開発の PCIe スイッチ チップである ASM1182e について触れました。ASM1182e は、1 つから 2 つの PCIe x1 リンクを作成できます。 Aliexpress で簡単に入手でき、中国の多くの PCIe 分割カードで使用されており、出荷後 6 ドルで、少数の外部コンポーネント、スタンドアロン動作、簡単な配線など、メンテナンスの手間もかからないようです。 残念ながら、私が見つけたデータシートはありません。しかし、独自のボードを作成するために使用できる情報はかなりたくさんあります。また、チップを中心に設計する方法を示します。データシートをお持ちでない場合。

現在、私たちはハードウェアニッチ向けの長年の問題を解決し、合計 3 つの PCIe リンクを持つ M.2 アダプターを作成し、データシートが利用できない PCIe スイッチ チップのリバース エンジニアリングを行っています。 また、このボードを挑戦として高密度に作成し、回路図のページから組み立てられたカードに何が必要かを示したいと思います。

この設計のベースとして、私の M.2 アダプター設計の 1 つを使用します。具体的には、ラップトップの WiFi カード スロットに SSD を挿入できる、A+E キーから M キーへのアダプターです。 それは可能性があるため 2 層ボードですが、今日では 2 層では機能しません。この設計には 4 層が必要です。そうしないと、PCIe リンクを適切に配線し、あらゆる場所にグランドを接続するのが非常に困難になるためです。 あなたの目的のために他の人のデザインを再利用できる場合は、絶対にそうしてください。これはシンボルとフットプリントをテスト済みです。つまり、再チェックする変数が少ないということです。 その結果、M.2 カードを最初から設計する必要がなくなりました。

同じことが、ASM1182 のリバース エンジニアリングに使用できる参照回路図にも当てはまります。具体的には、大量生産されたラップトップからのものです。 今日、私たちは幸運です – Clevo は、ラップトップの回路図を公開する伝統を持つ (または持っていた) 稀な企業の 1 つです。おそらく、他のすべてのラップトップ メーカーとは異なり、実際に独自のメインボードを設計しているという事実に助けられています。 私が回路図を公開しているのを見た他のラップトップ会社は Framework 社だけです。同社のメインボードは下請けに委託されており (ラップトップ業界では標準です)、同社のものは NDA の可能性のあるすべての要素が削除された部分的なものです。 私たちが今日探している回路図にはいかなる種類の機密マークもありません。それにもかかわらず、リンクは提供していませんが、特に P75xZM_ESM.pdf を探す場合、お気に入りの検索エンジンで間違いなく最初の結果となるでしょう。