Płyty główne PCIe 4.0 dopiero teraz zaczynają być dostarczane do klientów, ale nie spowalnia to rozwoju tego kluczowego standardu połączeń peryferyjnych. PCIe 6.0 jest już rozważane i zawiera konkretne ulepszenia w stosunku do obecnego, najnowocześniejszego standardu.
Ponieważ PCIe staje się podstawą komputerów wszelkich kształtów i rozmiarów, warto porozmawiać o tym, czym jest PCIe, do czego służy i co nowy PCIe 6.0 będzie oferować w przyszłości.
Podstawy PCIe
PCIe to skrót od Peripheral Component Interconnect Express. Niektórzy z naszych czytelników, którzy od jakiegoś czasu zajmują się komputerami, mogą pamiętać stary standard PCI, ale PCIe przypomina oryginalny standard PCI, tak jak myśliwiec ma się do papierowego samolotu.
PCIe to zarówno protokół, jak i standard połączenia sprzętu fizycznego. Najpopularniejszym standardem połączeń sprzętowych PCIe jest gniazdo rozszerzeń płyty głównej. Do tych gniazd podłączasz karty rozszerzeń, a komunikacja odbywa się za pośrednictwem pinów łączących. Możliwe jest jednak wysyłanie sygnałów protokołu PCIe przez inne typy połączeń.
Dyski SSD NVME korzystające ze złącza M.2 mogą korzystać z PCIe i wydaje się, że nie różni się to od komputera z dyskiem SSD podłączonym przez standardowe gniazdo PCIe. Standardy Thunderbolt 3 i 4 obsługują również przesyłanie sygnałów PCIe przez kabel. W ten sposób możliwe są eGPU (zewnętrzne karty graficzne).
Urządzenia PCIe wysyłają dane szeregowo, ale wieloma równoległymi ścieżkami. Gniazdo PCIe x16 na płycie głównej komputera może pomieścić jednocześnie szesnaście kanałów danych. PCIe oferuje również gniazda x8, x4 i x1. Ogólnie rzecz biorąc, karty graficzne wykorzystują gniazdo x16, ponieważ potrzebują jak największej przepustowości. Podczas gdy wolniejsze sloty są zwykle fizycznie krótsze, często zdarza się, że długość x16 oprócz podstawowego wynosi x8.
Karty PCIe zapewniają kompatybilność wsteczną i krzyżową, dzięki czemu możesz umieścić kartę x4 w dowolnym gnieździe PCIe, które fizycznie ją pomieści. Po prostu zmarnujesz wszystkie linie PCIe, z których nie korzysta karta x4. To samo dotyczy użycia karty PCIe 5.0 w gnieździe na przykład 4.0. To zadziała, ale będzie ograniczone do najniższego wspólnego mianownika.
Kto decyduje o standardzie PCIe?
.Standard PCI Express został zaprojektowany i zatwierdzony przez Grupa Specjalnego Zainteresowania PCI (PCI-SIG), konsorcjum składające się z członków z branży elektronicznej i komputerowej zainteresowanych tą technologią.
PCI-SIG została założona w 1992 roku jako grupa, której zadaniem było pomaganie producentom komputerów w prawidłowym wdrażaniu standardu Intel PCI. Dziś jest to organizacja non-profit zrzeszająca ponad 800 członków.
Płyta PCI-SIG obsługuje procesory AMD, ARM, Dell, IBM, Intel, Nvidia, Qualcomm i innych. Być może rozpoznajecie te nazwiska jako głównych producentów urządzeń komputerowych, a posiadanie wspólnego standardu znacznie ułatwia ich pracę, nie wspominając o życiu ich klientów!
Do czego służy PCIe?
Wspomnieliśmy już powyżej o kartach rozszerzeń i dyskach SSD, więc prawdopodobnie masz ogólne pojęcie o zastosowaniach PCIe.
Standard PCIe umożliwia podłączenie niemal każdego zewnętrznego urządzenia peryferyjnego, jakie możesz sobie wyobrazić. Oferuje znacznie szerszą przepustowość niż USB, szczególnie przy korzystaniu z wielu pasm. PCIe zapewnia również bezpośrednią ścieżkę do procesora, dzięki czemu idealnie nadaje się do zastosowań wymagających dużej szybkości i małych opóźnień.
Nowoczesne procesory graficzne korzystają z szesnastu pasm przepustowości PCIe, aby zmaksymalizować swoją wydajność, ale nie każde urządzenie peryferyjne potrzebuje tak dużej przepustowości. Najnowsze dyski SSD PCIe 4.0 wykorzystują „tylko” cztery ścieżki, ale to wystarczy, aby wyrzucić standard SATA z wody. Podczas gdy SATA osiąga maksymalną prędkość 600 MB/s, wysokiej klasy dyski PCIe 4.0 mogą przesyłać więcej niż 7000 MB/s.
Karty rozszerzeń PCIe obsługują także karty karty dźwiękowe, karty przechwytywania wideo, adapter Ethernet 10 Gb, karty Wi-Fi 6, kontrolery Piorun lub USB i nie tylko. Urządzenia peryferyjne zintegrowane z płytą główną komputera również korzystają z PCI Express. Tyle, że okablowanie jest trwałe, a nie w formie szczeliny.
Jak PCIe 6.0 poprawia się w stosunku do PCIe 5.0?
Główne ulepszenie to zwykle duży skok szybkości transmisji danych przy każdej wersji PCIe. To ilość informacji, która może zostać przeniesiona przez magistralę w ciągu każdej sekundy.
Pod tym względem PCIe 6.0 nie zawodzi. Całkowicie podwaja i tak już ogromną szybkość przesyłania danych PCIe 5.0 z 32 Gigatransferów na sekundę (GT/s) do 64 GT/s na linię. Podczas gdy PCIe 5.0 może przesyłać 63 gigabajty na sekundę (GB/s), 6.0 może przenosić do 128 GB/s. To więcej niż połączenie x16, z mniejszą liczbą mniejszych połączeń. Oznacza to, że gniazdo x8 PCIe 6.0 ma teraz taką samą wydajność jak gniazdo x16 5.0..
To zapewnia mnóstwo miejsca na przyszłe procesory graficzne i ultraszybkie rozwiązania pamięci masowej. Nie wspominając już o niesamowitych możliwościach dla urządzeń zewnętrznych podłączonych przez PCIe lub kart rozszerzeń obsługujących Thunderbolt i USB 4.
Nowe funkcje w PCI Express 6.0
Dokonanie tak monumentalnego skoku wydajności w ciągu jednego pokolenia nie było łatwe. Aby osiągnąć te liczby, inżynierowie PCI-SIG musieli opracować kilka nowych, innowacyjnych sposobów przemieszczania elektronów.
Sygnalizacja PAM4
Być może najbardziej znaczącą zmianą w PCIe 6.0 w porównaniu z poprzednimi generacjami interfejsu jest sposób kodowania danych.
PCI Express 6.0 wykorzystuje PAM4, co jest skrótem od Czteropoziomowej modulacji amplitudy impulsu.Jeśli wiesz cokolwiek na temat przebiegów elektrycznych, wiesz, że „amplituda” fali oznacza, jak daleko grzbiet fali znajduje się od linii podstawowej.
Starsze kodowanie PCIe NRZ (bez powrotu do zera) miało tylko dwa poziomy amplitudy na impuls w cyklu zegara. PCIe 6 podwaja tę liczbę do czterech, zwiększając ilość danych zakodowanych w każdym cyklu.
Korekcja błędów w przód (FEC)
Chociaż metoda kodowania PAM4 zapewnia znaczny wzrost prędkości, zapewnia również duży wzrost liczby błędów bitowych. Innymi słowy, zamiast do zera dociera się do celu i odwrotnie.
Aby temu zaradzić, PCIe 6.0 posiada nową funkcję korekcji błędów przesyłania, która sprawdza, czy dane docierają tam, gdzie powinny, bez uszkodzeń, za pomocą niezawodnej implementacji CRC (Cyclic Redundancy Check).
Jednym z niebezpieczeństw związanych z dodaniem do potoku większej liczby kroków korekcji błędów jest zwiększenie opóźnienia. Dodatkowe opóźnienia stanowią coraz większy problem w przypadku różnych szybkich komponentów komputerowych. Chociaż mogą przesyłać coraz więcej danych, reakcja na żądanie danych zajmuje im więcej czasu, co samo w sobie może powodować problemy.
FEC zaprojektowano z myślą o dodaniu nie więcej niż dwóch nanosekund opóźnienia w porównaniu z poprzednimi wersjami PCIe, co stanowi niewielką część dodatkowego opóźnienia, którego człowiek nie jest w stanie wykryć.
Tryb FLIT
Tryb FLIT to kolejny środek wprowadzony w celu poprawy korekcji błędów w PCIe 6.0. Organizuje dane w jednostki o jednakowym rozmiarze za pomocą dedykowanej, pokładowej jednostki sterującej przepływem. Jest to konieczne, aby sprawdzić pakiety pod kątem błędów, ponieważ można zastosować algorytm do każdego pakietu danych i sprawdzić, czy pakiet nadal daje wynik, gdy dotrze do drugiego końca potoku..
Rzecz w tym, że tryb FLIT przynosi znaczny wzrost wydajności także w innych miejscach. Pomaga zmniejszyć opóźnienia, zwiększa efektywność wykorzystania przepustowości i pozwala PCIe 6.0 wyeliminować większość narzutu na kodowanie w porównaniu z poprzednimi wersjami. Tak więc, mimo że PAM4 dodaje do 2ns opóźnienia, tryb FLIT oszczędza opóźnienia w innych obszarach.
Tryb L0p
Jedną interesującą funkcją PCIe 6.0 jest tryb L0p. Ten tryb zmniejsza liczbę linii wykorzystywanych przez urządzenie peryferyjne do wysyłania i odbierania danych. Jeśli więc Twój laptop jest zasilany z baterii, a procesor graficzny nie potrzebuje 16 linii do wykonywania swojej bieżącej pracy, ograniczy się do wykorzystywania tylko potrzebnej liczby linii, oszczędzając energię elektryczną poprzez zwiększenie wydajności energetycznej.
Czy powinieneś poczekać na PCIe 6.0?
Jeśli wkrótce myślisz o zakupie lub złożeniu nowego komputera, czy powinieneś poczekać, aż pojawią się płyty główne PCIe 6.0? Zawsze kuszące jest zbudowanie komputera przyszłościowego. Co się stanie, jeśli pojawi się nowy procesor graficzny lub dysk SSD, który będzie potrzebował PCIe 6.0, aby osiągnąć swój pełny potencjał?
Krótka odpowiedź na to pytanie jest taka, że nie musisz się martwić czekaniem na PCIe 6.0. W chwili pisania tego tekstu płyty główne PCIe 5.0 dopiero zaczęły być udostępniane konsumentom i nawet najbardziej zaawansowane obecnie procesory graficzne w ogóle nie potrzebują PCIe 5.0.
W punkty odniesienia porównaniu flagowych kart, takich jak RTX 3080 lub RTX 3090, działających na PCIe 3.0 i 4.0, różnica w wydajności wahała się od zera do 3%. Tak to prawda. Dopiero teraz osiągamy granice PCIe 3.0 i to tylko w przypadku najdroższych procesorów graficznych na świecie. Nie przejmuj się – przynajmniej nie przez kilka lat.
Pamiętaj, że PCI-SIG opublikowało ostateczną specyfikację PCIe dla wersji 6.0 jedynie na papierze. Chociaż ostateczna specyfikacja się nie zmieni, minie trochę czasu, zanim zobaczymy wiele sprzętu, który ją obsługuje, przynajmniej w przestrzeni konsumenckiej.
PCIe 6.0 przynosi korzyści centrom danych już dziś
To nie znaczy, że PCIe 6.0 nie jest już dla kogoś korzystne. W gigantycznych centrach danych wszyscy polegamy na usługach opartych na chmurze, a każdy dodatkowy kawałek przepustowości jest cenny. W tych szafach komputerowych znajdziesz systemy z dziesiątkami lub setkami rdzeni procesorów i macierzami szybkich dysków SSD. Poprawa przepustowości PCIe natychmiast pomoże odciążyć obciążające potoki danych..
Znacznie większa przepustowość oznacza, że aplikacje AI i uczenia maszynowego mogą analizować więcej danych w krótszym czasie. Oznacza to, że aplikacje HPC (High-Performance Computing) wykonujące złożone prace w nauce, inżynierii i fizyce mogą poszerzyć swoje horyzonty.
Nawet systemy IoT (Internet rzeczy), które wysyłają zalew danych do centrów danych w celu przetworzenia w czasie rzeczywistym, ogromnie skorzystają na dodatkowej przepustowości.
Co nastąpi po PCI Express 6.0?
Technologia PCIe będzie dostępna przez długi czas, chyba że ktoś wynajdzie radykalnie lepszą technologię połączeń peryferyjnych. Firmy takie jak Intel, AMD i Apple robią ekscytujące rzeczy, wykorzystując powiązane technologie między chipami w swoich pakietach procesorów. Procesory takie jak Ryzen firmy AMD i Alder Lake firmy Intel wypchane po brzegi rdzeniami procesora wymagają przesyłania ogromnej ilości danych. Jesteśmy pewni, że PCI-SIG może nauczyć się kilku rzeczy z tego, co dzieje się wewnątrz tych procesorów.
.