Материнские платы PCIe 4.0 только сейчас начинают поставляться покупателям, но это не замедляет развитие этого важнейшего стандарта периферийных подключений. PCIe 6.0 уже обсуждается с конкретными улучшениями по сравнению с текущим передовым стандартом.
Поскольку PCIe становится основополагающим в компьютерах всех форм и размеров, стоит поговорить о том, что такое PCIe, для чего он используется и что новый PCIe 6.0 предложит в будущем.
Основы PCIe
PCIe — это сокращение от Peripheral Component Interconnect Express. Некоторые из наших читателей, которые какое-то время работали с компьютерами, возможно, помнят старый стандарт PCI, но PCIe соответствует исходному стандарту PCI так же, как истребитель соответствует бумажному самолетику.
PCIe — это одновременно протокол и стандарт физического подключения оборудования. Наиболее распространенным стандартом подключения оборудования PCIe является слот расширения материнской платы. Вы подключаете карты расширения к этим слотам, и связь происходит через соединительные контакты. Однако можно отправлять сигналы протокола PCIe и через другие типы соединений.
Твердотельные накопители NVME, использующие разъем М.2, могут использовать PCIe, и это, по-видимому, ничем не отличается для компьютера от твердотельного накопителя, подключенного через стандартный слот PCIe. Стандарты Thunderbolt 3 и 4 также поддерживают отправку сигналов PCIe по кабелю. Вот как возможны eGPU (внешние видеокарты).
Устройства PCIe отправляют данные последовательно, но по нескольким параллельным каналам. Слот x16 PCIe на материнской плате компьютера может одновременно поддерживать шестнадцать каналов данных. PCIe также предлагает слоты x8, x4 и x1. Обычно видеокарты используют слот x16, поскольку им требуется как можно большая пропускная способность. Хотя более медленные слоты обычно физически короче, длина x16, помимо основного, обычно равна x8.
Карты PCIe обеспечивают обратную и перекрестную совместимость, поэтому вы можете вставить карту x4 в любой слот PCIe, в котором она физически размещена. Просто вы потеряете все линии PCIe, которые не использует карта x4. То же самое касается использования карты PCIe 5.0, например, в слоте 4.0. Это будет работать, но будет ограничено наименьшим общим знаменателем.
Кто принимает решение о стандарте PCIe?
.Стандарт PCI Express разработан и одобрен Специальная группа по интересам PCI (PCI-SIG), консорциумом, в состав которого входят представители электронной и компьютерной индустрии, кровно заинтересованные в этой технологии.
PCI-SIG была основана в 1992 году как группа, призванная помогать производителям компьютеров правильно внедрять стандарт Intel PCI. Сегодня это некоммерческая организация, насчитывающая более 800 членов.
В состав платы PCI-SIG входят AMD, ARM, Dell, IBM, Intel, Nvidia, Qualcomm и другие компании. Возможно, вы узнаете в этих именах крупных производителей вычислительных устройств, а наличие общего стандарта значительно облегчает их работу, не говоря уже о жизни их клиентов!
Для чего используется PCIe?
Выше мы уже упоминали карты расширения и твердотельные накопители, так что вы, вероятно, имеете общее представление об использовании PCIe.
Стандарт PCIe позволяет подключать практически любое внешнее периферийное устройство, которое только можно себе представить. Он предлагает гораздо более широкую полосу пропускания, чем USB, особенно при использовании нескольких полос. PCIe также обеспечивает прямой путь к процессору, что делает его идеальным для высокоскоростных приложений с малой задержкой.
Современные графические процессоры используют шестнадцать полос пропускания PCIe для максимизации своей производительности, но не каждому периферийному устройству требуется такая большая пропускная способность. Новейшие твердотельные накопители PCIe 4.0 используют «всего» четыре линии, но этого достаточно, чтобы вытеснить стандарт SATA из воды. В то время как максимальная скорость SATA составляет 600 МБ/с, высокопроизводительные диски PCIe 4.0 могут передавать данные со скоростью более 7000 МБ/с.
Карты расширения PCIe также поддерживают звуковые карты, карты видеозахвата, адаптер Ethernet 10 Гбит, карты Wi-Fi 6, контроллеры Удар молнии или USB и многое другое. Периферийные устройства, встроенные в материнскую плату вашего компьютера, также используют PCI Express. Просто проводка постоянная, а не в виде щели.
Чем PCIe 6.0 лучше PCIe 5.0?
Основное улучшение обычно представляет собой большой скачок в скорости передачи данных с каждой версией PCIe. Это объем информации, который может передаваться по шине каждую секунду.
В этом отношении PCIe 6.0 не разочаровывает. Он полностью удваивает и без того огромную скорость передачи данных PCIe 5.0 с 32 гигатранзакций в секунду (ГТ/с) до 64 ГТ/с на полосу. В то время как PCIe 5.0 может передавать 63 гигабайта в секунду (ГБ/с), 6.0 может передавать до 128 ГБ/с. Это больше, чем соединение x16, при этом более мелкие соединения уменьшаются. Это означает, что слот x8 PCIe 6.0 теперь имеет такую же производительность, как и слот x16 5.0..
Это создает достаточно места для будущих графических процессоров и сверхбыстрых решений для хранения данных. Не говоря уже о невероятных возможностях для внешних устройств, подключаемых через PCIe или карты расширения с поддержкой Thunderbolt и USB 4.
Новые возможности PCI Express 6.0
Делать такой колоссальный скачок производительности за одно поколение было непросто. Чтобы достичь таких показателей, инженерам PCI-SIG пришлось разработать несколько инновационных способов перемещения электронов.
Сигнализация PAM4
Возможно, наиболее значительным изменением PCIe 6.0 по сравнению с предыдущими поколениями интерфейса является способ кодирования данных.
PCI Express 6.0 использует PAM4, что означает Импульсно-амплитудную модуляцию с четырьмя уровнями.Если вы что-нибудь знаете о формах электрических сигналов, вы будете знать, что «амплитуда» волны — это расстояние, гребень волны находится от базовой линии.
Старое кодирование PCIe NRZ (без возврата к нулю) имело только два уровня амплитуды на импульс в течение тактового цикла. PCIe 6 удваивает это число до четырех, увеличивая объем данных, кодируемых с каждым циклом.
Прямое исправление ошибок (FEC)
Хотя метод кодирования PAM4 обеспечивает значительное повышение скорости, он также значительно увеличивает количество битовых ошибок. Другими словами, в пункт назначения приходит единица, а не ноль, и наоборот.
Для борьбы с этим в PCIe 6.0 предусмотрена новая функция прямого исправления ошибок, которая проверяет, доходят ли данные туда, куда им следует, без повреждения, с помощью надежной реализации CRC (циклической проверки избыточности).
>
Одна из опасностей добавления в конвейер дополнительных шагов по исправлению ошибок заключается в увеличении задержки. Дополнительная задержка вызывает растущую озабоченность при использовании различных высокоскоростных компьютерных компонентов. Хотя они могут перемещать все больше и больше данных, им требуется больше времени, чтобы отреагировать на запрос данных, что само по себе может вызвать проблемы.
FEC был разработан с учетом увеличения задержки не более чем на две наносекунды по сравнению с предыдущими версиями PCIe, что представляет собой небольшую дополнительную задержку, которую не может обнаружить ни один человек.
Режим FLIT
Режим FLIT — еще одна мера, введенная для улучшения исправления ошибок в PCIe 6.0. Он организует данные в блоки одинакового размера с помощью специального встроенного блока управления потоком. Это необходимо для проверки пакетов на наличие ошибок, поскольку к каждому пакету данных можно применить алгоритм и проверить, дает ли пакет по-прежнему результат, когда достигает другого конца конвейера..
Дело в том, что режим FLIT также обеспечивает значительный прирост эффективности и в других местах. Это помогает снизить задержку, повышает эффективность использования полосы пропускания и позволяет PCIe 6.0 избавиться от большей части накладных расходов на кодирование по сравнению с предыдущими версиями. Таким образом, хотя PAM4 увеличивает задержку до 2 нс, режим FLIT экономит задержку в других областях.
Режим L0p
Одной интересной особенностью PCIe 6.0 является режим L0p. Этот режим уменьшает количество линий, которые периферийное устройство использует для отправки и получения данных. Поэтому, если ваш ноутбук работает от аккумулятора, а графическому процессору не нужны 16 полос для выполнения текущей работы, он ограничится использованием только того количества полос, которое ему необходимо, что позволит сэкономить электроэнергию за счет повышения энергоэффективности.
Стоит ли ждать PCIe 6.0?
Если вы в ближайшее время подумываете о покупке или сборке нового компьютера, стоит ли вам подождать, пока сначала появятся материнские платы PCIe 6.0? Всегда заманчиво попытаться создать компьютер, готовый к будущему. Что, если появится новый графический процессор или твердотельный накопитель, которому потребуется PCIe 6.0, чтобы полностью раскрыть свой потенциал?
Короткий ответ на этот вопрос: вам не нужно беспокоиться об ожидании PCIe 6.0. На момент написания материнские платы с PCIe 5.0 только начали поступать потребителям, и даже самые современные графические процессоры высокого класса далеко не нуждаются в PCIe 5.0.
При сравнении флагманских карт ориентиры, таких как RTX 3080 или RTX 3090, работающих на PCIe 3.0 и 4.0, разница в производительности составила от нуля до 3 %. Да все верно. Мы только сейчас достигаем пределов PCIe 3.0, и это только с самыми дорогими графическими процессорами на планете. Не переживайте — по крайней мере, в течение нескольких лет.
Помните, что PCI-SIG опубликовала окончательную спецификацию PCIe для версии 6.0 только на бумаге. Хотя окончательная спецификация не изменится, пройдет некоторое время, прежде чем мы увидим много аппаратного обеспечения, поддерживающего ее, по крайней мере, среди потребителей.
PCIe 6.0 приносит преимущества сегодняшним центрам обработки данных
Это не значит, что PCIe 6.0 уже кому-то не выгоден. В гигантских центрах обработки данных мы все полагаемся на облачные сервисы, и каждый дополнительный бит полосы пропускания ценен. Внутри этих компьютерных стоек вы найдете системы с десятками или сотнями процессорных ядер и массивами высокоскоростных SSD-накопителей. Улучшение пропускной способности PCIe немедленно поможет снизить нагрузку на каналы передачи данных..
Большая пропускная способность означает, что приложения искусственного интеллекта и машинного обучения смогут анализировать больше данных за меньшее время. Это означает, что приложения HPC (высокопроизводительные вычисления), выполняющие сложную работу в науке, технике и физике, могут расширить их кругозор.
Даже системы IoT (Интернета вещей), которые отправляют поток данных в центры обработки данных для обработки в режиме реального времени, получат огромную выгоду от дополнительной пропускной способности.
Что будет после PCI Express 6.0?
Технология PCIe будет существовать еще долгое время, пока кто-нибудь не изобретет радикально лучшую технологию подключения периферийных устройств. Такие компании, как Intel, AMD и Apple, делают интересные вещи с соответствующими технологиями между чипами внутри своих процессорных корпусов. Поскольку такие процессоры, как AMD Ryzen и Intel Alder Lake, до отказа набиты процессорными ядрами, им необходимо перемещать огромные объемы данных. Мы уверены, что PCI-SIG сможет кое-что узнать из того, что происходит внутри этих процессоров.
.