Základní desky PCIe 4.0 se teprve nyní začínají dodávat zákazníkům, ale to nezpomaluje vývoj tohoto klíčového standardu periferních připojení. PCIe 6.0 je již na stole s konkrétními vylepšeními oproti současnému špičkovému standardu.
Protože se PCIe stává základem v počítačích všech tvarů a velikostí, stojí za to mluvit o tom, co PCIe je, k čemu se používá a co nové PCIe 6.0 nabídne v budoucnu.
Základy PCIe
PCIe je zkratka pro Peripheral Component Interconnect Express. Někteří naši čtenáři, kteří se nějakou dobu pohybují kolem počítačů, si možná pamatují starý standard PCI, ale PCIe odpovídá původnímu standardu PCI jako stíhačka pro papírové letadlo.
PCIe je protokol i standard fyzického hardwarového připojení. Nejběžnějším standardem hardwarového připojení PCIe je rozšiřující slot základní desky. Do těchto slotů připojíte rozšiřující karty a komunikace probíhá přes propojovací kolíky. Je však možné posílat signály protokolu PCIe přes jiné typy připojení.
SSD NVME využívající konektor M.2 mohou používat PCIe a zdá se, že se to počítači nijak neliší od SSD připojeného přes standardní slot PCIe. Standardy Thunderbolt 3 a 4 také podporují odesílání signálů PCIe přes kabel. Takto jsou možné eGPU (externí grafické karty).
Zařízení PCIe odesílají data sériovým způsobem, ale přes několik paralelních pruhů. Slot x16 PCIe na základní desce počítače pojme šestnáct datových kanálů najednou. PCIe také nabízí sloty x8, x4 a x1. Obecně platí, že grafické karty používají slot x16, protože potřebují co největší šířku pásma. Zatímco pomalejší sloty jsou obvykle fyzicky kratší, je běžné, že délka x16 kromě primárního je x8.
Karty PCIe nabízejí zpětnou kompatibilitu a vzájemnou kompatibilitu, takže kartu x4 můžete vložit do libovolného slotu PCIe, který ji fyzicky pojme. Jde jen o to, že budete plýtvat všemi pruhy PCIe, které karta x4 nepoužívá. Totéž platí pro použití karty PCIe 5.0 například ve slotu 4.0. Bude to fungovat, ale bude omezeno na nejnižšího společného jmenovatele.
Kdo rozhoduje o standardu PCIe?
.Standard PCI Express je navržen a schválen konsorciem PCI Special Interest Group (PCI-SIG), konsorciem se členy z elektronického a počítačového průmyslu, kteří mají o technologii vlastní zájem.
PCI-SIG byla založena v roce 1992 jako skupina, která měla za úkol pomáhat výrobcům počítačů správně implementovat standard Intel PCI. Dnes je to nezisková organizace s více než 800 členy.
Deska PCI-SIG má členy AMD, ARM, Dell, IBM, Intel, Nvidia, Qualcomm a další. Tato jména možná znáte jako hlavní výrobce počítačových zařízení a sdílený standard jim značně usnadňuje práci, nemluvě o životě jejich zákazníků!
K čemu se PCIe používá?
Rozšiřující karty a SSD jsme již zmínili výše, takže pravděpodobně máte obecnou představu o využití PCIe.
Standard PCIe připojuje téměř jakékoli externí periferní zařízení, které si dokážete představit. Nabízí mnohem větší šířku pásma než USB, zejména při pohledu na více jízdních pruhů. PCIe také poskytuje přímou cestu k CPU, takže je ideální pro vysokorychlostní aplikace s nízkou latencí.
Moderní GPU využívají k maximalizaci výkonu šestnáct pruhů šířky pásma PCIe, ale ne každé periferní zařízení potřebuje takovou šířku pásma. Nejnovější PCIe 4.0 SSD používají „pouze“ čtyři pruhy, ale to stačí k tomu, aby byl standard SATA vyčištěn z vody. Zatímco SATA dosahuje maximální rychlosti 600 MB/s, špičkové disky PCIe 4.0 se mohou pohybovat rychlostí více než 7 000 MB/s.
Rozšiřující karty PCIe také podporují zvukové karty, karty pro záznam videa, 10Gb ethernetový adaptér, karty WiFi 6, řadiče Blesk nebo USB a další. Periferie, která jsou integrována do základní desky vašeho počítače, také používají PCI Express. Jde jen o to, že kabeláž je trvalá a ne ve formě slotu.
Jak se zlepšuje PCIe 6.0 oproti PCIe 5.0?
Vylepšení titulku je obvykle velký skok v rychlosti přenosu dat s každou revizí PCIe. To je množství informací, které lze každou sekundu přesunout po sběrnici.
V tomto oddělení PCIe 6.0 nezklame. Plně zdvojnásobuje již tak ohromnou rychlost přenosu dat PCIe 5.0 z 32 gigatransferů za sekundu (GT/s) na 64 GT/s na jízdní pruh. Zatímco PCIe 5.0 by mohlo posouvat 63 gigabajtů za sekundu (GB/s), 6.0 se může pohybovat až 128 GB/s. To je přes připojení x16, přičemž další menší připojení se zmenšují. To znamená, že slot x8 PCIe 6.0 má nyní stejný výkon jako slot x16 5.0..
To vytváří spoustu prostoru pro budoucí GPU a ultrarychlá řešení úložiště. Nemluvě o neuvěřitelném prostoru pro externí zařízení připojená přes PCIe nebo rozšiřující karty, které nabízejí Thunderbolt a USB 4.
Nové funkce v PCI Express 6.0
Udělat tak obrovský výkonnostní skok během jediné generace nebylo snadné. K dosažení těchto čísel museli inženýři PCI-SIG vyvinout několik inovativních nových způsobů, jak přemisťovat elektrony.
Signalizace PAM4
Nejvýznamnější změnou u PCIe 6.0 ve srovnání s předchozími generacemi rozhraní je pravděpodobně způsob kódování dat.
PCI Express 6.0 používá PAM4, což je zkratka pro Pulse Amplitude Modulation se čtyřmi úrovněmi.Pokud víte něco o elektrických tvarech vln, budete vědět, že „amplituda“ vlny je jak daleko hřeben vlny je od základní linie.
Starší kódování NRZ (Non-return-to-zero) PCIe mělo pouze dvě úrovně amplitudy na pulz během hodinového cyklu. PCIe 6 to zdvojnásobuje na čtyři, čímž se zvyšuje množství dat kódovaných s každým cyklem.
Forward Error Correction (FEC)
Zatímco metoda kódování PAM4 poskytuje významné zvýšení rychlosti, poskytuje také velké zvýšení bitových chyb. Jinými slovy, jednička dorazí do cíle místo nuly a naopak.
Aby se tomu zabránilo, má PCIe 6.0 novou funkci Forward Error Correction, která pomocí robustní implementace CRC (Cyclic Redundancy Check) kontroluje, zda se data dostávají tam, kam mají, aniž by se poškodila.
Jedním nebezpečím přidání dalších kroků opravy chyb do kanálu je, že zvýšíte latenci. U různých vysokorychlostních počítačových komponent vzrůstá zájem o další latenci. Přestože mohou přesouvat stále více dat, trvá déle, než reagují na žádost o data, což může samo o sobě způsobit problémy.
FEC byl navržen tak, aby se zaměřoval na přidání maximálně dvou nanosekund latence ve srovnání s předchozími verzemi PCIe, což je malý kousek latence navíc, který člověk nedokáže detekovat.
Režim FLIT
Režim FLIT byl dalším opatřením zavedeným ke zlepšení opravy chyb v PCIe 6.0. Organizuje data do jednotek jednotné velikosti pomocí vyhrazené integrované řídicí jednotky toku. To je nezbytné pro kontrolu chyb v paketech, protože na každý datový paket můžete použít algoritmus a zkontrolovat, zda paket stále dává výsledek, když se dostane na druhý konec kanálu..
Ukazuje se, že režim FLIT přináší výrazné zvýšení efektivity i na jiných místech. Pomáhá snižovat latenci, zefektivňuje využití šířky pásma a umožňuje PCIe 6.0 zbavit se velké režie kódování z předchozích verzí. Přestože tedy PAM4 přidává až 2 ns latence, režim FLIT šetří latenci v jiných oblastech.
Režim L0p
Jednou zajímavou funkcí v PCIe 6.0 je režim L0p. Tento režim snižuje počet pruhů, které periferie používá k odesílání a přijímání dat. Pokud je tedy váš notebook napájen z baterie a GPU ke své současné práci nepotřebuje 16 pruhů, sníží se na využívání pouze počtu pruhů, které potřebuje, a šetří elektřinu zvýšením energetické účinnosti.
Měli byste počkat na PCIe 6.0?
Pokud přemýšlíte o brzké koupi nebo stavbě nového počítače, měli byste počkat, až budou k dispozici základní desky PCIe 6.0? Vždy je lákavé zkoušet postavit počítač odolný vůči budoucnosti. Co když vyjde nový GPU nebo SSD, který potřebuje PCIe 6.0, aby dosáhl svého plného potenciálu?
Krátkou odpovědí na tuto otázku je, že se nemusíte obávat čekání na PCIe 6.0. V době psaní tohoto článku se základní desky PCIe 5.0 teprve začaly nabízet spotřebitelům a dokonce ani ty nejmodernější GPU nepotřebují PCIe 5.0 ani zdaleka.
Ve benchmarky srovnání vlajkových karet jako RTX 3080 nebo RTX 3090 běžících na PCIe 3.0 a 4.0 byl rozdíl ve výkonu někde mezi ničím a 3 %. Ano to je správně. Teprve nyní dosahujeme limitů PCIe 3.0, a to pouze s nejdražšími GPU na planetě. Nepotít se – alespoň ne několik let.
Pamatujte si, že PCI-SIG zveřejnil svou konečnou specifikaci PCIe pro verzi 6.0 pouze na papíře. I když se konečná specifikace nezmění, bude nějakou dobu trvat, než uvidíme mnoho hardwaru, který ji podporuje, alespoň v oblasti spotřebitelů.
PCIe 6.0 dnes přináší výhody datovým centrům
To neznamená, že PCIe 6.0 již není pro někoho přínosem. V obřích datových centrech se všichni spoléháme na cloudové služby, každý kousek šířky pásma navíc je cenný. Uvnitř těchto stojanů počítačů najdete systémy s desítkami nebo stovkami jader CPU a poli vysokorychlostního úložiště SSD. Vylepšení šířky pásma PCIe okamžitě pomůže snížit tlak na namáhané datové kanály..
Mnohem větší šířka pásma znamená, že aplikace umělé inteligence a strojového učení mohou analyzovat více dat za kratší dobu. Znamená to, že aplikace HPC (High-Performance Computing), které provádějí komplexní práci ve vědě, strojírenství a fyzice, mohou rozšířit své obzory.
Dokonce i systémy IoT (Internet of Things), které posílají záplavu dat do datových center ke zpracování v reálném čase, budou mít obrovský prospěch z dodatečné šířky pásma.
Co přijde po PCI Express 6.0?
Technologie PCIe bude existovat po dlouhou dobu, pokud někdo nevynalezne technologii propojení periferií, která je radikálně lepší. Společnosti jako Intel, AMD a Apple dělají vzrušující věci se souvisejícími technologiemi mezi čipy uvnitř jejich procesorových balíčků. S procesory jako AMD Ryzen a Intel Alder Lake nacpanými jádry CPU až po žábry potřebují přesunout obrovské množství dat. Jsme si jisti, že PCI-SIG se může naučit pár věcí z toho, co se děje uvnitř těchto procesorů.
.