Płyty główne PCIe 4.0^{(PCIe 4.0)} dopiero zaczynają być dostarczane do klientów, ale to nie spowalnia rozwoju tego kluczowego standardu połączeń peryferyjnych. PCIe 6.0 jest już na stole, z konkretnymi ulepszeniami w stosunku do obecnego, najnowocześniejszego standardu.

Ponieważ PCIe staje się podstawą komputerów o różnych kształtach i rozmiarach, warto porozmawiać o tym , czym jest PCIe , do czego służy i co zaoferuje nowy PCIe 6.0 w przyszłości.^{(PCIe 6.0)}

Podstawy PCIe

PCIe jest skrótem od Peripheral Component Interconnect Express . Niektórzy z naszych czytelników, którzy od jakiegoś czasu mają do czynienia z komputerami, mogą pamiętać stary standard PCI , ale PCIe ma się do pierwotnego standardu PCI , tak jak myśliwiec do papierowego samolotu.

PCIe to zarówno protokół, jak i fizyczny standard połączenia sprzętowego. Najpopularniejszym standardem połączeń sprzętowych PCIe jest gniazdo rozszerzeń płyty głównej. Do tych gniazd podłącza się karty rozszerzeń, a komunikacja odbywa się za pośrednictwem styków łączących. Możliwe jest jednak wysyłanie sygnałów protokołu PCIe przez inne typy połączeń.^(PCIe)

Dyski SSD NVME korzystające ze złącza M.2 mogą korzystać z ^(M.2)PCIe i wydaje się, że nie różni się to od komputera z dyskiem SSD^(SSD) podłączonym przez standardowe gniazdo PCIe . Standardy Thunderbolt 3 i 4 obsługują również przesyłanie sygnałów PCIe przez kabel. W ten sposób możliwe są eGPU^(eGPUs) (zewnętrzne karty graficzne).

Urządzenia PCIe^(PCIe) wysyłają dane w sposób szeregowy, ale przez wiele równoległych linii. Gniazdo x16 PCIe na płycie głównej komputera może obsługiwać 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 poza podstawowym to x8.

Karty PCIe^(PCIe) oferują kompatybilność wsteczną i kompatybilność krzyżową, dzięki czemu można umieścić kartę x4 w dowolnym gnieździe PCIe , które fizycznie ją zmieści. Po prostu zmarnujesz wszystkie ścieżki PCIe , których nie używa karta x4. To samo dotyczy użycia karty PCIe 5.0 na przykład w gnieździe 4.0. Będzie działać, ale ograniczy się do najniższego wspólnego mianownika.

Kto decyduje o standardzie PCIe?

Standard PCI Express został zaprojektowany i zatwierdzony przez PCI Special Interest Group ( PCI-SIG ), konsorcjum złożone z członków z branży elektronicznej i komputerowej zainteresowanych tą technologią.

PCI-SIG została założona w 1992 roku jako grupa, której zadaniem jest pomoc producentom komputerów w prawidłowym wdrożeniu standardu Intel PCI . Dziś jest to organizacja non-profit zrzeszająca ponad 800 członków.

Płyta PCI-SIG ma AMD , ARM , Dell , IBM , Intel , Nvidia , Qualcomm i innych członków. Możesz rozpoznać te nazwy 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 o kartach rozszerzeń i dyskach SSD^(SSDs) , więc prawdopodobnie masz ogólne pojęcie o zastosowaniach PCIe.

Standard PCIe łączy niemal każde zewnętrzne urządzenie peryferyjne, jakie możesz sobie wyobrazić. Oferuje znacznie szerszą przepustowość niż USB , zwłaszcza patrząc na wiele pasów. PCIe zapewnia również bezpośrednią ścieżkę do procesora^(CPU) , dzięki czemu idealnie nadaje się do szybkich aplikacji o niskich opóźnieniach.

Nowoczesne procesory graficzne^{(Modern GPUs)} wykorzystują szesnaście linii  przepustowości PCIe , aby zmaksymalizować swoją wydajność, ale nie każde urządzenie peryferyjne potrzebuje tak dużej przepustowości. Najnowsze dyski SSD ^(SSDs)PCIe 4.0 wykorzystują „tylko” cztery linie, 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 poruszać się z prędkością ponad 7000 MB/s .

^(PCIe)Karty rozszerzeń PCIe obsługują również karty dźwiękowe, karty^{(sound cards)} przechwytywania wideo, adapter Ethernet 10 Gb, karty ^(Ethernet)WiFi 6 ,  kontrolery Thunderbolt lub USB i inne. Urządzenia peryferyjne zintegrowane z płytą główną komputera również korzystają z PCI Express . Tyle, że okablowanie jest stałe, a nie w formie szczeliny.

Jak PCIe 6.0 ^{(Does PCIe 6.0)} poprawia^(Improve) się na PCIe 5.0 ?

Zasadnicza poprawa jest zwykle dużym skokiem szybkości transmisji danych przy każdej zmianie PCIe . Jest to ilość informacji, które mogą być przesyłane przez magistralę w każdej sekundzie.

W tym dziale PCIe 6.0 nie zawodzi. W pełni 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^{(Whereas PCIe 5.0)} może przesunąć 63 gigabajty^(Gigabytes) na sekundę ( GB/s ), 6.0 może przenieść się do 128 GB/s . To jest przez 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.

Stwarza to mnóstwo miejsca na przyszłe procesory graficzne^(GPUs) i ultraszybkie rozwiązania pamięci masowej. Nie wspominając o niesamowitym zakresie urządzeń zewnętrznych podłączonych przez PCIe lub karty rozszerzeń, które oferują 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 innowacyjnych nowych sposobów przemieszczania elektronów.

Sygnalizacja PAM4^{(PAM4 Signaling)}

Całkiem^(Quite) możliwe, że najważniejszą zmianą w PCIe 6.0 w porównaniu z poprzednimi generacjami interfejsu jest sposób kodowania danych. 

PCI Express 6.0 używa PAM4 , co jest skrótem od  Pulse Amplitude Modulation z czterema poziomami. ^{( Pulse Amplitude Modulation with four levels.)}Jeśli wiesz coś o kształtach fal elektrycznych, będziesz wiedział, że „amplituda” fali określa odległość grzbietu fali od linii bazowej.

Starsze kodowanie PCIe NRZ ( bez powrotu do zera^{(Non-return-to-zero)} ) miało tylko dwa poziomy amplitudy na impuls podczas cyklu zegara. PCIe 6 podwaja to do czterech, zwiększając ilość danych kodowanych z każdym cyklem. 

Korekcja błędów w przód (FEC)^{(Forward Error Correction (FEC))}

Chociaż metoda kodowania PAM4 zapewnia znaczne zwiększenie prędkości, zapewnia również znaczne zwiększenie liczby błędów bitowych. Innymi słowy, zamiast zera dociera się do celu i odwrotnie.

Aby temu zaradzić, PCIe 6.0 ma nową funkcję Forward Error Correction , która sprawdza, czy dane docierają tam, gdzie powinny, bez uszkodzenia, za pomocą solidnej implementacji CRC ( Cyclic Redundancy Check ).

Jednym z niebezpieczeństw związanych z dodaniem kolejnych kroków korekcji błędów do potoku jest zwiększenie opóźnień. Dodatkowe^(Additional) opóźnienia są coraz większym problemem w przypadku różnych komponentów szybkich komputerów. Chociaż mogą przenosić coraz więcej danych, reagowanie na żądanie danych zajmuje im więcej czasu, co samo w sobie może powodować problemy.

FEC został zaprojektowany tak, aby nie zwiększać opóźnienia o więcej niż dwie nanosekundy w porównaniu z poprzednimi wersjami PCIe , co stanowi odrobinę dodatkowego opóźnienia, którego żaden człowiek nie może wykryć.

Tryb FLITU^{(FLIT Mode)}

Tryb FLIT^(FLIT) był kolejnym środkiem wprowadzonym w celu poprawy korekcji błędów w PCIe 6.0 . Organizuje dane w jednostki o jednakowej wielkości za pomocą dedykowanej wbudowanej 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 okazuje się, że tryb FLIT przynosi również znaczne przyrosty wydajności w innych miejscach. Pomaga zmniejszyć opóźnienia, zwiększa wydajność wykorzystania przepustowości i pozwala PCIe 6.0 pozbyć się większości narzutów związanych z kodowaniem z poprzednich wersji. Tak więc, chociaż PAM4 dodaje do 2 ns latencji, tryb FLIT oszczędza latencję w innych obszarach.

Tryb L0p^{(L0p Mode)}

Jedną z interesujących funkcji PCIe 6.0 jest tryb L0p . Ten tryb zmniejsza liczbę linii używanych przez urządzenie peryferyjne do wysyłania i odbierania danych. Jeśli więc Twój laptop działa na zasilaniu bateryjnym, a procesor graficzny^(GPU) nie potrzebuje 16 linii do wykonywania swojej bieżącej pracy, zmniejszy się do używania tylko wymaganej liczby linii, oszczędzając energię elektryczną poprzez zwiększenie wydajności energetycznej.

Czy należy czekać na PCIe 6.0?

Jeśli myślisz o zakupie lub zbudowaniu nowego komputera w najbliższym czasie, czy powinieneś poczekać, aż płyty główne PCIe 6.0 wyjdą jako pierwsze? Zawsze kusząca jest próba zbudowania komputera przyszłościowego. Co się stanie, jeśli pojawi się nowy procesor graficzny^(GPU) lub dysk SSD^(SSD) , który wymaga PCIe 6.0 , aby osiągnąć 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, a nawet najnowocześniejsze obecnie procesory graficzne wcale^(GPUs) nie potrzebują PCIe 5.0 .

W testach porównawczych^(benchmarks) porównujących flagowe karty, takie jak RTX 3080 lub RTX 3090 działające na PCIe 3.0 i 4.0, różnica w wydajności wynosiła gdzieś między zerem a 3%. Tak to prawda. Dopiero teraz docieramy do granic PCIe 3.0 i to tylko z najdroższymi procesorami graficznymi^(GPUs) na świecie. Nie przejmuj się – przynajmniej nie przez kilka lat. 

Pamiętaj^(Remember) , że PCI-SIG opublikowało swoją ostateczną specyfikację PCIe dla wersji 6.0 na papierze. Chociaż ostateczna specyfikacja się nie zmieni, minie trochę czasu, zanim zobaczymy dużo sprzętu, który ją obsługuje, przynajmniej w przestrzeni konsumenckiej.

PCIe 6.0 przynosi dziś korzyści centrom danych^{(Benefits Data)}

Nie oznacza to, że PCIe 6.0 nie jest już dla kogoś korzystne. W gigantycznych centrach danych wszyscy polegamy na usługach w chmurze, każdy dodatkowy bit przepustowości jest cenny. Wewnątrz tych stojaków komputerowych znajdziesz systemy z dziesiątkami lub setkami rdzeni procesora^(CPU) i macierzami szybkiej pamięci masowej SSD . Udoskonalenia przepustowości PCIe natychmiast pomogą odciążyć te obciążające przewody danych.

Znacznie większa przepustowość oznacza, że ​​aplikacje sztucznej inteligencji i uczenia maszynowego mogą analizować więcej danych w krótszym czasie. Oznacza to, że aplikacje HPC ( High-Performance Computing ), które wykonują złożoną pracę w nauce, inżynierii i fizyce, mogą poszerzyć swoje horyzonty.

Nawet systemy IoT ( Internet rzeczy ), które^(Things) wysyłają zalew danych do centrów danych w celu przetwarzania w czasie rzeczywistym, odniosą ogromne korzyści z dodatkowej przepustowości.

Co jest po PCI Express 6.0?

Technologia PCIe^(PCIe) będzie dostępna przez długi czas, chyba że ktoś wymyśli radykalnie lepszą technologię połączeń peryferyjnych. Firmy takie jak Intel , AMD i Apple robią ekscytujące rzeczy z powiązanymi technologiami między chipami w swoich pakietach procesorów. Z procesorami, ^(CPUs)takimi^(Ryzen) jak AMD Ryzen i Intel Alder Lake , wypchane po skrzela rdzeniami procesora^(CPU) , muszą przenosić ogromną ilość danych. Jesteśmy pewni, że PCI-SIG może nauczyć się kilku rzeczy z tego, co dzieje się wewnątrz tych procesorów.

What Is PCIe 6.0 and How Is It Different?

PCIe 4.0 mоtherboards аre only now ѕtаrting to ship to cυstomers, but that’ѕ not slowing down the developmеnt of this crucial peripheral connections standard. PCIe 6.0 is already on the table, with concrete improvements over the current cutting-edge standard.

Since PCIe is becoming fundamental in computers of all shapes and sizes, it’s worth talking about what PCIe is, what it’s used for, and what the new PCIe 6.0 will offer in the future.

The Basics of PCIe

PCIe is short for Peripheral Component Interconnect Express. Some of our readers who’ve been around computers for a while might remember the old PCI standard, but PCIe is to the original PCI standard as a fighter jet is to a paper airplane.

PCIe is both a protocol and a physical hardware connection standard. The most common PCIe hardware connection standard is the motherboard expansion slot. You connect expansion cards to these slots, and communication happens over the connecting pins. However, it’s possible to send PCIe protocol signals over other types of connections.

NVME SSDs using the M.2 connector can use PCIe, and this seems no different to the computer from an SSD connected through a standard PCIe slot. The Thunderbolt 3 and 4 standards also support sending PCIe signals over a cable. This is how eGPUs (external graphics cards) are possible.

PCIe devices send data in a serial fashion but across multiple, parallel lanes. An x16 PCIe slot on a computer’s motherboard can accommodate sixteen data channels at once. PCIe also offers x8, x4, and x1 slots. In general, graphics cards use the x16 slot because they need as much bandwidth as possible. While slower slots are usually physically shorter, it’s common for x16-length besides the primary one to be x8.

PCIe cards offer backward compatibility and cross-compatibility, so you can stick an x4 card in any PCIe slot that will physically accommodate it. It’s just that you’ll waste any PCIe lanes the x4 card doesn’t use. The same goes for using a PCIe 5.0 card in, for example, a 4.0 slot. It will work but be limited to the lowest common denominator.

Who Decides on the PCIe Standard?

The PCI Express standard is designed and approved by the PCI Special Interest Group (PCI-SIG), a consortium with members from the electronics and computer industry with a vested interest in the technology.

PCI-SIG was founded in 1992 as a group tasked with helping computer manufacturers correctly implement the Intel PCI standard. Today it’s a nonprofit organization with over 800 members.

The PCI-SIG board has AMD, ARM, Dell, IBM, Intel, Nvidia, Qualcomm, and more members. You might recognize these names as major computing device manufacturers, and having a shared standard makes their work much easier, not to mention the lives of their customers!

What Is PCIe Used For?

We’ve already mentioned expansion cards and SSDs above, so you’ve probably got a general idea of PCIe’s uses.

The PCIe standard connects just about any external peripheral device you can imagine. It offers a much wider bandwidth than USB, especially when looking at multiple lanes. PCIe also provides a direct path to the CPU, making it perfect for high-speed, low-latency applications.

Modern GPUs use sixteen lanes of  PCIe bandwidth to maximize their performance, but not every peripheral needs that much bandwidth. The latest PCIe 4.0 SSDs use “only” four lanes, but that’s enough to blow the SATA standard clear out of the water. While SATA tops out at 600 MB/s, high-end PCIe 4.0 drives can move more than 7000 MB/s.

PCIe expansion cards also accommodate sound cards, video capture cards, 10Gb Ethernet adapter, WiFi 6 cards,  Thunderbolt or USB controllers, and more. Peripherals that are integrated into your computer’s motherboard also use PCI Express. It’s just that the wiring is permanent and not in the form of a slot.

How Does PCIe 6.0 Improve on PCIe 5.0?

The headline improvement is usually a big leap in the data rate with every PCIe revision. That’s the amount of information that can be moved across the bus each second.

In that department, PCIe 6.0 does not disappoint. It fully doubles the already tremendous data transfer rate of PCIe 5.0 from 32 Gigatransfers per second (GT/s) to 64 GT/s per lane. Whereas PCIe 5.0 could shift 63 Gigabytes per second (GB/s), 6.0 can move up to 128 GB/s. That’s over an x16 connection, with more minor connections scaling down. It means an x8 PCIe 6.0 slot now has as much performance as an x16 5.0 slot.

This creates plenty of headroom for future GPUs and ultra-fast storage solutions. Not to mention incredible scope for external devices connected via PCIe or expansion cards that offer Thunderbolt and USB 4.

New Features in PCI Express 6.0

Making such a monumental performance leap in a single generation wasn’t easy. To achieve these numbers, the PCI-SIG engineers had to develop a few innovative new ways to move electrons around.

PAM4 Signaling

Quite possibly, the most significant change with PCIe 6.0 compared to previous generations of the interface is how data is encoded. 

PCI Express 6.0 uses PAM4, which is short for  Pulse Amplitude Modulation with four levels. If you know anything about electrical waveforms, you’ll know that the “amplitude” of the wave is how far the wave’s crest is from the baseline.

Older NRZ (Non-return-to-zero) PCIe encoding only had two amplitude levels per pulse during a clock cycle. PCIe 6 doubles that to four, increasing the amount of data encoded with each cycle. 

Forward Error Correction (FEC)

While the PAM4 encoding method provides a significant boost to speeds, it also provides a big boost to bit errors. In other words, one arrives at its destination instead of a zero, and vice versa.

To combat this, PCIe 6.0 has a new Forward Error Correction feature, which checks to make sure data is getting where it should go without getting corrupted, with the help of a robust CRC (Cyclic Redundancy Check) implementation.

One danger of adding more error correction steps into the pipeline is that you’ll add more latency. Additional latency has been a growing concern with various high-speed computer components. Although they can shift more and more data, they take longer to react to a request for data, which can cause issues of its own.

FEC has been designed to target adding no more than two nanoseconds of latency compared to previous versions of PCIe, which is a tiny bit of extra latency no human can detect.

FLIT Mode

FLIT mode was another measure introduced to improve error correction in PCIe 6.0. It organizes data into units of uniform size using a dedicated onboard flow control unit. This is necessary to check packets for errors since you can apply an algorithm to each data packet and check if the packet still gives the result when it reaches the other end of the pipeline.

The thing is, it turns out that FLIT mode also brings significant efficiency gains in other places. It helps lower latency, makes bandwidth usage more efficient, and lets PCIe 6.0 do away with much of the encoding overhead from previous versions. So although PAM4 adds up to 2ns of latency, FLIT mode saves on latency in other areas.

L0p Mode

One interesting feature in PCIe 6.0 is L0p mode. This mode reduces the number of lanes a peripheral uses to send and receive data. So if your laptop is running on battery power and the GPU doesn’t need 16-lanes to do its current job, it will drop down to only using the number of lanes it needs, saving electricity by increasing power efficiency.

Should You Wait for PCIe 6.0?

If you’re thinking about buying or building a new computer soon, should you wait for PCIe 6.0 motherboards to come out first? It’s always tempting to try and build a futureproof computer. What if a new GPU or SSD comes out that needs PCIe 6.0 to reach its full potential?

The short answer to this question is that you don’t have to worry about waiting for PCIe 6.0. At the time of writing, PCIe 5.0 motherboards have only started rolling out to consumers, and even the most high-end current GPUs are nowhere near needing PCIe 5.0.

In benchmarks comparing flagship cards like the RTX 3080 or RTX 3090 running on PCIe 3.0 and 4.0, the difference in performance was somewhere between nothing and 3%.  Yes, that’s right. We are only now reaching the limits of PCIe 3.0, and that’s only with the most expensive GPUs on the planet. Don’t sweat it—at least not for a few years. 

Remember that PCI-SIG has only published their final PCIe specification for version 6.0 on paper. While the final specification won’t change, it will be some time before we see much hardware that supports it, at least in the consumer space.

PCIe 6.0 Benefits Data Centers Today

That’s not to say PCIe 6.0 isn’t beneficial to someone already. In the giant data centers, we all rely on cloud-based services, every extra bit of bandwidth is precious. Inside those racks of computers, you’ll find systems with dozens or hundreds of CPU cores and arrays of high-speed SSD storage. The improvements in PCIe bandwidth will immediately help take the pressure off those straining data pipes.

Having so much more bandwidth means that AI and machine learning applications could analyze more data in less time. It implies that HPC (High-Performance Computing) applications that do complex work in science, engineering, and physics can broaden their horizons.

Even IoT (Internet of Things) systems that send a flood of data to data centers to process in real-time will benefit massively from the additional bandwidth.

What Comes After PCI Express 6.0?

PCIe technology will be around for a long time unless someone invents a peripheral interconnect technology that’s radically better. Companies like Intel, AMD, and Apple are doing exciting things with the related technologies between chips inside their processor packages. With CPUs like AMD’s Ryzen and Intel’s Alder Lake stuffed to the gills with CPU cores, they need to move a tremendous amount of data. We’re sure the PCI-SIG can learn a few things from what’s happening inside these processors.

Related posts

• Co to jest Wi-Fi 7 i czym się różni?

• Uzależnienie od Internetu i serwisów społecznościowych

• Nie można połączyć się z usługą Xbox Live; Napraw problem z siecią Xbox Live w systemie Windows 10

• Darmowe narzędzia sieci bezprzewodowej dla systemu Windows 10

• Narzędzie do symulacji sieci Cisco Packet Tracer i jego bezpłatne alternatywy

• Jak skonfigurować NAS (sieciowa pamięć masowa)

• Jak korzystać z aplikacji Ludzie do zarządzania kontami sieci społecznościowych

• Jak oszacować wymagania dotyczące przepustowości dla witryny biznesowej lub sieci?

• Jak uruchomić system Windows 10 w trybie awaryjnym z obsługą sieci

• HDG wyjaśnia: Co to jest RFID i do czego można go wykorzystać?

• HDG wyjaśnia: Co to jest port komputerowy i do czego są używane?

• Co to jest zapora i jaki jest jej cel?

• Jak działa automatyczne przełączanie HDMI

• 8 łatwych projektów Raspberry Pi dla początkujących

• Jak dodać lokalne wyszukiwanie DNS do pliku hostów?

• Co to jest Localhost i jak z niego korzystać?

• Jak ulepszona ochrona przed śledzeniem w Firefoksie powstrzymuje witryny przed szpiegowaniem Ciebie?

• 8 najlepszych serwisów społecznościowych dla grafików do prezentacji swoich portfolio

• Co to jest CDN i dlaczego jest niezbędny, jeśli posiadasz domenę?

• Jak korzystać z funkcji Xbox Networking w systemie Windows 10, aby sprawdzić połączenie z usługą Xbox Live