Материнские платы PCIe 4.0^{(PCIe 4.0)} только сейчас начинают поставляться покупателям, но это не замедляет развитие этого важнейшего стандарта периферийных соединений. PCIe 6.0 уже находится на столе с конкретными улучшениями по сравнению с текущим передовым стандартом.

Поскольку PCIe становится основным 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 имели дело с компьютерами, возможно, помнят старый стандарт PCI , но PCIe относится к исходному стандарту PCI , как истребитель к бумажному самолетику.

PCIe — это и протокол, и стандарт подключения физического оборудования. Наиболее распространенным стандартом аппаратного подключения 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 по другим типам соединений.^(PCIe)

Твердотельные накопители NVME, использующие разъем M.2 , могут использовать PCIe , и это, похоже, ничем не отличается для компьютера от твердотельного накопителя^(SSD) , подключенного через стандартный слот PCIe . Стандарты Thunderbolt 3 и 4 также поддерживают отправку сигналов PCIe по кабелю. Вот как возможны eGPU^(eGPUs) (внешние видеокарты).

Устройства PCIe^(PCIe) отправляют данные последовательно, но по нескольким параллельным линиям. Слот x16 PCIe на материнской плате компьютера может одновременно вмещать шестнадцать каналов данных. PCIe также предлагает слоты x8, x4 и x1. Как правило, видеокарты используют слот x16, поскольку им требуется максимально возможная пропускная способность. Хотя более медленные слоты обычно физически короче, длина x16, помимо основного, обычно равна x8.

Карты PCIe^(PCIe) обеспечивают обратную совместимость и перекрестную совместимость, поэтому вы можете вставить карту x4 в любой разъем PCIe , который физически подходит для нее. Просто вы потеряете все линии PCIe , которые карта x4 не использует. 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 утвержден PCI Special Interest Group ( PCI-SIG ), консорциумом представителей электронной и компьютерной промышленности, проявляющих неподдельный интерес к этой технологии.

PCI-SIG была основана в 1992 году как группа, призванная помочь производителям компьютеров правильно внедрить стандарт Intel PCI . Сегодня это некоммерческая организация, насчитывающая более 800 членов.

В состав платы PCI-SIG^(PCI-SIG) входят компании AMD , ARM , Dell , IBM , Intel , Nvidia , Qualcomm и другие. Вы можете узнать в этих именах крупных производителей вычислительных устройств, и наличие общего стандарта значительно облегчает их работу, не говоря уже о жизни их клиентов!

Для чего используется PCIe?

Мы уже упоминали карты расширения и твердотельные накопители^(SSDs) выше, поэтому вы, вероятно, получили общее представление об использовании PCIe.

Стандарт PCIe позволяет подключить практически любое внешнее периферийное устройство, какое только можно себе представить. Он предлагает гораздо более широкую полосу пропускания, чем USB , особенно при просмотре нескольких полос. PCIe также обеспечивает прямой путь к ЦП^(CPU) , что делает его идеальным для высокоскоростных приложений с малой задержкой.

Современные графические процессоры^{(Modern GPUs)} используют шестнадцать линий полосы  пропускания PCIe , чтобы максимизировать свою производительность, но не каждому периферийному устройству требуется такая большая пропускная способность. Новейшие твердотельные накопители ^(SSDs)PCIe 4.0 используют «всего» четыре линии, но этого достаточно, чтобы выбить стандарт SATA из воды. ^(SATA)В то время как максимальная скорость SATA составляет 600 MB/s , высокопроизводительные диски PCIe 4.0 могут передавать более 7000 MB/s .

^(PCIe)Карты расширения PCIe также поддерживают звуковые карты^{(sound cards)} , карты видеозахвата, адаптер Ethernet 10 Гбит/с, карты  WiFi 6 , контроллеры ^{(WiFi 6)}Thunderbolt 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 ^{(Does PCIe 6.0)} лучше^(Improve) PCIe 5.0^{(PCIe 5.0)} ?

Улучшение заголовков обычно представляет собой большой скачок в скорости передачи данных с каждой версией PCIe^(PCIe) . Это количество информации, которое может быть передано по шине каждую секунду.

В этом плане PCIe 6.0^{(PCIe 6.0)} не разочаровывает. Он полностью удваивает и без того огромную скорость передачи данных PCIe 5.0 с 32 гигатранзакций в секунду ( GT/s ) до 64 GT/s на линию. В то время как PCIe 5.0^{(Whereas PCIe 5.0)} может передавать 63 гигабайта^(Gigabytes) в секунду ( GB/s ), 6.0 может передавать до 128 GB/s . Это больше, чем соединение x16, с уменьшением масштаба более второстепенных соединений. Это означает, что слот x8 PCIe 6.0 теперь имеет такую ​​же производительность, как слот x16 5.0.

Это создает достаточный запас для будущих графических процессоров^(GPUs) и сверхбыстрых решений для хранения данных. Не говоря уже о невероятных возможностях для внешних устройств, подключаемых через PCIe , или карт расширения, поддерживающих Thunderbolt и USB 4 .

Новые возможности PCI Express 6.0

Сделать такой монументальный скачок производительности за одно поколение было непросто. Чтобы достичь этих показателей, инженерам PCI-SIG пришлось разработать несколько инновационных способов перемещения электронов.

Сигнализация PAM4^{(PAM4 Signaling)}

Вполне^(Quite) возможно, что наиболее значительным изменением PCIe 6.0 по сравнению с предыдущими поколениями интерфейса является способ кодирования данных. 

PCI Express 6.0 использует PAM4 , сокращение от  Pulse Amplitude Modulation с четырьмя уровнями. ^{( Pulse Amplitude Modulation with four levels.)}Если вы что-нибудь знаете о формах электрических сигналов, вы знаете, что «амплитуда» волны определяется тем, насколько далеко от базовой линии находится гребень волны.

Старое кодирование NRZ^(NRZ) ( без возврата к нулю^{(Non-return-to-zero)} ) PCIe 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)^{(Forward Error Correction (FEC))}

Хотя метод кодирования PAM4 обеспечивает значительное повышение скорости, он также значительно увеличивает количество битовых ошибок. Другими словами, вместо нуля в пункт назначения прибывает единица, и наоборот.

Чтобы бороться с этим, PCIe 6.0 имеет новую функцию прямого исправления ошибок^{(Forward Error Correction)} , которая проверяет, чтобы данные попадали туда, куда они должны идти, без повреждения, с помощью надежной реализации CRC ( циклическая проверка избыточности^{(Cyclic Redundancy Check)} ).

Одна из опасностей добавления дополнительных шагов исправления ошибок в конвейер состоит в том, что вы увеличите задержку. Дополнительная^(Additional) задержка становится все более серьезной проблемой для 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 целью увеличения задержки не более чем на две наносекунды по сравнению с предыдущими версиями PCIe , что является незначительной дополнительной задержкой, которую человек не может обнаружить.

Режим ФЛИТ^{(FLIT Mode)}

Режим FLIT^(FLIT) был еще одной мерой, введенной 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 вы можете применить алгоритм к каждому пакету данных и проверить, дает ли пакет по-прежнему результат, когда он достигает другого конца конвейера.

Дело в том, что режим FLIT также дает значительный прирост эффективности в других местах. Это помогает снизить задержку, сделать использование полосы пропускания более эффективным и позволяет PCIe 6.0 избавиться от большей части накладных расходов на кодирование по сравнению с предыдущими версиями. Таким образом, несмотря на то, что PAM4 увеличивает задержку до 2 нс, режим FLIT снижает^(FLIT) задержку в других областях.

Режим L0p^{(L0p Mode)}

Одной из интересных особенностей PCIe 6.0 является режим L0p . Этот режим уменьшает количество линий, используемых периферийным устройством для отправки и получения данных. Таким образом, если ваш ноутбук работает от батареи, а графическому процессору^(GPU) не нужны 16 линий для выполнения его текущей работы, он будет использовать только то количество линий, которое ему необходимо, что позволяет экономить электроэнергию за счет повышения энергоэффективности.

Стоит ли ждать PCIe 6.0?

Если вы подумываете о покупке или сборке нового компьютера в ближайшее время, стоит ли ждать, пока сначала появятся материнские платы PCIe 6.0 ? Всегда заманчиво попытаться построить перспективный компьютер. Что, если появится новый графический процессор^(GPU) или твердотельный накопитель^(SSD) , которому для полного раскрытия потенциала потребуется PCIe 6.0 ?

Короткий ответ на этот вопрос заключается в том, что вам не нужно беспокоиться об ожидании PCIe 6.0 . На момент написания статьи материнские платы PCIe 5.0 только начали поставляться потребителям, и даже самые современные графические процессоры^(GPUs) даже близко не нуждаются в PCIe 5.0 .

В тестах,^(benchmarks) сравнивающих флагманские карты, такие как RTX 3080 или RTX 3090, работающие на PCIe 3.0 и 4.0, разница в производительности была где-то между нулями и 3%. Да все верно. Мы только сейчас достигаем пределов PCIe 3.0 , и это только с самыми дорогими графическими процессорами^(GPUs) на планете. Не переживайте — по крайней мере, не в течение нескольких лет. 

Помните^(Remember) , что PCI-SIG опубликовала свою окончательную спецификацию PCIe для версии 6.0 только на бумаге. Хотя окончательная спецификация не изменится, пройдет некоторое время, прежде чем мы увидим много оборудования, поддерживающего ее, по крайней мере, в потребительском сегменте.

^{(PCIe 6.0)} Преимущества ^{(Benefits Data)}PCIe 6.0 для центров обработки данных сегодня

Это не значит, что PCIe 6.0 уже никому не выгоден. В гигантских центрах обработки данных мы все полагаемся на облачные сервисы, каждый дополнительный бит пропускной способности бесценен. Внутри этих компьютерных стоек вы найдете системы с десятками или сотнями ядер ЦП^(CPU) и массивами высокоскоростных твердотельных^(SSD) накопителей. Улучшения в пропускной способности PCIe сразу же помогут снизить нагрузку на эти перегруженные конвейеры данных.

Наличие гораздо большей пропускной способности означает, что приложения ИИ и машинного обучения могут анализировать больше данных за меньшее время. Это означает, что приложения HPC ( High-Performance Computing ), которые выполняют сложную работу в науке, технике и физике, могут расширить свои горизонты.

Даже системы IoT ( Интернет^(Internet) вещей ), которые^(Things) 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^(PCIe) будет существовать еще долгое время, если кто-то не изобретет радикально лучшую технологию межсоединения периферийных устройств. Такие компании, как Intel , AMD и Apple , делают интересные вещи с родственными технологиями между чипами внутри своих корпусов процессоров. Такие процессоры^(CPUs) , как AMD Ryzen и Intel Alder Lake^{(Alder Lake)} , напичканы до отказа процессорными^(CPU) ядрами, им необходимо перемещать огромное количество данных. Мы уверены, что PCI-SIG сможет кое-что узнать из того, что происходит внутри этих процессоров.

What Is PCIe 6.0 and How Is It Different?

PCIe 4.0 motherboards are only now starting to ship to customers, but that’s not slowing down thе development of this crucial periрheral 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

• Что такое Wi-Fi 7 и чем он отличается?

• Internet and Social Networking Sites addiction

• Не может подключиться к Xbox Live; Fix Xbox Live Networking issue в Windows 10

• Бесплатный Wireless Networking Tools для Windows 10

• Cisco Packet Tracer Networking Simulation Tool и его бесплатные альтернативы

• 8 Best Social Networking Sites для Business Professionals Besides LinkedIn

• Как исправить «У вас нет разрешения на отправку этому получателю»

• Сетевой адаптер не работает? 12 вещей, которые стоит попробовать

• Как подключиться к удаленному реестру в Windows 7 и 10

• Что такое время аренды DHCP и как его изменить

• Как настроить NAS (сетевое хранилище)

• Обзор книги - Справочник по домашней сети «Все в одном» для чайников

• Заставить Windows 7 использовать проводное соединение по беспроводной сети

• HDG объясняет: что такое RFID и для чего его можно использовать?

• Что такое облако и как извлечь из него максимальную пользу

• Что делать со старым роутером: 8 отличных идей

• Как использовать Xbox Networking в Windows 10, чтобы проверить подключение к Xbox Live

• 5 способов защитить ваш WiFi

• Как внести в белый список определенные устройства в вашей домашней сети, чтобы остановить хакеров

• 8 простых способов устранения неполадок сетевого подключения