PCIe 4.0 дънните платки едва сега започват да се доставят на клиентите, но това не забавя развитието на този важен стандарт за периферни връзки. PCIe 6.0 вече е на масата, с конкретни подобрения спрямо настоящия авангарден стандарт.

Тъй като PCIe става основен в компютрите с всякакви форми и размери, си струва да поговорим за това какво представлява PCIe , за какво се използва и какво ще предложи новият PCIe 6.0 в бъдеще.

Основите на PCIe

PCIe е съкращение от Peripheral Component Interconnect Express . Някои от нашите читатели, които са били около компютрите от известно време, може да си спомнят стария PCI стандарт, но PCIe отговаря на оригиналния PCI стандарт, както изтребител е за хартиен самолет.

PCIe е едновременно протокол и стандарт за физическа хардуерна връзка. Най-често срещаният стандарт за хардуерна връзка PCIe е слотът за разширение на дънната платка. Свързвате карти за разширение към тези слотове и комуникацията се осъществява през свързващите щифтове. Възможно е обаче да се изпращат сигнали на протокола PCIe през други типове връзки.

NVME SSD, използващи M.2 конектора, могат да използват PCIe и това изглежда не се различава от компютъра от SSD , свързан през стандартен PCIe слот. Стандартите Thunderbolt 3 и 4 също поддържат изпращане на PCIe сигнали по кабел. Ето как са възможни eGPU^(eGPUs) (външни графични карти).

PCIe устройствата изпращат данни по сериен начин, но през множество успоредни ленти. Един x16 PCIe слот на дънната платка на компютъра може да побере шестнадесет канала за данни наведнъж. PCIe предлага също x8, x4 и x1 слотове. Като цяло, графичните карти използват слота x16, защото се нуждаят от възможно най-голяма честотна лента. Докато по-бавните слотове обикновено са физически по-къси, обичайно е дължината на x16 освен основната да бъде x8.

PCIe картите предлагат обратна съвместимост и кръстосана съвместимост, така че можете да поставите карта x4 във всеки PCIe слот, който физически ще я побере. Просто ще загубите всички PCIe ленти, които x4 картата не използва. Същото важи и за използването на PCIe 5.0 карта например в слот 4.0. Той ще работи, но ще бъде ограничен до най-ниския общ знаменател.

Кой решава стандарта PCIe?

Стандартът PCI Express е проектиран и одобрен от PCI Special Interest Group ( PCI-SIG ), консорциум с членове от електронната и компютърната индустрия със собствен интерес към технологията.

PCI-SIG е основана през 1992 г. като група, натоварена със задачата да помага на производителите на компютри правилно да прилагат стандарта Intel PCI . Днес това е организация с нестопанска цел с над 800 членове.

Платката PCI-SIG има AMD , ARM , Dell , IBM , Intel , Nvidia , Qualcomm и други. Може да разпознаете тези имена като големи производители на компютърни устройства и наличието на споделен стандарт прави работата им много по-лесна, да не говорим за живота на техните клиенти!

За какво се използва PCIe?

Вече споменахме карти за разширение и SSD^(SSDs) по-горе, така че вероятно имате обща представа за използването на PCIe.

Стандартът PCIe свързва почти всяко външно периферно устройство, което можете да си представите. Той предлага много по-широка честотна лента от USB , особено когато гледате няколко ленти. PCIe също така осигурява директен път към процесора^(CPU) , което го прави идеален за високоскоростни приложения с ниска латентност.

Съвременните графични процесори^{(Modern GPUs)} използват шестнадесет ленти на честотната лента на  PCIe , за да увеличат максимално производителността си, но не всяко периферно устройство се нуждае от толкова много честотна лента. Най-новите PCIe 4.0 SSD дискове^(SSDs) използват „само“ четири ленти, но това е достатъчно, за да издуха стандарта SATA от водата. Докато SATA достига максимална скорост от 600 MB/sPCIe 4.0 устройства от висок клас могат да се движат с повече от 7000 MB/s .

PCIe карти за разширение също така разполагат със звукови карти^{(sound cards)} , карти за заснемане на видео, 10Gb Ethernet адаптер, WiFi 6 карти,  Thunderbolt или USB контролери и др. Периферните устройства, които са интегрирани в дънната платка на вашия компютър, също използват PCI Express . Просто окабеляването е постоянно и не е под формата на слот.

Как PCIe 6.0 се ^{(Does PCIe 6.0)} подобрява^(Improve) спрямо PCIe 5.0 ?

Подобрението в заглавието обикновено е голям скок в скоростта на данни с всяка ревизия на PCIe . Това е количеството информация, което може да бъде преместено в автобуса всяка секунда.

В този отдел PCIe 6.0 не разочарова. Той напълно удвоява вече огромната скорост на трансфер на данни на PCIe 5.0 от 32 Gigatransfers в секунда ( GT/s ) до 64 GT/s на лента. Докато PCIe 5.0^{(Whereas PCIe 5.0)} може да измести 63 гигабайта^(Gigabytes) в секунда ( GB/s ), 6.0 може да се движи до 128 GB/s . Това е през x16 връзка, с по-малки връзки, които намаляват. Това означава, че x8 PCIe 6.0 слот вече има толкова производителност, колкото x16 5.0 слот.

Това създава много място за бъдещи графични процесори^(GPUs) и свръхбързи решения за съхранение. Да не говорим за невероятния обхват за външни устройства, свързани чрез PCIe или карти за разширение, които предлагат Thunderbolt и USB 4 .

Нови функции в PCI Express 6.0

Осъществяването на такъв монументален скок в представянето за едно поколение не беше лесно. За да постигнат тези числа, инженерите на PCI-SIG трябваше да разработят няколко иновативни нови начина за придвижване на електрони.

PAM4 сигнализация^{(PAM4 Signaling)}

Вероятно^(Quite) най-значителната промяна с PCIe 6.0 в сравнение с предишните поколения интерфейс е как се кодират данните. 

PCI Express 6.0 използва PAM4 , което е съкращение от  Pulse Amplitude Modulation с четири нива. ^{( Pulse Amplitude Modulation with four levels.)}Ако знаете нещо за електрическите форми на вълната, ще знаете, че „амплитудата“ на вълната е колко далеч е върхът на вълната от базовата линия.

По- старото NRZ^(NRZ) ( без връщане към нула^{(Non-return-to-zero)} ) PCIe кодиране имаше само две нива на амплитуда на импулс по време на тактов цикъл. PCIe 6 удвоява това до четири, увеличавайки количеството данни, кодирани с всеки цикъл. 

Предна корекция на грешки (FEC)^{(Forward Error Correction (FEC))}

Докато методът на кодиране PAM4 осигурява значително увеличение на скоростите, той също така осигурява голям тласък на битовите грешки. С други думи, един пристига на местоназначението си вместо нула и обратно.

За да се бори с това, PCIe 6.0 има нова функция за пренасочване на корекция на грешки^{(Forward Error Correction)} , която проверява дали данните стигат там, където трябва да отидат, без да се повредят, с помощта на стабилна CRC ( циклична проверка^{(Cyclic Redundancy Check)} на излишъка ).

Една опасност от добавяне на повече стъпки за коригиране на грешки в тръбопровода е, че ще добавите повече латентност. Допълнителната^(Additional) латентност е все по-голям проблем с различни високоскоростни компютърни компоненти. Въпреки че могат да прехвърлят все повече и повече данни, им отнема повече време, за да реагират на заявка за данни, което може да доведе до проблеми.

FEC е проектиран да насочва към добавяне на не повече от две наносекунди латентност в сравнение с предишните версии на PCIe , което е малка част от допълнителната латентност, която човек не може да открие.

Режим FLIT^{(FLIT Mode)}

Режимът FLIT^(FLIT) беше друга мярка, въведена за подобряване на корекцията на грешки в PCIe 6.0 . Той организира данните в единици с еднакъв размер, като използва специален бордов блок за управление на потока. Това е необходимо, за да проверите пакетите за грешки, тъй като можете да приложите алгоритъм към всеки пакет с данни и да проверите дали пакетът все още дава резултат, когато достигне другия край на тръбопровода.

Работата е там, че се оказва, че режимът FLIT също носи значителни печалби в ефективността на други места. Той помага за намаляване на латентността, прави използването на честотната лента по-ефективно и позволява на PCIe 6.0 да премахне голяма част от допълнителните разходи за кодиране от предишните версии. Така че въпреки че PAM4 добавя до 2ns латентност, режимът FLIT спестява латентност в други области.

L0p режим^{(L0p Mode)}

Една интересна функция в PCIe 6.0 е режимът L0p . Този режим намалява броя на лентите, които периферното устройство използва за изпращане и получаване на данни. Така че, ако вашият лаптоп работи на батерия и графичният процесор^(GPU) не се нуждае от 16 ленти, за да върши текущата си работа, той ще се сведе до използването само на броя ленти, от които се нуждае, спестявайки електроенергия чрез увеличаване на енергийната ефективност.

Трябва ли да изчакате PCIe 6.0?

Ако мислите за закупуване или изграждане на нов компютър скоро, трябва ли да изчакате първо да излязат PCIe 6.0 дънни платки? ^{(PCIe 6.0)}Винаги е изкушаващо да се опитате да създадете устойчив на бъдещето компютър. Ами ако се появи нов GPU или SSD , който се нуждае от PCIe 6.0 , за да достигне пълния си потенциал?

Краткият отговор на този въпрос е, че не е нужно да се притеснявате да чакате PCIe 6.0 . Към момента на писане, PCIe 5.0 дънните платки едва започнаха да се разпространяват за потребителите и дори най-висок клас настоящи графични процесори^(GPUs) не се нуждаят от PCIe 5.0 .

В бенчмаркове,^(benchmarks) сравняващи водещи карти като RTX 3080 или RTX 3090, работещи на PCIe 3.0 и 4.0, разликата в производителността беше някъде между нищо и 3%. Да, така е. Едва сега достигаме границите на PCIe 3.0 и това е само с най-скъпите графични процесори^(GPUs) на планетата. Не се притеснявайте - поне не за няколко години. 

Не забравяйте^(Remember) , че PCI-SIG публикува окончателната си спецификация PCIe за версия 6.0 само на хартия. Въпреки че окончателната спецификация няма да се промени, ще мине известно време, преди да видим много хардуер, който го поддържа, поне в потребителското пространство.

PCIe 6.0 има ^{(PCIe 6.0)} предимства за^{(Benefits Data)} центрове за данни днес

Това не означава, че PCIe 6.0 вече не е от полза за някого. В гигантските центрове за данни всички ние разчитаме на облачни услуги, всеки допълнителен бит от честотната лента е ценен. В тези стелажи от компютри ще намерите системи с десетки или стотици процесорни^(CPU) ядра и масиви от високоскоростни SSD съхранение. Подобренията в честотната лента на PCIe незабавно ще помогнат за премахване на налягането от тези напрегнати канали за данни.

Наличието на толкова по-голяма честотна лента означава, че приложенията за AI и машинно обучение могат да анализират повече данни за по-малко време. Това означава, че HPC ( високопроизводителни изчисления^{(High-Performance Computing)} ) приложения, които извършват сложна работа в областта на науката, инженерството и физиката, могат да разширят своите хоризонти.

Дори IoT ( Интернет^(Internet) на нещата^(Things) ) системи, които изпращат поток от данни до центровете за данни за обработка в реално време, ще се възползват значително от допълнителната честотна лента.

Какво идва след PCI Express 6.0?

PCIe технологията ще съществува дълго време, освен ако някой не изобрети технология за периферно свързване, която е радикално по-добра. Компании като Intel , AMD и Apple правят вълнуващи неща със свързаните технологии между чиповете в техните процесорни пакети. С процесори^(CPUs) като Ryzen на AMD и Alder Lake на ^{(Alder Lake)}Intel , натъпкани до хриле с ядра на процесора^(CPU) , те трябва да преместват огромно количество данни. Сигурни сме, че PCI-SIG може да научи няколко неща от това, което се случва в тези процесори.

What Is PCIe 6.0 and How Is It Different?

PCIe 4.0 motherboards are only now starting to ship to customers, but thаt’s not slowing down the developmеnt of this cruсial peripherаl 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

• Какво е Wi-Fi 7 и как се различава?

• Пристрастяване към интернет и социалните мрежи

• Не мога да се свържа с Xbox Live; Коригирайте проблема с Xbox Live Networking в Windows 10

• Безплатни инструменти за безжична мрежа за Windows 10

• Инструмент за симулация на мрежа на Cisco Packet Tracer и неговите безплатни алтернативи

• Как да се свържете с отдалечен регистър в Windows 7 и 10

• HDG обяснява: Какво е компютърен порт и за какво се използват?

• 8-те най-добри сайта за социални мрежи за графични дизайнери, които да представят портфолиото си

• Как да симулираме бавна интернет връзка за тестване

• HDG обяснява: Какво е паркиран домейн и какви са неговите предимства?

• Какво да правите със стар рутер: 8 страхотни идеи

• Как да коригирате „Не може да се поднови IP адрес“ в Windows

• HDG обяснява: Какво е RFID и за какво може да се използва?

• Как да настроите NAS (мрежово съхранение)

• 5 начина да защитите своя WiFi

• Как работи автоматичното превключване на HDMI

• Как подобрената защита от проследяване на Firefox спира уебсайтовете да ви шпионират

• Как да избегнете и разрешите прекъсвания на DNS

• Какво представлява облакът и как да извлечете максимума от него

• Най-доброто WiFi криптиране за скорост и защо