O que é PCIE 6.0 e como é diferente?

PCIE 4.0 placas -mãe só agora estão começando a enviar para os clientes, mas isso não está diminuindo o desenvolvimento desse padrão crucial de conexões periféricas. PCIE 6.0 já está sobre a mesa, com melhorias concretas em relação ao padrão de ponta atual.

Como o PCIE está se tornando fundamental em computadores de todas as formas e tamanhos, vale a pena falar sobre o que é o PCIE, para que é usado e para que o novo PCIE 6.0 oferecerá no futuro.

PCIE é um protocolo e um padrão de conexão de hardware físico. O padrão de conexão de hardware do PCIE mais comum é o slot de expansão da placa -mãe. Você conecta cartões de expansão a esses slots e a comunicação acontece sobre os pinos de conexão. No entanto, é possível enviar sinais de protocolo PCIE sobre outros tipos de conexões.

NVME SSDs usando o M.2 conector pode usar o PCIE, e isso não parece diferente do computador de um SSD conectado através de um slot PCIE padrão. Os padrões Thunderbolt 3 e 4 também suportam o envio de sinais de PCIE em um cabo. É assim que o EGPUS (placas gráficas externas) é possível.

Os dispositivos PCIE enviam dados de maneira serial, mas em várias faixas paralelas. Um slot do X16 PCIE na placa -mãe de um computador pode acomodar dezesseis canais de dados de uma só vez. O PCIE também oferece slots x8, x4 e x1. Em geral, as placas gráficas usam o slot x16 porque precisam de tanta largura de banda quanto possível. Embora os slots mais lentos sejam geralmente fisicamente mais curtos, é comum para o comprimento do x16 além do principal ser x8.

Os cartões PCIE oferecem compatibilidade e compatibilidade cruzada, para que você possa colar uma placa X4 em qualquer slot do PCIE que o acomodará fisicamente. É que você desperdiçará qualquer pista do PCIE que a placa X4 não use. O mesmo vale para usar um PCIE 5.0 cartão em, por exemplo, um 4.0 slot. Funcionará, mas será limitado ao menor denominador comum.

Quem decide sobre o padrão PCIE?

O PCI Express Standard foi projetado e aprovado pelo PCI Special Interest Group (PCI-SIG), um consórcio com membros da indústria eletrônica e de computadores com um interesse adquirido na tecnologia.

O PCI-SIG foi fundado em 1992 como um grupo encarregado de ajudar os fabricantes de computadores a implementar corretamente o padrão Intel PCI. Hoje é uma organização sem fins lucrativos com mais de 800 membros.

A placa PCI-SIG possui AMD, ARM, Dell, IBM, Intel, Nvidia, Qualcomm e mais membros. Você pode reconhecer esses nomes como os principais fabricantes de dispositivos de computação, e ter um padrão compartilhado facilita seu trabalho, sem mencionar a vida de seus clientes!

Para que o PCIE é usado para?

Já mencionamos cartões de expansão e SSDs acima, então você provavelmente tem uma ideia geral dos usos do PCIE.

O padrão PCIE conecta praticamente qualquer dispositivo periférico externo que você possa imaginar. Oferece uma largura de banda muito mais ampla que o USB, especialmente ao olhar para várias faixas. O PCIE também fornece um caminho direto para a CPU, tornando-o perfeito para aplicações de alta velocidade e baixa latência.

As GPUs modernas usam dezesseis faixas de largura de banda do PCIE para maximizar seu desempenho, mas nem todo periférico precisa de tanta largura de banda. O mais recente PCIE 4.0 SSDs usam “somente” quatro faixas, mas isso é o suficiente para explodir o padrão SATA limpo da água. Enquanto o SATA está a 600 MB/S, o PCIE de ponta 4.0 unidades podem mover mais de 7000 Mb/s.

Os cartões de expansão do PCIE também acomodam cartões de som, cartões de captura de vídeo, adaptador Ethernet de 10 GB, cartões WiFi 6, Thunderbolt ou USB controladores e muito mais. Os periféricos integrados à placa -mãe do seu computador também usam PCI Express. É que a fiação é permanente e não na forma de um slot.

Como o PCIE 6.0 Melhore no PCIE 5.0?

A melhoria da manchete geralmente é um grande salto na taxa de dados a cada revisão do PCIE. Essa é a quantidade de informações que podem ser movidas pelo ônibus a cada segundo.

Nesse departamento, PCIE 6.0 não decepciona. Dobra totalmente a tremenda taxa de transferência de dados do PCIE 5.0 de 32 gigatransfers por segundo (gt/s) a 64 gt/s por pista. Enquanto PCIE 5.0 pode mudar 63 gigabytes por segundo (GB/s), 6.0 pode mover até 128 GB/s. Isso acabou de uma conexão X16, com mais pequenas conexões escalando. Isso significa um x8 pcie 6.0 Slot agora tem tanto desempenho quanto um x16 5.0 slot.

Isso cria bastante espaço para futuras GPUs e soluções de armazenamento ultra-rápido. Sem mencionar o escopo incrível para dispositivos externos conectados via PCIE ou cartões de expansão que oferecem Thunderbolt e USB 4.

Novos recursos no PCI Express 6.0

Fazer um salto de desempenho tão monumental em uma única geração não foi fácil. Para alcançar esses números, os engenheiros do PCI-SIG tiveram que desenvolver algumas novas maneiras inovadoras de mover elétrons.

Sinalização PAM4

Muito possivelmente, a mudança mais significativa com o PCIE 6.0 comparado às gerações anteriores da interface é como os dados são codificados.

PCI Express 6.0 usa o PAM4, que é abrevido para Modulação de amplitude de pulso com quatro níveis. Se você souber alguma coisa sobre formas de onda elétrica, saberá que a "amplitude" da onda é até que ponto a crista da onda é da linha de base.

A codificação PCIE NRZ mais antiga (não retorno para zero) tinha apenas dois níveis de amplitude por pulso durante um ciclo de relógio. PCIE 6 dobra isso para quatro, aumentando a quantidade de dados codificados a cada ciclo.

Correção de erro direto (FEC)

Embora o método de codificação PAM4 forneça um impulso significativo às velocidades, ele também fornece um grande impulso para que os erros de bit. Em outras palavras, chega ao seu destino em vez de zero e vice -versa.

Para combater isso, PCIE 6.0 possui um novo recurso de correção de erro avançado, que verifica para garantir que os dados estejam chegando aonde devem ir sem ser corrompido, com a ajuda de uma implementação robusta de CRC (Cyclic Redundancy Check).

Um perigo de adicionar mais etapas de correção de erro ao pipeline é que você adicionará mais latência. Latência adicional tem sido uma preocupação crescente com vários componentes de computador de alta velocidade. Embora possam mudar cada vez mais dados, eles levam mais tempo para reagir a um pedido de dados, o que pode causar problemas próprios.

O FEC foi projetado para atingir a adição de não mais que dois nanossegundos de latência em comparação com versões anteriores do PCIE, o que é um pouquinho de latência extra que nenhum humano pode detectar.

Modo de flit

O modo Flit foi outra medida introduzida para melhorar a correção de erros no PCIE 6.0. Ele organiza dados em unidades de tamanho uniforme usando uma unidade de controle de fluxo a bordo dedicada. Isso é necessário para verificar os pacotes quanto a erros, pois você pode aplicar um algoritmo a cada pacote de dados e verificar se o pacote ainda fornece o resultado quando atingir a outra extremidade do pipeline.

A questão é que o modo Flit também traz ganhos significativos de eficiência em outros lugares. Ajuda a reduzir a latência, torna o uso da largura de banda mais eficiente e permite que o PCIE 6.0 Afaste -se com grande parte da sobrecarga de codificação de versões anteriores. Portanto, embora o PAM4 soma até 2ns de latência, o modo Flit economiza na latência em outras áreas.

Modo L0P

Um recurso interessante no PCIE 6.0 é o modo L0P. Este modo reduz o número de faixas que um periférico usa para enviar e receber dados. Portanto, se o seu laptop estiver funcionando com a energia da bateria e a GPU não precisar de 16 faixas para fazer seu trabalho atual, ele cairá apenas para usar o número de faixas de que precisa, economizando eletricidade aumentando a eficiência de energia.

Você deveria esperar pelo PCIE 6.0?

Se você está pensando em comprar ou construir um novo computador em breve, deve esperar o PCIE 6.0 placas -mãe para sair primeiro? É sempre tentador tentar construir um computador à prova de futuro. E se for lançado uma nova GPU ou SSD que precisa do PCIE 6.0 para atingir todo o seu potencial?

A resposta curta a esta pergunta é que você não precisa se preocupar em esperar pelo PCIE 6.0. No momento da redação deste artigo, PCIE 5.0 placas-mãe só começaram a ser lançadas para os consumidores, e até as GPUs atuais mais sofisticadas não estão nem perto da necessidade do PCIE 5.0.

Em benchmarks comparando cartões principais como o RTX 3080 ou RTX 3090 em execução no PCIE 3.0 e 4.0, a diferença no desempenho estava em algum lugar entre nada e 3%.  Sim está certo. Só agora estamos atingindo os limites do PCIE 3.0, e isso é apenas com as GPUs mais caras do planeta. Não se preocupe-pelo menos não por alguns anos. 

Lembre-se de que o PCI-SIG publicou apenas sua especificação final do PCIE para a versão 6.0 no papel. Embora a especificação final não mude, levará algum tempo até vermos muito hardware que o suporta, pelo menos no espaço do consumidor.

PCIE 6.0 beneficia os data centers hoje

Isso não quer dizer PCIE 6.0 não é benéfico para alguém já. Nos data centers gigantes, todos nós contamos com serviços baseados em nuvem, cada pedaço extra de largura de banda é precioso. Dentro desses racks de computadores, você encontrará sistemas com dezenas ou centenas de núcleos de CPU e matrizes de armazenamento SSD de alta velocidade. As melhorias na largura de banda do PCIE ajudarão imediatamente a retirar a pressão dos tubos de dados que terião.

Ter muito mais largura de banda significa que os aplicativos de IA e aprendizado de máquina podem analisar mais dados em menos tempo. Isso implica que os aplicativos de HPC (computação de alto desempenho) que fazem trabalhos complexos em ciências, engenharia e física podem ampliar seus horizontes.

Até os sistemas de IoT (Internet das Coisas) que enviam uma enxurrada de dados aos data centers para processar em tempo real se beneficiarão massivamente da largura de banda adicional.

O que vem depois do PCI Express 6.0?

A tecnologia PCIE estará por muito tempo, a menos que alguém invente uma tecnologia de interconexão periférica que é radicalmente melhor. Empresas como Intel, AMD e Apple estão fazendo coisas emocionantes com as tecnologias relacionadas entre chips dentro de seus pacotes de processador. Com as CPUs como o Ryzen da AMD e o Alder Lake da Intel, recheados para as guelras com núcleos de CPU, eles precisam mover uma tremenda quantidade de dados. Temos certeza de que o PCI-sig pode aprender algumas coisas com o que está acontecendo dentro desses processadores.