Le schede madri PCIe 4.0 stanno iniziando solo ora a essere consegnate ai clienti, ma ciò non rallenta lo sviluppo di questo fondamentale standard di connessione periferica. PCIe 6.0 è già sul tavolo, con miglioramenti concreti rispetto all'attuale standard all'avanguardia.
Poiché PCIe sta diventando fondamentale nei computer di tutte le forme e dimensioni, vale la pena parlare di cos'è PCIe, a cosa serve e cosa offrirà il nuovo PCIe 6.0 in futuro.
Le basi di PCIe
PCIe è l'abbreviazione di Peripheral Component Interconnect Express. Alcuni dei nostri lettori che usano i computer da un po' potrebbero ricordare il vecchio standard PCI, ma PCIe sta allo standard PCI originale come un aereo da caccia sta a un aeroplano di carta.
PCIe è sia un protocollo che uno standard di connessione hardware fisica. Lo standard di connessione hardware PCIe più comune è lo slot di espansione della scheda madre. Si collegano le schede di espansione a questi slot e la comunicazione avviene tramite i pin di connessione. Tuttavia, è possibile inviare segnali del protocollo PCIe su altri tipi di connessioni.
Gli SSD NVME che utilizzano il connettore M.2 possono utilizzare PCIe e questo non sembra diverso dal computer da un SSD collegato tramite uno slot PCIe standard. Gli standard Thunderbolt 3 e 4 supportano anche l'invio di segnali PCIe tramite cavo. Ecco come sono possibili eGPU (schede grafiche esterne).
I dispositivi PCIe inviano i dati in modo seriale ma su più corsie parallele. Uno slot PCIe x16 sulla scheda madre di un computer può ospitare sedici canali dati contemporaneamente. PCIe offre anche slot x8, x4 e x1. In generale, le schede grafiche utilizzano lo slot x16 perché necessitano di quanta più larghezza di banda possibile. Sebbene gli slot più lenti siano solitamente fisicamente più corti, è comune che la lunghezza x16 oltre a quella primaria sia x8.
Le schede PCIe offrono compatibilità con le versioni precedenti e compatibilità incrociata, quindi puoi inserire una scheda x4 in qualsiasi slot PCIe che la possa ospitare fisicamente. È solo che sprecherai tutte le corsie PCIe che la scheda x4 non utilizza. Lo stesso vale per l'utilizzo di una scheda PCIe 5.0, ad esempio, in uno slot 4.0. Funzionerà ma sarà limitato al minimo comune denominatore.
Chi decide lo standard PCIe?
.Lo standard PCI Express è progettato e approvato da Gruppo di Interesse Speciale PCI (PCI-SIG), un consorzio di membri dell'industria elettronica e informatica con un interesse acquisito nella tecnologia.
PCI-SIG è stato fondato nel 1992 come gruppo incaricato di aiutare i produttori di computer a implementare correttamente lo standard Intel PCI. Oggi è un'organizzazione no-profit con oltre 800 membri.
La scheda PCI-SIG conta AMD, ARM, Dell, IBM, Intel, Nvidia, Qualcomm e altri membri. Potresti riconoscere questi nomi come i principali produttori di dispositivi informatici e avere uno standard condiviso rende il loro lavoro molto più semplice, per non parlare della vita dei loro clienti!
A cosa serve PCIe?
Abbiamo già menzionato le schede di espansione e gli SSD sopra, quindi probabilmente hai un'idea generale degli usi di PCIe.
Lo standard PCIe collega praticamente qualsiasi dispositivo periferico esterno immaginabile. Offre una larghezza di banda molto più ampia rispetto all'USB, soprattutto quando si guardano più corsie. PCIe fornisce inoltre un percorso diretto alla CPU, rendendolo perfetto per applicazioni ad alta velocità e bassa latenza.
Le GPU moderne utilizzano sedici corsie di larghezza di banda PCIe per massimizzare le prestazioni, ma non tutte le periferiche necessitano di così tanta larghezza di banda. Gli ultimi SSD PCIe 4.0 utilizzano "solo" quattro corsie, ma sono sufficienti per far sparire lo standard SATA. Mentre SATA raggiunge i 600 MB/s, le unità PCIe 4.0 di fascia alta possono raggiungere più di 7000 MB/s.
Le schede di espansione PCIe supportano anche schede audio, schede di acquisizione video, adattatori Ethernet da 10 Gb, schede WiFi 6, Fulmine o controller USB e altro ancora. Anche le periferiche integrate nella scheda madre del computer utilizzano PCI Express. È solo che il cablaggio è permanente e non sotto forma di slot.
In che modo PCIe 6.0 migliora rispetto a PCIe 5.0?
Il miglioramento principale è solitamente un grande balzo nella velocità dei dati con ogni revisione PCIe. Questa è la quantità di informazioni che possono essere spostate sul bus ogni secondo.
In questo senso, PCIe 6.0 non delude. Raddoppia completamente la già straordinaria velocità di trasferimento dati di PCIe 5.0 da 32 Gigatransfer al secondo (GT/s) a 64 GT/s per corsia. Mentre PCIe 5.0 potrebbe spostare 63 Gigabyte al secondo (GB/s), 6.0 può arrivare fino a 128 GB/s. Si tratta di una connessione x16, con connessioni minori che si riducono. Ciò significa che uno slot x8 PCIe 6.0 ora ha le stesse prestazioni di uno slot x16 5.0..
Ciò crea ampio margine per le future GPU e soluzioni di archiviazione ultraveloci. Per non parlare dell'incredibile possibilità di dispositivi esterni collegati tramite PCIe o schede di espansione che offrono Thunderbolt e USB 4.
Nuove funzionalità in PCI Express 6.0
Compiere un salto di prestazioni così epocale in una sola generazione non è stato facile. Per raggiungere questi numeri, gli ingegneri PCI-SIG hanno dovuto sviluppare alcuni nuovi modi innovativi per spostare gli elettroni.
Segnalazione PAM4
Molto probabilmente, il cambiamento più significativo con PCIe 6.0 rispetto alle generazioni precedenti dell'interfaccia è il modo in cui vengono codificati i dati.
PCI Express 6.0 utilizza PAM4, che è l'abbreviazione di Modulazione dell'ampiezza dell'impulso con quattro livelli.Se sai qualcosa sulle forme d'onda elettriche, saprai che l'"ampiezza" dell'onda è la distanza la cresta dell'onda è dalla linea di base.
La vecchia codifica PCIe NRZ (Non-return-to-zero) aveva solo due livelli di ampiezza per impulso durante un ciclo di clock. PCIe 6 lo raddoppia portandolo a quattro, aumentando la quantità di dati codificati con ogni ciclo.
Correzione degli errori in avanti (FEC)
Sebbene il metodo di codifica PAM4 fornisca un aumento significativo della velocità, fornisce anche un grande aumento degli errori di bit. In altre parole, a destinazione arriva uno anziché zero e viceversa.
Per contrastare questo problema, PCIe 6.0 dispone di una nuova funzionalità Forward Error Correction, che controlla per assicurarsi che i dati arrivino dove dovrebbero andare senza essere danneggiati, con l'aiuto di una solida implementazione CRC (Cyclic Redundancy Check).
Uno dei rischi legati all'aggiunta di ulteriori passaggi di correzione degli errori nella pipeline è che si aggiungerà più latenza. La latenza aggiuntiva è stata una preoccupazione crescente con vari componenti dei computer ad alta velocità. Sebbene possano trasferire sempre più dati, impiegano più tempo per reagire a una richiesta di dati, il che può causare problemi di per sé.
FEC è stato progettato per raggiungere l'obiettivo di aggiungere non più di due nanosecondi di latenza rispetto alle versioni precedenti di PCIe, ovvero una piccola latenza extra che nessun essere umano può rilevare.
Modalità FLIT
La modalità FLIT è stata un'altra misura introdotta per migliorare la correzione degli errori in PCIe 6.0. Organizza i dati in unità di dimensioni uniformi utilizzando un'unità di controllo del flusso integrata dedicata. Ciò è necessario per verificare la presenza di errori nei pacchetti poiché è possibile applicare un algoritmo a ciascun pacchetto di dati e verificare se il pacchetto fornisce ancora il risultato quando raggiunge l'altra estremità della pipeline..
Il fatto è che, a quanto pare, la modalità FLIT apporta notevoli miglioramenti in termini di efficienza anche in altri luoghi. Aiuta a ridurre la latenza, rende più efficiente l'utilizzo della larghezza di banda e consente a PCIe 6.0 di eliminare gran parte del sovraccarico di codifica rispetto alle versioni precedenti. Pertanto, sebbene PAM4 aggiunga fino a 2 ns di latenza, la modalità FLIT risparmia sulla latenza in altre aree.
Modalità L0p
Una caratteristica interessante di PCIe 6.0 è la modalità L0p. Questa modalità riduce il numero di corsie utilizzate da una periferica per inviare e ricevere dati. Pertanto, se il tuo laptop funziona a batteria e la GPU non ha bisogno di 16 corsie per svolgere il suo lavoro attuale, utilizzerà solo il numero di corsie necessarie, risparmiando elettricità aumentando l'efficienza energetica.
Dovresti aspettare PCIe 6.0?
Se stai pensando di acquistare o costruire presto un nuovo computer, dovresti aspettare prima l'uscita delle schede madri PCIe 6.0? C’è sempre la tentazione di provare a costruire un computer a prova di futuro. Cosa succede se esce una nuova GPU o SSD che necessita di PCIe 6.0 per raggiungere il suo pieno potenziale?
La risposta breve a questa domanda è che non devi preoccuparti di aspettare PCIe 6.0. Al momento in cui scrivo, le schede madri PCIe 5.0 hanno appena iniziato a essere distribuite ai consumatori e anche le GPU attuali di fascia più alta non hanno nemmeno lontanamente bisogno di PCIe 5.0.
In punti di riferimenti confrontando schede di punta come RTX 3080 o RTX 3090 con PCIe 3.0 e 4.0, la differenza di prestazioni era compresa tra zero e il 3%. Sì, è giusto. Stiamo raggiungendo solo ora i limiti del PCIe 3.0, e questo solo con le GPU più costose del pianeta. Non preoccuparti, almeno non per qualche anno.
Ricorda che PCI-SIG ha pubblicato le specifiche PCIe finali per la versione 6.0 solo su carta. Anche se le specifiche finali non cambieranno, ci vorrà del tempo prima di vedere molto hardware che le supporti, almeno nello spazio consumer.
PCIe 6.0 avvantaggia i data center oggi
Ciò non vuol dire che PCIe 6.0 non sia già vantaggioso per qualcuno. Nei giganteschi data center facciamo tutti affidamento su servizi basati su cloud, ogni bit di larghezza di banda in più è prezioso. All'interno di questi rack di computer troverai sistemi con dozzine o centinaia di core CPU e array di storage SSD ad alta velocità. I miglioramenti nella larghezza di banda PCIe contribuiranno immediatamente a ridurre la pressione su quei tubi di dati stressanti..
Avere una larghezza di banda molto maggiore significa che le applicazioni di intelligenza artificiale e machine learning potrebbero analizzare più dati in meno tempo. Ciò implica che le applicazioni HPC (High-Performance Computing) che svolgono lavori complessi nel campo della scienza, dell'ingegneria e della fisica possono ampliare i propri orizzonti.
Anche i sistemi IoT (Internet delle cose) che inviano una marea di dati ai data center per l'elaborazione in tempo reale trarranno enormi vantaggi dalla larghezza di banda aggiuntiva.
Cosa verrà dopo PCI Express 6.0?
La tecnologia PCIe durerà a lungo, a meno che qualcuno non inventi una tecnologia di interconnessione delle periferiche radicalmente migliore. Aziende come Intel, AMD e Apple stanno facendo cose entusiasmanti con le tecnologie correlate tra i chip all'interno dei loro pacchetti di processori. Con CPU come Ryzen di AMD e Alder Lake di Intel piene zeppe di core, hanno bisogno di spostare un'enorme quantità di dati. Siamo sicuri che PCI-SIG possa imparare alcune cose da ciò che accade all'interno di questi processori.
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