مادربردهای PCIe 4.0 به تازگی شروع به ارسال به مشتریان کرده‌اند، اما این امر توسعه این استاندارد حیاتی اتصالات جانبی را کند نمی‌کند. PCIe 6.0 در حال حاضر روی میز است، با پیشرفت‌های ملموس نسبت به استاندارد پیشرفته کنونی.
از آنجایی که PCIe در رایانه‌های هر شکل و اندازه در حال تبدیل شدن به اساسی است، بهتر است در مورد اینکه PCIe چیست، برای چه چیزی استفاده می‌شود و PCIe 6.0 جدید در آینده چه چیزی ارائه خواهد کرد، صحبت کنیم.
مبانی PCIe
PCIe مخفف Peripheral Component Interconnect Expressاست. برخی از خوانندگان ما که برای مدتی با رایانه‌ها سر و کار داشته‌اند، ممکن است استاندارد قدیمی PCI را به خاطر بسپارند، اما PCIe مطابق با استاندارد اصلی PCI است، همانطور که یک جت جنگنده برای یک هواپیمای کاغذی است.
PCIe هم یک پروتکل و هم یک استاندارد اتصال سخت افزار فیزیکی است. رایج ترین استاندارد اتصال سخت افزاری PCIe، اسلات توسعه مادربرد است. شما کارت های توسعه را به این اسلات ها متصل می کنید و ارتباط از طریق پین های اتصال اتفاق می افتد. با این حال، ارسال سیگنال های پروتکل PCIe از طریق انواع دیگر اتصالات امکان پذیر است.
SSDهای NVME با استفاده از کانکتور M.2 می‌توانند از PCIe استفاده کنند، و به نظر می‌رسد که این برای رایانه با یک SSD متصل از طریق یک اسلات استاندارد PCIe تفاوتی ندارد. استانداردهای Thunderbolt 3 و 4 از ارسال سیگنال های PCIe از طریق کابل نیز پشتیبانی می کنند. به این ترتیب eGPU ها (کارت‌های گرافیک خارجی) امکان‌پذیر است.
دستگاه‌های PCIe داده‌ها را به صورت سریال ارسال می‌کنند، اما از طریق چندین خط موازی. یک اسلات x16 PCIe بر روی مادربرد کامپیوتر می تواند شانزده کانال داده را به طور همزمان در خود جای دهد. PCIe اسلات های x8، x4 و x1 را نیز ارائه می دهد. به طور کلی، کارت های گرافیک از اسلات x16 استفاده می کنند زیرا به پهنای باند بیشتری نیاز دارند. در حالی که اسلات‌های کندتر معمولاً از نظر فیزیکی کوتاه‌تر هستند، معمولاً طول x16 علاوه بر شکاف اصلی، x8 است.
کارت‌های PCIe سازگاری با عقب و سازگاری متقابل را ارائه می‌کنند، بنابراین می‌توانید یک کارت x4 را در هر شکاف PCIe که از نظر فیزیکی آن را در خود جای دهد، بچسبانید. فقط این است که شما خطوط PCIe را که کارت x4 از آن استفاده نمی کند هدر می دهید. برای مثال، در مورد استفاده از کارت PCIe 5.0 در اسلات 4.0 نیز همینطور است. کار خواهد کرد اما به کمترین مخرج مشترک محدود می شود.
چه کسی در مورد استاندارد PCIe تصمیم می گیرد؟
.استاندارد PCI Express توسط گروه علاقه ویژه PCI (PCI-SIG) طراحی و تایید شده است، کنسرسیومی با اعضایی از صنعت الکترونیک و کامپیوتر که علاقه خاصی به این فناوری دارند.
PCI-SIG در سال 1992 به عنوان گروهی تأسیس شد که وظیفه آن کمک به تولیدکنندگان رایانه بود تا استاندارد PCI اینتل را به درستی پیاده سازی کنند. امروزه این یک سازمان غیرانتفاعی با بیش از 800 عضو است.
برد PCI-SIG دارای اعضای AMD، ARM، Dell، IBM، Intel، Nvidia، Qualcomm و تعداد بیشتری است. ممکن است این نام‌ها را به‌عنوان سازنده‌های بزرگ دستگاه‌های محاسباتی بشناسید، و داشتن یک استاندارد مشترک کار آنها را بسیار آسان‌تر می‌کند، نه اینکه به زندگی مشتریانشان اشاره کنیم!
PCIe برای چه مواردی استفاده می شود؟
ما قبلاً به کارت‌های توسعه و SSD در بالا اشاره کرده‌ایم، بنابراین احتمالاً یک ایده کلی از کاربردهای PCIe دارید.
استاندارد PCIe تقریباً هر دستگاه جانبی خارجی را که می‌توانید تصور کنید متصل می‌کند. پهنای باند بسیار وسیع تری نسبت به USB ارائه می دهد، به خصوص زمانی که به چندین خط نگاه می کنید. PCIe همچنین یک مسیر مستقیم به CPU ارائه می‌کند و آن را برای برنامه‌های پرسرعت و کم تأخیر عالی می‌کند.
GPUهای مدرن از شانزده خط از پهنای باند PCIe برای به حداکثر رساندن عملکرد خود استفاده می‌کنند، اما هر دستگاه جانبی به پهنای باند زیادی نیاز ندارد. جدیدترین هاردهای SSD PCIe 4.0 «فقط» از چهار خط استفاده می‌کنند، اما این کافی است تا استاندارد SATA را از آب خارج کند. در حالی که سرعت SATA 600 مگابایت بر ثانیه است، درایوهای پیشرفته PCIe 4.0 می توانند بیش از 7000 مگابایت بر ثانیه حرکت کنند.
کارت‌های توسعه PCIe همچنین دارای کارت های صدا ، کارت‌های فیلمبرداری، آداپتور اترنت 10 گیگابایتی، کارت‌های WiFi 6، صاعقه یا کنترل‌کننده‌های USB و موارد دیگر هستند. لوازم جانبی که در مادربرد رایانه شما ادغام شده اند نیز از PCI Express استفاده می کنند. فقط این است که سیم کشی دائمی است و به شکل شکاف نیست.
چگونه PCIe 6.0 در PCIe 5.0 بهبود می یابد؟
بهبود سرفصل معمولاً با هر ویرایش PCIe یک جهش بزرگ در نرخ داده است. این مقدار اطلاعاتی است که می توان در هر ثانیه در اتوبوس جابجا کرد.
در آن بخش، PCIe 6.0 ناامید نمی‌شود. این به طور کامل سرعت انتقال داده فوق العاده PCIe 5.0 را از 32 گیگاترانسفر در ثانیه (GT/s) به 64 GT/s در هر خط دو برابر می کند. در حالی که PCIe 5.0 می تواند 63 گیگابایت در ثانیه (GB/s) جابجا کند، 6.0 می تواند تا 128 گیگابایت بر ثانیه حرکت کند. این بیش از یک اتصال x16 است، با اتصالات جزئی بیشتر کاهش می یابد. این بدان معناست که یک اسلات x8 PCIe 6.0 اکنون به اندازه یک اسلات x16 5.0 کارایی دارد..
این کار فضای زیادی برای پردازنده‌های گرافیکی آینده و راه‌حل‌های ذخیره‌سازی فوق سریع ایجاد می‌کند. ناگفته نماند که فضای باورنکردنی برای دستگاه‌های خارجی متصل شده از طریق PCIe یا کارت‌های توسعه که Thunderbolt و USB 4 را ارائه می‌کنند.
ویژگی های جدید در PCI Express 6.0
ایجاد چنین جهش عملکرد فوق‌العاده‌ای در یک نسل آسان نبود. برای دستیابی به این اعداد، مهندسان PCI-SIG مجبور شدند چند راه نوآورانه جدید برای حرکت الکترون‌ها به اطراف ایجاد کنند.
سیگنالینگ PAM4
احتمالاً مهم‌ترین تغییر با PCIe 6.0 در مقایسه با نسل‌های قبلی رابط، نحوه کدگذاری داده‌ها است.
PCI Express 6.0 از PAM4 استفاده می‌کند که مخفف مدولاسیون دامنه پالس با چهار سطح است.اگر چیزی در مورد شکل موج‌های الکتریکی می‌دانید، می‌دانید که «دامنه» موج چقدر فاصله دارد. تاج موج از خط پایه است.
کدگذاری PCIe NRZ قدیمی (بدون بازگشت به صفر) فقط دو سطح دامنه در هر پالس در طول یک چرخه ساعت داشت. PCIe 6 آن را دو برابر می کند و به 4 می رساند و مقدار داده های کدگذاری شده در هر چرخه را افزایش می دهد.
تصحیح خطای پیش رو (FEC)
در حالی که روش رمزگذاری PAM4 افزایش قابل توجهی در سرعت ارائه می دهد، همچنین تقویت بزرگی برای خطاهای بیت فراهم می کند. به عبارت دیگر، یک به جای صفر به مقصد می رسد و بالعکس.
برای مبارزه با این موضوع، PCIe 6.0 دارای یک ویژگی جدید تصحیح خطای رو به جلو است، که بررسی می‌کند تا مطمئن شود داده‌ها به جایی می‌رسند که باید بدون خراب شدن، با کمک یک پیاده‌سازی قوی CRC (Cyclic Redundancy Check) مطمئن شوند.
>
یکی از خطرات افزودن مراحل تصحیح خطا به خط لوله این است که تأخیر بیشتری اضافه می‌کنید. تأخیر اضافی یک نگرانی رو به رشد در مورد اجزای مختلف رایانه با سرعت بالا بوده است. اگرچه آنها می توانند داده های بیشتری و بیشتری را جابجا کنند، اما واکنش آنها به درخواست داده بیشتر طول می کشد، که می تواند مشکلات خود را ایجاد کند.
FEC به گونه‌ای طراحی شده است که در مقایسه با نسخه‌های قبلی PCIe، بیش از دو نانوثانیه تأخیر اضافه نمی‌کند، که کمی تأخیر اضافی است که هیچ انسانی نمی‌تواند تشخیص دهد.
حالت FLIT
حالت FLIT معیار دیگری بود که برای بهبود تصحیح خطا در PCIe 6.0 معرفی شد. با استفاده از یک واحد کنترل جریان اختصاصی آنبورد، داده ها را در واحدهایی با اندازه یکنواخت سازماندهی می کند. این برای بررسی بسته‌ها برای وجود خطا ضروری است، زیرا می‌توانید یک الگوریتم را برای هر بسته داده اعمال کنید و بررسی کنید که آیا بسته زمانی که به انتهای دیگر خط لوله می‌رسد همچنان نتیجه را ارائه می‌دهد یا خیر..
مسئله این است که مشخص می‌شود که حالت FLIT در مکان‌های دیگر نیز بازده قابل توجهی را به همراه دارد. این به کاهش تاخیر کمک می کند، استفاده از پهنای باند را کارآمدتر می کند و به PCIe 6.0 اجازه می دهد تا بسیاری از هزینه های رمزگذاری نسخه های قبلی را از بین ببرد. بنابراین، اگرچه PAM4 تا 2 ثانیه تأخیر اضافه می‌کند، حالت FLIT در زمان تأخیر در مناطق دیگر صرفه‌جویی می‌کند.
حالت L0p
یک ویژگی جالب در PCIe 6.0 حالت L0p است. این حالت تعداد خطوطی را که یک دستگاه جانبی برای ارسال و دریافت داده استفاده می کند کاهش می دهد. بنابراین اگر لپ‌تاپ شما با باتری کار می‌کند و GPU برای انجام کار فعلی خود به ۱۶ خط نیاز ندارد، تنها از تعداد خطوط مورد نیاز خود استفاده می‌کند و با افزایش راندمان انرژی، در مصرف برق صرفه‌جویی می‌کند.
آیا باید منتظر PCIe 6.0 باشید؟
اگر به زودی به خرید یا ساخت یک کامپیوتر جدید فکر می کنید، آیا باید ابتدا منتظر بمانید تا مادربردهای PCIe 6.0 عرضه شوند؟ همیشه وسوسه انگیز است که سعی کنید یک کامپیوتر آینده نگر بسازید. اگر یک GPU یا SSD جدید تولید شود که برای رسیدن به پتانسیل کامل خود به PCIe 6.0 نیاز دارد، چه اتفاقی می‌افتد؟
پاسخ کوتاه به این سوال این است که لازم نیست نگران انتظار برای PCIe 6.0 باشید. در زمان نگارش این مقاله، مادربردهای PCIe 5.0 به تازگی برای مصرف‌کنندگان عرضه شده‌اند، و حتی پیشرفته‌ترین پردازنده‌های گرافیکی فعلی هم به PCIe 5.0 نیاز ندارند.
در معیارها مقایسه کارت‌های پرچم‌دار مانند RTX 3080 یا RTX 3090 که روی PCIe 3.0 و 4.0 اجرا می‌شوند، تفاوت عملکرد چیزی بین هیچ و 3٪ بود. بله درست است. ما اکنون به محدودیت‌های PCIe 3.0 رسیده‌ایم و این تنها با گران‌ترین پردازنده‌های گرافیکی روی کره زمین است. عرق نکنید - حداقل برای چند سال.
به خاطر داشته باشید که PCI-SIG فقط مشخصات نهایی PCIe خود را برای نسخه 6.0 روی کاغذ منتشر کرده است. در حالی که مشخصات نهایی تغییر نمی کند، مدتی طول می کشد تا سخت افزار زیادی را ببینیم که از آن پشتیبانی می کند، حداقل در فضای مصرف کننده.
PCIe 6.0 مزایای مراکز داده امروزی را دارد
این بدان معنا نیست که PCIe 6.0 از قبل برای کسی مفید نیست. در مراکز داده غول پیکر، همه ما به خدمات مبتنی بر ابر متکی هستیم، هر بیت پهنای باند اضافی با ارزش است. در داخل این قفسه‌های رایانه‌ها، سیستم‌هایی با ده‌ها یا صدها هسته CPU و آرایه‌های ذخیره‌سازی پرسرعت SSD پیدا خواهید کرد. بهبود پهنای باند PCIe فوراً به کاهش فشار از روی لوله‌های داده فشار می‌آورد..
داشتن پهنای باند بسیار بیشتر به این معنی است که هوش مصنوعی و برنامه های یادگیری ماشین می توانند داده های بیشتری را در زمان کمتری تجزیه و تحلیل کنند. این نشان می‌دهد که برنامه‌های کاربردی HPC (محاسبات با عملکرد بالا) که کارهای پیچیده‌ای در علم، مهندسی و فیزیک انجام می‌دهند، می‌توانند افق‌های خود را گسترش دهند.
حتی سیستم‌های IoT (اینترنت اشیا) که سیل داده‌ها را برای پردازش در زمان واقعی به مراکز داده ارسال می‌کنند، از پهنای باند اضافی به‌شدت سود خواهند برد.
پس از PCI Express 6.0 چه می آید؟
فناوری PCIe برای مدت طولانی وجود خواهد داشت، مگر اینکه فردی یک فناوری اتصال محیطی را اختراع کند که بسیار بهتر است. شرکت هایی مانند اینتل، AMD و اپل در حال انجام کارهای هیجان انگیز با فناوری های مرتبط بین تراشه های داخل بسته های پردازنده خود هستند. با پردازنده‌هایی مانند Ryzen AMD و Alder Lake اینتل که با هسته‌های CPU پر شده‌اند، نیاز به انتقال حجم عظیمی از داده‌ها دارند. ما مطمئن هستیم که PCI-SIG می تواند چیزهایی را از آنچه در داخل این پردازنده ها اتفاق می افتد بیاموزد.
.