什么是 PCIe 6.0,它有何不同?

PCIe 4.0主板现在才开始向客户发货,但这并没有减缓这一关键外围连接标准的发展。PCIe 6.0已经摆在桌面上,与当前的尖端标准相比有了具体的改进。

由于PCIe正在成为各种形状和尺寸的计算机的基础,因此值得讨论一下PCIe是什么、它的用途以及新的PCIe 6.0将在未来提供什么。

PCIe 基础知识

PCIe 是Peripheral Component Interconnect Express的缩写。一些接触过计算机一段时间的读者可能还记得旧的PCI标准,但PCIe是原始PCI标准,就像战斗机是纸飞机一样。

PCIe既是一种协议,又是一种物理硬件连接标准。最常见的PCIe硬件连接标准是主板扩展槽。您将扩展卡连接到这些插槽,然后通过连接引脚进行通信。但是,可以通过其他类型的连接发送PCIe协议信号。

使用M.2(M.2)连接器的 NVME SSD可以使用PCIe,这与通过标准PCIe插槽连接的SSD的计算机似乎没有什么不同。(SSD)Thunderbolt 3和 4 标准还支持通过电缆发送PCIe信号(PCIe)这就是eGPU(eGPUs)(外部显卡)的可能方式。

PCIe设备以串行方式发送数据,但跨越多个并行通道。计算机主板上的 x16 PCIe插槽可同时容纳 16 个数据通道。PCIe还提供 x8、x4 和 x1 插槽。通常,显卡使用 x16 插槽是因为它们需要尽可能多的带宽。虽然较慢的插槽通常在物理上更短,但除了主要插槽之外,x16 长度通常是 x8。

PCIe卡提供向后兼容性和交叉兼容性,因此您可以将 x4 卡插入任何物理上可以容纳它的PCIe插槽。(PCIe)只是你会浪费x4 卡不使用的任何PCIe通道。(PCIe)在例如 4.0 插槽中使用PCIe 5.0卡也是如此。(PCIe 5.0)它会起作用,但仅限于最低公分母。

谁决定 PCIe 标准?

PCI Express标准由PCI Special Interest Group ( PCI-SIG ) 设计和批准,该组织由电子和计算机行业的成员组成,对该技术有既得利益。

PCI-SIG成立于 1992 年,是一个致力于帮助计算机制造商正确实施Intel PCI标准的组织。今天,它是一个拥有 800 多名成员的非营利组织。

PCI-SIG板有AMDARMDellIBMIntelNvidiaQualcomm等成员。您可能会将这些名称视为主要的计算设备制造商,并且拥有共享标准会使他们的工作更加轻松,更不用说他们客户的生活了!

PCIe 有什么用途?

我们已经在上面提到了扩展卡和SSD(SSDs),因此您可能对 PCIe 的用途有了大致的了解。

PCIe标准几乎可以连接您能想象到的任何外部外围设备。它提供比USB更宽的带宽,尤其是在查看多个通道时。PCIe还提供了到CPU的直接路径,使其非常适合高速、低延迟的应用程序。

现代 GPU(Modern GPUs)使用 16 条  PCIe带宽通道来最大限度地提高其性能,但并非每个外围设备都需要那么多带宽。最新的PCIe 4.0 固态硬盘(SSDs)“仅”使用四个通道,但这足以让SATA标准彻底崩溃。虽然SATA最高可达 600 MB/s,但高端PCIe 4.0驱动器的移动速度可以超过 7000 MB/s

PCIe扩展卡还可以容纳声卡(sound cards)、视频采集卡、10Gb以太网(Ethernet)适配器、WiFi 6卡、  ThunderboltUSB控制器等。集成到计算机主板的外围设备也使用PCI Express。只是接线是永久性的,而不是插槽的形式。

PCIe 6.0(Does PCIe 6.0)PCIe 5.0有何改进(Improve)

标题的改进通常是每次PCIe修订后数据速率的一大飞跃。这就是每秒可以通过总线传输的信息量。

在那个部门,PCIe 6.0并没有让人失望。它将PCIe 5.0(PCIe 5.0)的巨大数据传输速率从每秒 32 Gigatransfers ( GT/s ) 提高到每通道64 GT/sPCIe 5.0(Whereas PCIe 5.0)可以移动 63 GB(Gigabytes) /秒 ( GB/s ),而 6.0 可以移动到 128 GB/s。这是通过 x16 连接,更多的次要连接缩小。这意味着 x8 PCIe 6.0插槽现在具有与 x16 5.0 插槽一样高的性能。

这为未来的GPU(GPUs)和超快速存储解决方案创造了充足的空间。更不用说通过PCIe或提供ThunderboltUSB 4的扩展卡连接的外部设备的惊人范围。

PCI Express 6.0 的新功能

在一代人的时间里实现如此巨大的性能飞跃并非易事。为了达到这些数字,PCI-SIG工程师必须开发一些创新的新方法来移动电子。

PAM4 信令(PAM4 Signaling)

(Quite)可能,与前几代接口相比 , PCIe 6.0最显着的变化是数据的编码方式。

PCI Express 6.0使用PAM4,它是 Pulse Amplitude Modulation 的缩写,具有四个级别。( Pulse Amplitude Modulation with four levels.)如果您对电波形有所了解,您就会知道波的“幅度”是波峰与基线的距离。

较旧的NRZ不归零(Non-return-to-zero)PCIe编码在一个时钟周期内每个脉冲只有两个幅度电平。PCIe 6 将其翻倍至四,增加了每个周期编码的数据量。 

前向纠错 (FEC)(Forward Error Correction (FEC))

虽然PAM4编码方法显着提高了速度,但它也大大提高了误码率。换句话说,一个到达它的目的地而不是一个零,反之亦然。

为了解决这个问题,PCIe 6.0具有一个新的前向纠错功能,该功能借助强大的(Forward Error Correction)CRC循环冗余校验(Cyclic Redundancy Check))实现来检查以确保数据到达应去的地方而不会损坏。

在管道中添加更多纠错步骤的一个危险是您会增加更多延迟。对于各种高速计算机组件,额外的延迟越来越受到关注。(Additional)尽管他们可以转移越来越多的数据,但他们需要更长的时间来响应数据请求,这可能会导致其自身的问题。

(FEC)与以前版本的PCIe相比, (PCIe)FEC旨在增加不超过 2 纳秒的延迟,这是人类无法检测到的一点点额外延迟。

FLIT 模式(FLIT Mode)

FLIT模式是为改进(FLIT)PCIe 6.0中的纠错而引入的另一项措施。它使用专用的板载流量控制单元将数据组织成统一大小的单元。这是检查数据包错误所必需的,因为您可以将算法应用于每个数据包并检查数据包在到达管道的另一端时是否仍然给出结果。

事实证明,FLIT模式在其他地方也带来了显着的效率提升。它有助于降低延迟,提高带宽使用效率,并让PCIe 6.0消除以前版本的大部分编码开销。因此,尽管PAM4增加了高达 2ns 的延迟,但FLIT模式在其他方面节省了延迟。

L0p 模式(L0p Mode)

PCIe 6.0中一个有趣的特性是L0p模式。此模式减少了外设用于发送和接收数据的通道数。因此,如果您的笔记本电脑使用电池供电,而GPU不需要 16 通道来完成当前的工作,它将下降到只使用所需的通道数量,通过提高电源效率来节省电力。

您应该等待 PCIe 6.0 吗?

如果您正在考虑尽快购买或建造一台新计算机,您是否应该等待PCIe 6.0主板首先问世?尝试构建面向未来的计算机总是很诱人。如果出现需要PCIe 6.0才能充分发挥其潜力的新GPUSSD怎么办?(SSD)

这个问题的简短回答是您不必担心等待PCIe 6.0。在撰写本文时,PCIe 5.0主板才刚刚开始向消费者推出,即使是当前最高端的GPU(GPUs)也远不需要PCIe 5.0

比较在(benchmarks)PCIe 3.0和 4.0 上运行的(PCIe 3.0)RTX 3080或 RTX 3090等旗舰卡的基准测试中,性能差异介于零和 3% 之间。是的,这是正确的。我们现在才达到PCIe 3.0的极限,而这仅适用于地球上最昂贵的GPU 。(GPUs)不要出汗——至少几年内不会。 

请记住(Remember)PCI-SIG仅在纸上发布了 6.0 版的最终PCIe规范。(PCIe)虽然最终规范不会改变,但我们还需要一段时间才能看到很多支持它的硬件,至少在消费领域是这样。

PCIe 6.0 使当今的数据中心受益(Benefits Data)

这并不是说PCIe 6.0已经对某人没有好处。在巨大的数据中心,我们都依赖于基于云的服务,每一点额外的带宽都是宝贵的。在这些计算机机架中,您会发现具有数十个或数百个CPU内核和高速SSD存储阵列的系统。PCIe带宽的改进将立即帮助减轻那些紧张的数据管道的压力。

拥有如此多的带宽意味着人工智能和机器学习应用程序可以在更短的时间内分析更多数据。这意味着在科学、工程和物理领域进行复杂工作的HPC高性能计算)应用程序可以拓宽他们的视野。(High-Performance Computing)

即使是向数据中心发送大量数据以进行实时处理的IoT(物联网(Things)(IoT)系统也将从额外的带宽中受益匪浅。(Internet)

PCI Express 6.0 之后会发生什么?

PCIe技术将存在很长时间,除非有人发明了一种更好的外围互连技术。英特尔(Intel)AMDApple等公司正在利用其处理器封装内的芯片之间的相关技术做一些令人兴奋的事情。像AMD(CPUs)RyzenIntel(AMD)Alder Lake这样的(Alder Lake)CPU(Intel)都塞满了CPU内核(CPU),它们需要移动大量数据。我们确信PCI-SIG可以从这些处理器内部发生的事情中学到一些东西。



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