Základné dosky PCIe 4.0^{(PCIe 4.0)} sa len teraz začínajú dodávať zákazníkom, ale to nespomaľuje vývoj tohto kľúčového štandardu periférnych pripojení. PCIe 6.0 je už na stole s konkrétnymi vylepšeniami oproti súčasnému špičkovému štandardu.

Keďže sa PCIe stáva základom v počítačoch všetkých tvarov a veľkostí, stojí za to hovoriť o tom , čo je PCIe , na čo sa používa a čo nové PCIe 6.0 ponúkne v budúcnosti.

Základy PCIe

PCIe je skratka pre Peripheral Component Interconnect Express . Niektorí naši čitatelia, ktorí sa nejaký čas pohybujú okolo počítačov, si možno pamätajú starý štandard PCI , ale PCIe zodpovedá pôvodnému štandardu PCI ako stíhačka papierovému lietadlu.

PCIe je protokol aj štandard fyzického hardvérového pripojenia. Najbežnejším štandardom hardvérového pripojenia PCIe je rozširujúci slot základnej dosky. Do týchto slotov pripojíte rozširujúce karty a komunikácia prebieha cez spojovacie kolíky. Je však možné odosielať signály protokolu PCIe cez iné typy pripojení.

Disky NVME SSD využívajúce konektor M.2 môžu používať PCIe a zdá sa, že sa to nelíši pre počítač od SSD pripojeného cez štandardný slot PCIe . Štandardy Thunderbolt 3 a 4 podporujú aj odosielanie signálov PCIe cez kábel. Takto sú možné eGPU^(eGPUs) (externé grafické karty).

Zariadenia PCIe^(PCIe) odosielajú údaje sériovým spôsobom, ale cez viacero paralelných pruhov. Do x16 PCIe slotu na základnej doske počítača sa zmestí šestnásť dátových kanálov naraz. PCIe tiež ponúka x8, x4 a x1 sloty. Vo všeobecnosti grafické karty používajú slot x16, pretože potrebujú čo najväčšiu šírku pásma. Zatiaľ čo pomalšie sloty sú zvyčajne fyzicky kratšie, je bežné, že dĺžka x16 okrem primárneho je x8.

Karty PCIe^(PCIe) ponúkajú spätnú kompatibilitu a krížovú kompatibilitu, takže kartu x4 môžete vložiť do akéhokoľvek slotu PCIe , ktorý ju fyzicky pojme. Ide len o to, že stratíte všetky PCIe pruhy, ktoré x4 karta nepoužíva. To isté platí pre použitie karty PCIe 5.0 napríklad v slote 4.0. Bude to fungovať, ale bude obmedzené na najnižšieho spoločného menovateľa.

Kto rozhoduje o štandarde PCIe?

Štandard PCI Express je navrhnutý a schválený PCI Special Interest Group ( PCI-SIG ), konzorciom s členmi z elektronického a počítačového priemyslu, ktorí majú o túto technológiu vlastný záujem.

PCI-SIG bola založená v roku 1992 ako skupina, ktorej úlohou je pomáhať výrobcom počítačov správne implementovať štandard Intel PCI . Dnes je to nezisková organizácia s viac ako 800 členmi.

Doska PCI-SIG má členov AMD , ARM , Dell , IBM , Intel , Nvidia , Qualcomm a ďalších. Tieto mená možno poznáte ako hlavných výrobcov počítačových zariadení a zdieľaný štandard im značne uľahčuje prácu, nehovoriac o životoch ich zákazníkov!

Na čo sa PCIe používa?

Rozširujúce karty a SSD^(SSDs) sme už spomenuli vyššie, takže pravdepodobne máte všeobecnú predstavu o využití PCIe.

Štandard PCIe spája takmer akékoľvek externé periférne zariadenie, ktoré si dokážete predstaviť. Ponúka oveľa väčšiu šírku pásma ako USB , najmä pri pohľade na viacero jazdných pruhov. PCIe tiež poskytuje priamu cestu k CPU , vďaka čomu je ideálny pre vysokorýchlostné aplikácie s nízkou latenciou.

Moderné GPU^{(Modern GPUs)} využívajú šestnásť pruhov  šírky pásma PCIe , aby maximalizovali svoj výkon, ale nie každé periférne zariadenie potrebuje takú šírku pásma. Najnovšie PCIe 4.0 SSD disky^(SSDs) využívajú „iba“ štyri pruhy, ale to stačí na to, aby sa štandard SATA dostal z vody. Zatiaľ čo SATA dosahuje maximálnu rýchlosť 600 MB/s , špičkové disky PCIe 4.0 sa dokážu pohybovať rýchlosťou viac ako 7 000 MB/s .

^(PCIe)Rozširujúce karty PCIe tiež obsahujú zvukové karty^{(sound cards)} , karty na zachytávanie videa, 10Gb ethernetový^(Ethernet) adaptér, karty WiFi 6 ,  ovládače Thunderbolt alebo USB a ďalšie. Periférne zariadenia, ktoré sú integrované do základnej dosky vášho počítača, tiež používajú PCI Express . Ide len o to, že rozvody sú trvalé a nie vo forme štrbiny.

Ako sa zlepšuje PCIe 6.0 ^{(Does PCIe 6.0)} oproti ^(Improve)PCIe 5.0 ?

Hlavné zlepšenie je zvyčajne veľkým skokom v rýchlosti prenosu údajov s každou revíziou PCIe . To je množstvo informácií, ktoré je možné preniesť cez autobus každú sekundu.

V tomto oddelení PCIe 6.0 nesklame. Plne zdvojnásobuje už tak ohromnú rýchlosť prenosu dát PCIe 5.0 z 32 gigatransferov za sekundu ( GT/s ) na 64 GT/s na jazdný pruh. Zatiaľ čo PCIe 5.0^{(Whereas PCIe 5.0)} dokáže posunúť rýchlosťou 63 gigabajtov^(Gigabytes) za sekundu ( GB/s ), 6.0 dokáže posunúť až 128 GB/s . To je cez pripojenie x16, pričom ďalšie menšie pripojenia sa zmenšujú. To znamená, že slot x8 PCIe 6.0 má teraz rovnaký výkon ako slot x16 5.0.

To vytvára dostatok priestoru pre budúce GPU^(GPUs) a ultrarýchle úložné riešenia. Nehovoriac o neuveriteľnom priestore pre externé zariadenia pripojené cez PCIe alebo rozširujúce karty, ktoré ponúkajú Thunderbolt a USB 4 .

Nové funkcie v PCI Express 6.0

Urobiť taký monumentálny výkonnostný skok za jednu generáciu nebolo jednoduché. Na dosiahnutie týchto čísel museli inžinieri PCI-SIG vyvinúť niekoľko inovatívnych nových spôsobov, ako pohybovať elektrónmi.

Signalizácia PAM4^{(PAM4 Signaling)}

Dosť^(Quite) možno najvýznamnejšou zmenou s PCIe 6.0 v porovnaní s predchádzajúcimi generáciami rozhrania je spôsob kódovania údajov. 

PCI Express 6.0 používa PAM4 , čo je skratka pre  Pulse Amplitude Modulation so štyrmi úrovňami. ^{( Pulse Amplitude Modulation with four levels.)}Ak viete niečo o elektrických vlnách, budete vedieť, že „amplitúda“ vlny je vzdialenosť od vrcholu vlny od základnej čiary.

Staršie kódovanie NRZ ( Non-return-to-zero ) PCIe malo iba dve úrovne amplitúdy na impulz počas cyklu hodín. PCIe 6 to zdvojnásobuje na štyri, čím sa zvyšuje množstvo kódovaných údajov s každým cyklom. 

Dopredná korekcia chýb (FEC)^{(Forward Error Correction (FEC))}

Zatiaľ čo metóda kódovania PAM4 poskytuje výrazné zvýšenie rýchlosti, poskytuje tiež veľké zvýšenie bitových chýb. Inými slovami, jeden dorazí do cieľa namiesto nuly a naopak.

Na boj proti tomu má PCIe 6.0 novú funkciu Forward Error Correction , ktorá pomocou robustnej implementácie ^{(Forward Error Correction)}CRC ( Cyclic Redundancy Check ) kontroluje, či sa údaje dostávajú tam, kam majú, bez poškodenia .

Jedným nebezpečenstvom pridávania ďalších krokov na opravu chýb do kanála je, že pridáte väčšiu latenciu. Dodatočná^(Additional) latencia vyvoláva rastúci záujem o rôzne vysokorýchlostné počítačové komponenty. Hoci môžu presúvať čoraz viac údajov, trvá dlhšie, kým reagujú na požiadavku na údaje, čo môže spôsobiť problémy samé o sebe.

FEC bol navrhnutý tak, aby sa zameral na pridanie nie viac ako dvoch nanosekúnd latencie v porovnaní s predchádzajúcimi verziami PCIe , čo je malý kúsok latencie navyše, ktorý človek nedokáže rozpoznať.

Režim FLIT^{(FLIT Mode)}

Režim FLIT^(FLIT) bol ďalším opatrením zavedeným na zlepšenie korekcie chýb v PCIe 6.0 . Organizuje údaje do jednotiek jednotnej veľkosti pomocou vyhradenej palubnej riadiacej jednotky toku. Je to potrebné na kontrolu chýb v paketoch, pretože na každý dátový paket môžete použiť algoritmus a skontrolovať, či paket stále dáva výsledok, keď dosiahne druhý koniec potrubia.

Vec sa má tak, že režim FLIT prináša výrazné zvýšenie efektivity aj na iných miestach. Pomáha znižovať latenciu, zefektívňuje využitie šírky pásma a umožňuje PCIe 6.0 zbaviť sa veľkej réžie kódovania z predchádzajúcich verzií. Takže hoci PAM4 pridáva až 2 ns latencie, režim FLIT šetrí latenciu v iných oblastiach.

Režim L0p^{(L0p Mode)}

Jednou zaujímavou funkciou v PCIe 6.0 je režim L0p . Tento režim znižuje počet pruhov, ktoré periféria používa na odosielanie a prijímanie údajov. Ak je teda váš notebook napájaný z batérie a GPU nepotrebuje 16 pruhov na vykonávanie svojej aktuálnej úlohy, zníži sa na používanie len takého počtu pruhov, ktoré potrebuje, čím šetrí elektrickú energiu zvýšením energetickej účinnosti.

Mali by ste počkať na PCIe 6.0?

Ak uvažujete o skorej kúpe alebo zostavení nového počítača, mali by ste počkať, kým sa najskôr objavia základné dosky PCIe 6.0 ? Vždy je lákavé pokúsiť sa postaviť počítač odolný voči budúcnosti. Čo ak vyjde nový GPU alebo SSD , ktorý potrebuje ^(SSD)PCIe 6.0 , aby dosiahol svoj plný potenciál?

Krátka odpoveď na túto otázku je, že sa nemusíte báť čakať na PCIe 6.0 . V čase písania tohto článku sa základné dosky PCIe 5.0 len začali rozširovať medzi spotrebiteľov a dokonca ani tie najmodernejšie súčasné GPU^(GPUs) ani zďaleka nepotrebujú PCIe 5.0 .

V benchmarkoch^(benchmarks) porovnávajúcich vlajkové karty ako RTX 3080 alebo RTX 3090 bežiace na PCIe 3.0 a 4.0 bol rozdiel vo výkone niekde medzi ničím a 3 %. Áno, to je správne. Až teraz dosahujeme limity PCIe 3.0 , a to iba s najdrahšími GPU^(GPUs) na planéte. Nepotečte sa — aspoň nie na pár rokov. 

Pamätajte^(Remember) , že PCI-SIG zverejnil svoju konečnú špecifikáciu PCIe pre verziu 6.0 iba na papieri. Aj keď sa konečná špecifikácia nezmení, potrvá nejaký čas, kým uvidíme veľa hardvéru, ktorý ju podporuje, aspoň v spotrebiteľskom priestore.

PCIe 6.0 dnes prináša ^{(PCIe 6.0)} výhody dátovým^{(Benefits Data)} centrám

To neznamená, že PCIe 6.0 už nie je pre niekoho prospešné. V obrovských dátových centrách sa všetci spoliehame na cloudové služby, každý kúsok šírky pásma navyše je vzácny. Vo vnútri týchto stojanov s počítačmi nájdete systémy s desiatkami alebo stovkami jadier CPU a poliami vysokorýchlostného úložiska SSD . Vylepšenia šírky pásma PCIe okamžite pomôžu znížiť tlak na namáhavé dátové kanály.

Oveľa väčšia šírka pásma znamená, že aplikácie AI a strojového učenia môžu analyzovať viac údajov za kratší čas. Znamená to, že aplikácie HPC ( High-Performance Computing ), ktoré vykonávajú komplexnú prácu vo vede, technike a fyzike, môžu rozšíriť svoje obzory.

Dokonca aj systémy internetu vecí^(IoT) ( Internet of Things ), ktoré posielajú záplavu údajov do dátových centier na spracovanie v reálnom čase, budú mať obrovský úžitok z dodatočnej šírky pásma.

Čo príde po PCI Express 6.0?

Technológia PCIe^(PCIe) bude existovať ešte dlho, pokiaľ niekto nevymyslí technológiu prepojenia periférnych zariadení, ktorá je radikálne lepšia. Spoločnosti ako Intel , AMD a Apple robia vzrušujúce veci so súvisiacimi technológiami medzi čipmi vo vnútri ich procesorových balíkov. S procesormi^(CPUs) ako Ryzen od AMD a Alder Lake od ^(Ryzen)Intelu^(Intel) , ktoré sú až po žiabre naplnené jadrami CPU , potrebujú presunúť obrovské množstvo údajov. Sme si istí, že PCI-SIG sa môže naučiť niekoľko vecí z toho, čo sa deje vo vnútri týchto procesorov.

What Is PCIe 6.0 and How Is It Different?

PCIe 4.0 motherboards are only now starting to ship to customers, but that’s not slowing down the dеvelopment of this crucіal peripheral connectіons 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

• Čo je Wi-Fi 7 a ako sa líši?

• Závislosť na internete a sociálnych sieťach

• Nedá sa pripojiť k službe Xbox Live; Opravte problém so sieťou Xbox Live v systéme Windows 10

• Bezplatné bezdrôtové sieťové nástroje pre Windows 10

• Cisco Packet Tracer Networking Simulation Tool a jeho bezplatné alternatívy

• Ako sa pripojiť k vzdialenému registru v systéme Windows 7 a 10

• 5 spôsobov, ako zabezpečiť WiFi

• Ako ovládať počítač so systémom Windows pomocou vzdialenej pracovnej plochy pre Mac

• Ako odhadnúť požiadavky na šírku pásma pre obchodnú stránku alebo sieť

• Najlepšie šifrovanie WiFi pre rýchlosť a prečo

• Čo robiť so starým routerom: 8 skvelých nápadov

• Ako pridať lokálne vyhľadávanie DNS do súboru hostiteľov

• Čo je firewall a aký je jeho účel?

• Ako opraviť stratu paketov a vedieť, kedy ide o problém

• Recenzia knihy – Referenčná príručka domácej siete All-in-One pre hlúpych ľudí

• Čo je doba prenájmu DHCP a ako ju zmeniť

• Ako pridať na bielu listinu konkrétne zariadenia vo vašej domácej sieti a zastaviť tak hackerov

• Čo je Localhost a ako ho môžete použiť?

• Ako nájsť najlepší kanál Wi-Fi v systémoch Windows, Mac a Linux

• HDG vysvetľuje: Čo je to parkovaná doména a aké sú jej výhody?