Was ist PCIe 6.0 und wie unterscheidet es sich?
PCIe 4.0 -Motherboards werden erst jetzt an Kunden ausgeliefert, aber das verlangsamt die Entwicklung dieses wichtigen Standards für Peripherieverbindungen nicht. PCIe 6.0 liegt bereits auf dem Tisch, mit konkreten Verbesserungen gegenüber dem aktuellen Spitzenstandard.
Da PCIe in Computern aller Formen und Größen immer mehr an Bedeutung gewinnt, lohnt es sich, darüber zu sprechen, was PCIe ist, wofür es verwendet wird und was das neue PCIe 6.0 in Zukunft bieten wird.
Die Grundlagen von PCIe
PCIe ist die Abkürzung für Peripheral Component Interconnect Express . Einige unserer Leser, die sich schon eine Weile mit Computern beschäftigen, erinnern sich vielleicht an den alten PCI -Standard, aber PCIe verhält(PCIe) sich zum ursprünglichen PCI -Standard wie ein Kampfjet zu einem Papierflugzeug.
PCIe ist sowohl ein Protokoll als auch ein Standard für physische Hardwareverbindungen. Der gebräuchlichste PCIe -Hardwareverbindungsstandard ist der Motherboard-Erweiterungssteckplatz. Sie schließen Erweiterungskarten an diese Steckplätze an, und die Kommunikation erfolgt über die Verbindungsstifte. Es ist jedoch möglich, PCIe - Protokollsignale über andere Verbindungstypen zu senden.
NVME-SSDs, die den M.2 -Anschluss verwenden , können PCIe verwenden , und dies scheint sich vom Computer nicht von einer SSD zu unterscheiden, die über einen Standard- PCIe -Steckplatz angeschlossen ist. Die Thunderbolt 3- und 4-Standards unterstützen auch das Senden von PCIe -Signalen über ein Kabel. So sind eGPUs (externe Grafikkarten) möglich.
PCIe -Geräte senden Daten seriell, jedoch über mehrere parallele Lanes. Ein x16 - PCIe -Steckplatz auf der Hauptplatine eines Computers kann sechzehn Datenkanäle gleichzeitig aufnehmen. PCIe bietet auch x8-, x4- und x1-Steckplätze. Im Allgemeinen verwenden Grafikkarten den x16-Steckplatz, da sie so viel Bandbreite wie möglich benötigen. Während langsamere Steckplätze normalerweise physisch kürzer sind, ist es üblich, dass die x16-Länge neben der primären x8 ist.
PCIe -Karten bieten Abwärtskompatibilität und Kreuzkompatibilität, sodass Sie eine x4-Karte in jeden PCIe - Steckplatz stecken können, der sie physisch aufnehmen kann. Es ist nur so, dass Sie alle PCIe(PCIe) -Lanes verschwenden , die die x4-Karte nicht verwendet. Gleiches gilt für die Verwendung einer PCIe 5.0 -Karte beispielsweise in einem 4.0-Steckplatz. Es wird funktionieren, aber auf den kleinsten gemeinsamen Nenner beschränkt sein.
Wer entscheidet über den PCIe-Standard?
Der PCI-Express -Standard wurde von der (PCI Express)PCI Special Interest Group ( PCI-SIG ), einem Konsortium mit Mitgliedern aus der Elektronik- und Computerindustrie mit einem begründeten Interesse an der Technologie, entworfen und genehmigt .
PCI-SIG wurde 1992 als eine Gruppe gegründet, deren Aufgabe es ist, Computerherstellern bei der korrekten Implementierung des Intel PCI -Standards zu helfen. Heute ist es eine gemeinnützige Organisation mit über 800 Mitgliedern.
Das PCI-SIG- Board hat AMD , ARM , Dell , IBM , Intel , Nvidia , Qualcomm und mehr Mitglieder. Sie erkennen diese Namen vielleicht als große Hersteller von Computergeräten, und ein gemeinsamer Standard macht ihre Arbeit viel einfacher, ganz zu schweigen vom Leben ihrer Kunden!
Wofür wird PCIe verwendet?
Wir haben oben bereits Erweiterungskarten und SSDs erwähnt , sodass Sie wahrscheinlich eine allgemeine Vorstellung von der Verwendung von PCIe haben.
Der PCIe -Standard verbindet nahezu jedes externe Peripheriegerät, das Sie sich vorstellen können. Es bietet eine viel größere Bandbreite als USB , insbesondere wenn mehrere Spuren betrachtet werden. PCIe bietet auch einen direkten Pfad zur CPU und ist damit perfekt für Anwendungen mit hoher Geschwindigkeit und geringer Latenz.
Moderne GPUs(Modern GPUs) verwenden sechzehn PCIe- Bandbreiten, um ihre Leistung zu maximieren, aber nicht jedes Peripheriegerät benötigt so viel Bandbreite. Die neuesten PCIe-4.0 - SSDs nutzen „nur“ vier Lanes, aber das reicht aus, um den (SSDs)SATA - Standard klar aus dem Wasser zu sprengen . Während SATA mit 600 MB/s die Spitze erreicht, können High-End- PCIe-4.0 - Laufwerke mehr als 7000 MB/s .
PCIe -Erweiterungskarten nehmen auch Soundkarten(sound cards) , Videoaufnahmekarten, 10-Gb- Ethernet -Adapter, WiFi-6 - Karten, Thunderbolt- oder USB - Controller und mehr auf. Peripheriegeräte, die in die Hauptplatine Ihres Computers integriert sind, verwenden ebenfalls PCI Express . Es ist nur so, dass die Verkabelung dauerhaft ist und nicht in Form eines Schlitzes.
Wie verbessert(Improve) sich PCIe 6.0 gegenüber (Does PCIe 6.0) PCIe 5.0 ?
Die Schlagzeilenverbesserung ist normalerweise ein großer Sprung in der Datenrate mit jeder PCIe - Revision. Das ist die Menge an Informationen, die pro Sekunde durch den Bus transportiert werden können.
In dieser Abteilung enttäuscht PCIe 6.0 nicht. Es verdoppelt die ohnehin schon enorme Datenübertragungsrate von PCIe 5.0 von 32 Gigatransfers pro Sekunde ( GT/s ) auf 64 GT/s pro Lane. Während PCIe 5.0(Whereas PCIe 5.0) 63 Gigabyte(Gigabytes) pro Sekunde ( GB/s ) verschieben konnte, kann 6.0 bis zu 128 GB/s verschieben . Das ist über eine x16-Verbindung, wobei kleinere Verbindungen herunterskaliert werden. Das bedeutet, dass ein x8 PCIe 6.0 -Steckplatz jetzt genauso viel Leistung hat wie ein x16 5.0-Steckplatz.
Dies schafft viel Spielraum für zukünftige GPUs und ultraschnelle Speicherlösungen. Ganz zu schweigen von dem unglaublichen Spielraum für externe Geräte, die über PCIe oder Erweiterungskarten angeschlossen sind, die Thunderbolt und USB 4 bieten .
Neue Funktionen in PCI Express 6.0
Einen so monumentalen Leistungssprung in einer einzigen Generation zu machen, war nicht einfach. Um diese Zahlen zu erreichen, mussten die PCI-SIG- Ingenieure einige innovative neue Wege entwickeln, um Elektronen zu bewegen.
PAM4-Signalisierung(PAM4 Signaling)
Die(Quite) wahrscheinlich bedeutendste Änderung bei PCIe 6.0 im Vergleich zu früheren Schnittstellengenerationen ist die Art und Weise, wie Daten codiert werden.
PCI Express 6.0 verwendet PAM4 , was die Abkürzung für Pulse Amplitude Modulation mit vier Stufen ist. ( Pulse Amplitude Modulation with four levels.)Wenn Sie etwas über elektrische Wellenformen wissen, wissen Sie, dass die „Amplitude“ der Welle angibt, wie weit der Wellenberg von der Grundlinie entfernt ist.
Ältere NRZ ( Non-return-to-zero ) PCIe - Codierung hatte nur zwei Amplitudenpegel pro Impuls während eines Taktzyklus. PCIe 6 verdoppelt diese Zahl auf vier und erhöht die Menge an codierten Daten mit jedem Zyklus.
Vorwärtsfehlerkorrektur (FEC)(Forward Error Correction (FEC))
Während die PAM4- Codierungsmethode die Geschwindigkeit erheblich steigert, bietet sie auch einen großen Schub für Bitfehler. Mit anderen Worten, man kommt statt einer Null am Ziel an und umgekehrt.
Um dem entgegenzuwirken, verfügt PCIe 6.0 über eine neue Forward Error Correction -Funktion, die mit Hilfe einer robusten (Forward Error Correction)CRC -Implementierung ( Cyclic Redundancy Check ) prüft, ob die Daten dorthin gelangen, wo sie hin sollen, ohne beschädigt zu werden .
Eine Gefahr beim Hinzufügen weiterer Fehlerkorrekturschritte in die Pipeline besteht darin, dass Sie mehr Latenz hinzufügen. Zusätzliche(Additional) Latenz ist bei verschiedenen Hochgeschwindigkeits-Computerkomponenten ein wachsendes Problem. Obwohl sie immer mehr Daten verschieben können, brauchen sie länger, um auf eine Datenanfrage zu reagieren, was wiederum zu eigenen Problemen führen kann.
FEC wurde entwickelt, um im Vergleich zu früheren (FEC)PCIe -Versionen eine Latenz von nicht mehr als zwei Nanosekunden hinzuzufügen , was ein winziges bisschen zusätzliche Latenz ist, die kein Mensch erkennen kann.
FLIT-Modus(FLIT Mode)
Der FLIT-(FLIT) Modus war eine weitere Maßnahme, die eingeführt wurde, um die Fehlerkorrektur in PCIe 6.0 zu verbessern . Es organisiert Daten in Einheiten einheitlicher Größe unter Verwendung einer dedizierten Onboard-Flusssteuereinheit. Dies ist notwendig, um Pakete auf Fehler zu überprüfen, da Sie einen Algorithmus auf jedes Datenpaket anwenden und prüfen können, ob das Paket immer noch das Ergebnis liefert, wenn es das andere Ende der Pipeline erreicht.
Die Sache ist die, es stellt sich heraus, dass der FLIT- Modus auch an anderen Stellen deutliche Effizienzgewinne bringt. Es trägt zu einer geringeren Latenz bei, macht die Bandbreitennutzung effizienter und lässt PCIe 6.0 einen Großteil des Codierungs-Overheads früherer Versionen eliminieren. Obwohl PAM4 eine Latenz von 2 ns hinzufügt, spart der FLIT- Modus Latenz in anderen Bereichen.
L0p-Modus(L0p Mode)
Ein interessantes Feature in PCIe 6.0 ist der L0p- Modus. Dieser Modus reduziert die Anzahl der Bahnen, die ein Peripheriegerät zum Senden und Empfangen von Daten verwendet. Wenn Ihr Laptop also mit Akkustrom betrieben wird und die GPU keine 16 Lanes benötigt, um ihre aktuelle Aufgabe zu erledigen, wird sie auf die Anzahl der benötigten Lanes heruntergefahren, wodurch Strom gespart wird, indem die Energieeffizienz erhöht wird.
Sollten Sie auf PCIe 6.0 warten?
Wenn Sie darüber nachdenken, bald einen neuen Computer zu kaufen oder zu bauen, sollten Sie warten, bis PCIe 6.0 - Motherboards zuerst herauskommen? Es ist immer verlockend, einen zukunftssicheren Computer zu bauen. Was ist, wenn eine neue GPU oder SSD auf den Markt kommt, die PCIe 6.0 benötigt , um ihr volles Potenzial auszuschöpfen?
Die kurze Antwort auf diese Frage lautet, dass Sie sich keine Sorgen machen müssen, auf PCIe 6.0 zu warten . Zum Zeitpunkt des Verfassens dieses Artikels haben PCIe 5.0 -Motherboards gerade erst mit der Einführung für Verbraucher begonnen, und selbst die aktuellsten High-End- GPUs benötigen PCIe 5.0 bei weitem nicht .
In Benchmarks , in denen Flaggschiff-Karten wie die RTX 3080 oder RTX 3090 mit PCIe 3.0 und 4.0 verglichen wurden, lag der Leistungsunterschied irgendwo zwischen null und 3 %. Ja, das ist richtig. Wir stoßen erst jetzt an die Grenzen von PCIe 3.0 , und das nur mit den teuersten GPUs der Welt. Schwitzen Sie nicht – zumindest nicht für ein paar Jahre.
Denken Sie daran(Remember) , dass PCI-SIG ihre endgültige PCIe - Spezifikation für Version 6.0 nur auf Papier veröffentlicht hat. Obwohl sich die endgültige Spezifikation nicht ändern wird, wird es einige Zeit dauern, bis wir zumindest im Verbraucherbereich viel Hardware sehen, die dies unterstützt.
PCIe 6.0 kommt Rechenzentren(Benefits Data) heute zugute
Das heißt nicht, dass PCIe 6.0 nicht bereits für jemanden von Vorteil ist. In den riesigen Rechenzentren verlassen wir uns alle auf Cloud-basierte Dienste, jedes zusätzliche Bit an Bandbreite ist kostbar. In diesen Computerracks finden Sie Systeme mit Dutzenden oder Hunderten von CPU -Kernen und Arrays von Hochgeschwindigkeits- SSD - Speicher. Die Verbesserungen der PCIe -Bandbreite werden sofort dazu beitragen, den Druck von diesen angespannten Datenleitungen zu nehmen.
So viel mehr Bandbreite bedeutet, dass KI- und maschinelle Lernanwendungen mehr Daten in kürzerer Zeit analysieren können. Es impliziert, dass HPC -Anwendungen ( High-Performance Computing ), die komplexe Aufgaben in Wissenschaft, Technik und Physik erledigen, ihren Horizont erweitern können.
Auch IoT -Systeme ( Internet of Things ), die eine Flut von Daten zur Verarbeitung in Echtzeit an Rechenzentren senden, profitieren massiv von der zusätzlichen Bandbreite.
Was kommt nach PCI Express 6.0?
Die PCIe(PCIe) -Technologie wird es noch lange geben, es sei denn, jemand erfindet eine periphere Verbindungstechnologie, die radikal besser ist. Unternehmen wie Intel , AMD und Apple machen aufregende Dinge mit den verwandten Technologien zwischen den Chips in ihren Prozessorpaketen. Da CPUs wie Ryzen von (Ryzen)AMD und Alder Lake von (Alder Lake)Intel bis in die Kiemen mit CPU - Kernen vollgestopft sind, müssen sie eine enorme Datenmenge bewegen. Wir sind sicher, dass die PCI-SIG einiges aus den Vorgängen in diesen Prozessoren lernen kann.
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