PCIe 4.0-Motherboards werden erst jetzt an Kunden ausgeliefert, aber das bremst 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 wichtiger wird, 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 sich zum ursprünglichen PCI-Standard wie ein Kampfflugzeug zu einem Papierflugzeug.
PCIe ist sowohl ein Protokoll als auch ein physischer Hardware-Verbindungsstandard. Der gebräuchlichste PCIe-Hardwareverbindungsstandard ist der Motherboard-Erweiterungssteckplatz. An diese Steckplätze schließen Sie Erweiterungskarten an, die Kommunikation erfolgt über die Anschlusspins. 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 für den Computer nicht von einer SSD zu unterscheiden, die über einen Standard-PCIe-Steckplatz angeschlossen ist. Die Standards Thunderbolt 3 und 4 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 Spuren. Ein x16-PCIe-Steckplatz auf der Hauptplatine eines Computers kann sechzehn Datenkanäle gleichzeitig aufnehmen. PCIe bietet auch x8-, x4- und x1-Steckplätze. Im Allgemeinen nutzen Grafikkarten den x16-Steckplatz, da sie möglichst viel Bandbreite benötigen. Während langsamere Slots in der Regel physisch kürzer sind, ist es üblich, dass neben dem primären Slot auch die Länge x16 x8 beträgt.
PCIe-Karten bieten Abwärtskompatibilität und Kreuzkompatibilität, sodass Sie eine x4-Karte in jeden PCIe-Steckplatz stecken können, der sie physisch unterbringt. Es ist nur so, dass Sie alle PCIe-Lanes verschwenden, die die x4-Karte nicht nutzt. Das Gleiche 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 PCI-Spezialinteressengruppe (PCI-SIG) entwickelt und genehmigt, einem Konsortium mit Mitgliedern aus der Elektronik- und Computerindustrie mit einem ausgeprägten Interesse an der Technologie.
PCI-SIG wurde 1992 als Gruppe mit der Aufgabe gegründet, 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 besteht aus AMD, ARM, Dell, IBM, Intel, Nvidia, Qualcomm und weiteren Mitgliedern. Sie kennen diese Namen vielleicht als große Hersteller von Computergeräten, und ein gemeinsamer Standard erleichtert ihnen die Arbeit erheblich, 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 den Einsatzmöglichkeiten von PCIe haben.
Der PCIe-Standard verbindet nahezu jedes erdenkliche externe Peripheriegerät. Es bietet eine viel größere Bandbreite als USB, insbesondere bei der Betrachtung mehrerer Spuren. PCIe bietet außerdem einen direkten Pfad zur CPU und eignet sich daher perfekt für Anwendungen mit hoher Geschwindigkeit und geringer Latenz.
Moderne GPUs nutzen sechzehn Lanes der PCIe-Bandbreite, 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 SATA-Standard in den Schatten zu stellen. Während SATA eine Höchstgeschwindigkeit von 600 MB/s erreicht, können High-End-PCIe-4.0-Laufwerke mehr als 7000 MB/s erreichen.
PCIe-Erweiterungskarten bieten außerdem Platz für Soundkarten, Videoaufnahmekarten, 10-Gb-Ethernet-Adapter, WiFi 6-Karten, Blitz - oder USB-Controller und mehr. Auch Peripheriegeräte, die in die Hauptplatine Ihres Computers integriert sind, nutzen PCI Express. Es ist nur so, dass die Verkabelung dauerhaft und nicht in Form eines Schlitzes erfolgt.
Wie verbessert sich PCIe 6.0 gegenüber PCIe 5.0?
Die Hauptverbesserung ist normalerweise ein großer Sprung in der Datenrate bei jeder PCIe-Revision. Das ist die Menge an Informationen, die jede Sekunde über den Bus übertragen werden kann.
In dieser Hinsicht enttäuscht PCIe 6.0 nicht. Es verdoppelt die bereits enorme Datenübertragungsrate von PCIe 5.0 vollständig von 32 Gigatransfers pro Sekunde (GT/s) auf 64 GT/s pro Lane. Während PCIe 5.0 63 Gigabyte pro Sekunde (GB/s) verschieben könnte, kann 6.0 bis zu 128 GB/s übertragen. Dies erfolgt über eine x16-Verbindung, kleinere Verbindungen werden verkleinert. 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 den unglaublichen Möglichkeiten für externe Geräte, die über PCIe oder Erweiterungskarten mit Thunderbolt und USB 4 angeschlossen werden können.
Neue Funktionen in PCI Express 6.0
Es war nicht einfach, innerhalb einer einzigen Generation einen derart monumentalen Leistungssprung zu erzielen. Um diese Zahlen zu erreichen, mussten die PCI-SIG-Ingenieure einige innovative neue Wege entwickeln, um Elektronen zu bewegen.
PAM4-Signalisierung
Die wahrscheinlich bedeutendste Änderung bei PCIe 6.0 im Vergleich zu früheren Generationen der Schnittstelle betrifft die Art und Weise, wie Daten kodiert werden.
PCI Express 6.0 verwendet PAM4, die Abkürzung für Pulsamplitudenmodulation mit vier Stufen.Wenn Sie etwas über elektrische Wellenformen wissen, wissen Sie, dass die „Amplitude“ der Welle angibt, wie weit Der Wellenkamm liegt an der Grundlinie.
Ältere NRZ-PCIe-Kodierung (Non-Return-to-Zero) hatte nur zwei Amplitudenpegel pro Impuls während eines Taktzyklus. PCIe 6 verdoppelt diese Zahl auf vier und erhöht so die Menge der kodierten Daten mit jedem Zyklus.
Forward Error Correction (FEC)
Während die PAM4-Kodierungsmethode die Geschwindigkeit erheblich steigert, führt sie auch zu einer erheblichen Steigerung der Bitfehler. Mit anderen Worten: Man kommt am Ziel an und nicht an einer Null, und umgekehrt.
Um dem entgegenzuwirken, verfügt PCIe 6.0 über eine neue Funktion zur Vorwärtsfehlerkorrektur, die mithilfe einer robusten CRC-Implementierung (Cyclic Redundancy Check) prüft, ob die Daten dort ankommen, wo sie hin sollen, ohne beschädigt zu werden.
Eine Gefahr beim Hinzufügen weiterer Fehlerkorrekturschritte zur Pipeline besteht darin, dass die Latenz zunimmt. Zusätzliche Latenz ist bei verschiedenen Hochgeschwindigkeitscomputerkomponenten ein wachsendes Problem. Obwohl sie immer mehr Daten verschieben können, dauert es länger, auf eine Datenanfrage zu reagieren, was zu eigenen Problemen führen kann.
FEC wurde entwickelt, um im Vergleich zu früheren PCIe-Versionen nicht mehr als zwei Nanosekunden Latenz hinzuzufügen, was ein kleines bisschen zusätzliche Latenz ist, die kein Mensch erkennen kann.
FLIT-Modus
Der FLIT-Modus war eine weitere Maßnahme zur Verbesserung der Fehlerkorrektur in PCIe 6.0. Es organisiert Daten mithilfe einer speziellen integrierten Flusskontrolleinheit in Einheiten einheitlicher Größe. Dies ist notwendig, um Pakete auf Fehler zu überprüfen, da Sie auf jedes Datenpaket einen Algorithmus anwenden und prüfen können, ob das Paket immer noch das Ergebnis liefert, wenn es das andere Ende der Pipeline erreicht..
Tatsache ist, dass der FLIT-Modus auch an anderen Stellen erhebliche Effizienzgewinne bringt. Es hilft, die Latenz zu verringern, die Bandbreitennutzung effizienter zu gestalten und ermöglicht es PCIe 6.0, einen Großteil des Codierungsaufwands gegenüber früheren Versionen einzusparen. Obwohl PAM4 also bis zu 2 ns Latenz hinzufügt, spart der FLIT-Modus Latenz in anderen Bereichen.
L0p-Modus
Eine interessante Funktion in PCIe 6.0 ist der L0p-Modus. Dieser Modus reduziert die Anzahl der Spuren, 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 erfüllen, wird sie darauf reduziert, nur die Anzahl der Lanes zu nutzen, die sie benötigt, 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 dann warten, bis PCIe 6.0-Motherboards auf den Markt kommen? Es ist immer verlockend, einen zukunftssicheren Computer zu bauen. Was passiert, 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: Sie müssen sich keine Sorgen machen, 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 hochwertigsten aktuellen GPUs benötigen bei weitem nicht PCIe 5.0.
Im Maßstäbe -Vergleich von Flaggschiff-Karten wie der RTX 3080 oder RTX 3090 mit PCIe 3.0 und 4.0 lag der Leistungsunterschied 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. Machen Sie sich keine Sorgen – zumindest nicht für ein paar Jahre.
Denken Sie daran, dass PCI-SIG ihre endgültige PCIe-Spezifikation für Version 6.0 nur auf Papier veröffentlicht hat. Auch wenn sich an der endgültigen Spezifikation nichts ändern wird, wird es einige Zeit dauern, bis wir zumindest im Verbraucherbereich viel Hardware sehen, die dies unterstützt.
PCIe 6.0 bringt Rechenzentren heute Vorteile
Das heißt nicht, dass PCIe 6.0 nicht bereits für jemanden von Vorteil ist. In den riesigen Rechenzentren sind wir alle auf Cloud-basierte Dienste angewiesen, jedes zusätzliche bisschen Bandbreite ist kostbar. In diesen Computer-Racks finden Sie Systeme mit Dutzenden oder Hunderten von CPU-Kernen und Arrays von Hochgeschwindigkeits-SSD-Speichern. Die Verbesserungen der PCIe-Bandbreite werden sofort dazu beitragen, diese belastenden Datenleitungen zu entlasten..
Eine so viel größere Bandbreite bedeutet, dass KI- und maschinelle Lernanwendungen mehr Daten in kürzerer Zeit analysieren könnten. Dies impliziert, dass HPC-Anwendungen (High-Performance Computing), die komplexe Aufgaben in Wissenschaft, Technik und Physik ausführen, ihren Horizont erweitern können.
Sogar IoT-Systeme (Internet of Things), die eine Flut von Daten an Rechenzentren senden, um sie in Echtzeit zu verarbeiten, werden massiv von der zusätzlichen Bandbreite profitieren.
Was kommt nach PCI Express 6.0?
Die PCIe-Technologie wird es noch lange geben, es sei denn, jemand erfindet eine radikal bessere Peripherieverbindungstechnologie. Unternehmen wie Intel, AMD und Apple machen spannende Dinge mit den verwandten Technologien zwischen den Chips in ihren Prozessorpaketen. Da CPUs wie AMDs Ryzen und Intels Alder Lake bis zum Rand mit CPU-Kernen vollgestopft sind, müssen sie enorme Datenmengen bewegen. Wir sind sicher, dass die PCI-SIG einiges aus den Vorgängen in diesen Prozessoren lernen kann.
.