As placas-mãe PCIe 4.0 só agora estão começando a ser entregues aos clientes, mas isso não está retardando o desenvolvimento desse padrão crucial de conexões periféricas. PCIe 6.0 já está na mesa, com melhorias concretas em relação ao atual padrão de ponta.
Como o PCIe está se tornando fundamental em computadores de todos os formatos e tamanhos, vale a pena falar sobre o que é o PCIe, para que é usado e o que o novo PCIe 6.0 oferecerá no futuro.
Noções básicas do PCIe
PCIe é a abreviação de Peripheral Component Interconnect Express. Alguns de nossos leitores que já conhecem computadores há algum tempo podem se lembrar do antigo padrão PCI, mas o PCIe está para o padrão PCI original assim como um caça a jato está para um avião de papel.
PCIe é um protocolo e um padrão de conexão de hardware físico. O padrão de conexão de hardware PCIe mais comum é o slot de expansão da placa-mãe. Você conecta placas de expansão a esses slots e a comunicação acontece pelos pinos de conexão. No entanto, é possível enviar sinais do protocolo PCIe por outros tipos de conexões.
SSDs NVME que usam o conector M.2 podem usar PCIe, e isso não parece diferente para o computador de um SSD conectado através de um slot PCIe padrão. Os padrões Thunderbolt 3 e 4 também suportam o envio de sinais PCIe por meio de um cabo. É assim que eGPUs (placas gráficas externas) são possíveis.
Dispositivos PCIe enviam dados em série, mas através de múltiplas pistas paralelas. Um slot PCIe x16 na placa-mãe de um computador pode acomodar dezesseis canais de dados ao mesmo tempo. PCIe também oferece slots x8, x4 e x1. Em geral, as placas gráficas usam o slot x16 porque precisam do máximo de largura de banda possível. Embora os slots mais lentos sejam geralmente fisicamente mais curtos, é comum que o comprimento x16 além do principal seja x8.
As placas PCIe oferecem compatibilidade com versões anteriores e cruzadas, para que você possa inserir uma placa x4 em qualquer slot PCIe que possa acomodá-la fisicamente. Acontece que você desperdiçará todas as pistas PCIe que a placa x4 não usa. O mesmo vale para usar uma placa PCIe 5.0, por exemplo, em um slot 4.0. Funcionará, mas será limitado ao menor denominador comum.
Quem decide sobre o padrão PCIe?
.O padrão PCI Express foi projetado e aprovado pelo Grupo de interesse especial PCI (PCI-SIG), um consórcio com membros da indústria eletrônica e de informática com interesse na tecnologia.
O PCI-SIG foi fundado em 1992 como um grupo encarregado de ajudar os fabricantes de computadores a implementar corretamente o padrão Intel PCI. Hoje é uma organização sem fins lucrativos com mais de 800 membros.
A placa PCI-SIG tem AMD, ARM, Dell, IBM, Intel, Nvidia, Qualcomm e mais membros. Você pode reconhecer esses nomes como grandes fabricantes de dispositivos de computação, e ter um padrão compartilhado torna seu trabalho muito mais fácil, sem mencionar a vida de seus clientes!
Para que serve o PCIe?
Já mencionamos placas de expansão e SSDs acima, então você provavelmente já tem uma ideia geral dos usos do PCIe.
O padrão PCIe conecta praticamente qualquer dispositivo periférico externo que você possa imaginar. Ele oferece uma largura de banda muito maior que o USB, especialmente quando se olha para múltiplas pistas. O PCIe também fornece um caminho direto para a CPU, tornando-o perfeito para aplicativos de alta velocidade e baixa latência.
As GPUs modernas usam dezesseis faixas de largura de banda PCIe para maximizar o desempenho, mas nem todo periférico precisa de tanta largura de banda. Os SSDs PCIe 4.0 mais recentes usam “apenas” quatro pistas, mas isso é o suficiente para tirar o padrão SATA da água. Embora o SATA atinja 600 MB/s, as unidades PCIe 4.0 de última geração podem mover mais de 7.000 MB/s.
As placas de expansão PCIe também acomodam placas de som, placas de captura de vídeo, adaptador Ethernet de 10 Gb, placas WiFi 6, controladores Raio ou USB e muito mais. Os periféricos integrados à placa-mãe do seu computador também usam PCI Express. Só que a fiação é permanente e não em forma de slot.
Como o PCIe 6.0 melhora em relação ao PCIe 5.0?
A melhoria principal geralmente é um grande salto na taxa de dados a cada revisão do PCIe. Essa é a quantidade de informações que podem ser transportadas pelo barramento a cada segundo.
Nesse departamento, o PCIe 6.0 não decepciona. Ele duplica totalmente a já tremenda taxa de transferência de dados do PCIe 5.0, de 32 Gigatransferências por segundo (GT/s) para 64 GT/s por pista. Enquanto o PCIe 5.0 pode deslocar 63 Gigabytes por segundo (GB/s), o 6.0 pode deslocar até 128 GB/s. Isso ocorre em uma conexão x16, com mais conexões menores diminuindo. Isso significa que um slot x8 PCIe 6.0 agora tem tanto desempenho quanto um slot x16 5.0..
Isso cria bastante espaço para futuras GPUs e soluções de armazenamento ultrarrápidas. Sem mencionar o alcance incrível para dispositivos externos conectados via PCIe ou placas de expansão que oferecem Thunderbolt e USB 4.
Novos recursos no PCI Express 6.0
Conseguir um salto de desempenho tão monumental em uma única geração não foi fácil. Para atingir esses números, os engenheiros do PCI-SIG tiveram que desenvolver algumas maneiras inovadoras de movimentar os elétrons.
Sinalização PAM4
Possivelmente, a mudança mais significativa do PCIe 6.0 em comparação com as gerações anteriores da interface é a forma como os dados são codificados.
PCI Express 6.0 usa PAM4, que é a abreviação de Pulse Amplitude Modulation com quatro níveis.Se você sabe alguma coisa sobre formas de onda elétricas, saberá que a “amplitude” da onda é a distância a crista da onda está na linha de base.
A codificação PCIe NRZ (sem retorno a zero) mais antiga tinha apenas dois níveis de amplitude por pulso durante um ciclo de clock. O PCIe 6 dobra para quatro, aumentando a quantidade de dados codificados a cada ciclo.
Correção de erro de encaminhamento (FEC)
Embora o método de codificação PAM4 forneça um aumento significativo nas velocidades, ele também fornece um grande aumento nos erros de bits. Em outras palavras, chega-se ao destino em vez de zero e vice-versa.
Para combater isso, o PCIe 6.0 tem um novo recurso Forward Error Correction, que verifica se os dados estão chegando onde deveriam sem serem corrompidos, com a ajuda de uma implementação robusta de CRC (Cyclic Redundancy Check).
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Um perigo de adicionar mais etapas de correção de erros ao pipeline é adicionar mais latência. A latência adicional tem sido uma preocupação crescente com vários componentes de computador de alta velocidade. Embora possam transferir cada vez mais dados, demoram mais para reagir a uma solicitação de dados, o que pode causar problemas próprios.
O FEC foi projetado para adicionar no máximo dois nanossegundos de latência em comparação com versões anteriores do PCIe, o que é um pouquinho de latência extra que nenhum ser humano consegue detectar.
Modo FLIT
O modo FLIT foi outra medida introduzida para melhorar a correção de erros no PCIe 6.0. Ele organiza os dados em unidades de tamanho uniforme usando uma unidade de controle de fluxo integrada dedicada. Isso é necessário para verificar se há erros nos pacotes, pois você pode aplicar um algoritmo a cada pacote de dados e verificar se o pacote ainda fornece o resultado quando chega à outra extremidade do pipeline..
Acontece que o modo FLIT também traz ganhos de eficiência significativos em outros lugares. Ajuda a reduzir a latência, torna o uso da largura de banda mais eficiente e permite que o PCIe 6.0 elimine grande parte da sobrecarga de codificação das versões anteriores. Portanto, embora o PAM4 adicione 2ns de latência, o modo FLIT economiza latência em outras áreas.
Modo L0p
Um recurso interessante do PCIe 6.0 é o modo L0p. Este modo reduz o número de pistas que um periférico utiliza para enviar e receber dados. Portanto, se o seu laptop estiver funcionando com bateria e a GPU não precisar de 16 pistas para fazer seu trabalho atual, ela passará a usar apenas o número de pistas necessárias, economizando eletricidade ao aumentar a eficiência energética.
Você deveria esperar pelo PCIe 6.0?
Se você está pensando em comprar ou construir um novo computador em breve, deveria esperar o lançamento das placas-mãe PCIe 6.0 primeiro? É sempre tentador tentar construir um computador preparado para o futuro. E se for lançada uma nova GPU ou SSD que precise do PCIe 6.0 para atingir seu potencial máximo?
A resposta curta a esta pergunta é que você não precisa se preocupar em esperar pelo PCIe 6.0. No momento em que este artigo foi escrito, as placas-mãe PCIe 5.0 apenas começaram a ser lançadas para os consumidores, e mesmo as GPUs atuais mais topo de linha estão longe de precisar do PCIe 5.0.
Em benchmarks comparando placas principais como a RTX 3080 ou RTX 3090 rodando em PCIe 3.0 e 4.0, a diferença no desempenho ficou entre nada e 3%. Sim está certo. Só agora estamos atingindo os limites do PCIe 3.0, e isso apenas com as GPUs mais caras do planeta. Não se preocupe – pelo menos não por alguns anos.
Lembre-se de que o PCI-SIG publicou apenas sua especificação PCIe final para a versão 6.0 no papel. Embora a especificação final não mude, levará algum tempo até que vejamos muito hardware que a suporte, pelo menos no espaço do consumidor.
PCIe 6.0 beneficia os data centers hoje
Isso não quer dizer que o PCIe 6.0 já não seja benéfico para alguém. Nos gigantescos data centers, todos contamos com serviços baseados em nuvem, e cada bit extra de largura de banda é precioso. Dentro desses racks de computadores, você encontrará sistemas com dezenas ou centenas de núcleos de CPU e matrizes de armazenamento SSD de alta velocidade. As melhorias na largura de banda PCIe ajudarão imediatamente a aliviar a pressão sobre os canos de dados sobrecarregados..
Ter muito mais largura de banda significa que os aplicativos de IA e de aprendizado de máquina poderão analisar mais dados em menos tempo. Isso implica que os aplicativos HPC (computação de alto desempenho) que realizam trabalhos complexos em ciência, engenharia e física podem ampliar seus horizontes.
Mesmo os sistemas IoT (Internet das Coisas) que enviam uma enxurrada de dados aos data centers para processamento em tempo real se beneficiarão enormemente com a largura de banda adicional.
O que vem depois do PCI Express 6.0?
A tecnologia PCIe existirá por muito tempo, a menos que alguém invente uma tecnologia de interconexão de periféricos que seja radicalmente melhor. Empresas como Intel, AMD e Apple estão fazendo coisas interessantes com as tecnologias relacionadas entre os chips dentro de seus pacotes de processadores. Com CPUs como o Ryzen da AMD e o Alder Lake da Intel cheios até as guelras de núcleos de CPU, eles precisam mover uma quantidade enorme de dados. Temos certeza de que o PCI-SIG pode aprender algumas coisas com o que está acontecendo dentro desses processadores.
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