Introduzione a PCIe 6.0

L'organizzazione PCI-SIG ha annunciato il rilascio ufficiale della versione 1.0 dello standard PCIe 6.0, dichiarandone il completamento.

Seguendo la convenzione, la velocità della larghezza di banda continua a raddoppiare, fino a 128 GB/s (unidirezionale) a x16, e poiché la tecnologia PCIe consente il flusso di dati bidirezionale full-duplex, la velocità di trasmissione bidirezionale totale è di 256 GB/s. Secondo i piani, ci saranno esempi commerciali 12-18 mesi dopo la pubblicazione dello standard, ovvero intorno al 2023, che dovrebbero essere inizialmente sulle piattaforme server. PCIe 6.0 arriverà entro la fine dell'anno al più presto, con una larghezza di banda di 256 GB/s.

Tornando alla tecnologia in sé, PCIe 6.0 è considerato il cambiamento più significativo nei quasi 20 anni di storia di PCIe. A dire il vero, PCIe 4.0/5.0 è una modifica minore del 3.0, come ad esempio la codifica a 128 bit/130 bit basata su NRZ (Non-Return-to-Zero).

Il PCIe 6.0 è passato alla segnalazione AM a impulsi PAM4, con codifica 1B-1B; un singolo segnale può assumere quattro stati di codifica (00/01/10/11), il doppio rispetto al precedente, consentendo frequenze fino a 30 GHz. Tuttavia, poiché il segnale PAM4 è più fragile del NRZ, è dotato di un meccanismo di correzione degli errori in avanti (FEC) per correggere gli errori di segnale nel collegamento e garantire l'integrità dei dati.

Oltre a PAM4 e FEC, l'ultima importante tecnologia di PCIe 6.0 è l'utilizzo della codifica FLIT (Flow Control Unit) a livello logico. In realtà, PAM4 e FLIT non sono tecnologie nuove, essendo già utilizzate da tempo nell'Ethernet ad altissima velocità 200G+, ma il motivo per cui PAM4 non è riuscito a diffondersi su larga scala è che i costi del livello fisico sono troppo elevati.

Inoltre, PCIe 6.0 rimane retrocompatibile.

Secondo la tradizione, PCIe 6.0 continua a raddoppiare la larghezza di banda I/O a 64 GT/s, applicandola alla larghezza di banda unidirezionale PCIe 6.0 x1 di 8 GB/s, alla larghezza di banda unidirezionale PCIe 6.0 x16 di 128 GB/s e alla larghezza di banda bidirezionale PCIe 6.0 x16 di 256 GB/s. Gli SSD PCIe 4.0 x4, ampiamente utilizzati oggi, necessitano solo di PCIe 6.0 x1 per raggiungere tale velocità.

Il PCIe 6.0 continuerà a utilizzare la codifica 128b/130b introdotta nell'era del PCIe 3.0. Oltre al CRC originale, è interessante notare che il nuovo protocollo di canale supporta anche la codifica PAM-4 utilizzata in Ethernet e GDDR6x, sostituendo la codifica NRZ del PCIe 5.0. È possibile impacchettare più dati in un singolo canale nello stesso lasso di tempo, e un meccanismo di correzione degli errori a bassa latenza, noto come correzione degli errori in avanti (FEC), rende possibile e affidabile l'aumento della larghezza di banda.

Molti potrebbero chiedersi: la larghezza di banda del PCIe 3.0 spesso non viene sfruttata appieno, a cosa serve il PCIe 6.0? A causa del crescente numero di applicazioni ad alta intensità di dati, tra cui l'intelligenza artificiale, i canali I/O con velocità di trasmissione più elevate stanno diventando sempre più richiesti dai clienti del mercato professionale, e l'elevata larghezza di banda della tecnologia PCIe 6.0 può sbloccare appieno le prestazioni dei prodotti che richiedono un'elevata larghezza di banda I/O, come acceleratori, applicazioni di machine learning e HPC. Anche il PCI-SIG spera di trarre vantaggio dalla crescita del settore automobilistico, un settore in forte espansione per i semiconduttori, e il PCI-Special Interest Group ha creato un nuovo gruppo di lavoro sulla tecnologia PCIe per concentrarsi su come incrementare l'adozione della tecnologia PCIe nel settore automobilistico, dato che la crescente domanda di larghezza di banda dell'ecosistema è evidente. Tuttavia, poiché microprocessori, GPU, dispositivi I/O e dispositivi di archiviazione dati possono essere collegati al canale dati, affinché i PC possano ottenere il supporto dell'interfaccia PCIe 6.0, i produttori di schede madri devono prestare particolare attenzione alla predisposizione dei cavi in ​​grado di gestire segnali ad alta velocità, e anche i produttori di chipset devono adottare le misure necessarie. Un portavoce di Intel si è rifiutato di specificare quando il supporto per PCIe 6.0 verrà aggiunto ai dispositivi, ma ha confermato che i processori Alder Lake per il mercato consumer e Sapphire Rapids e Ponte Vecchio per il settore server supporteranno PCIe 5.0. Anche NVIDIA si è rifiutata di indicare quando verrà introdotto il supporto per PCIe 6.0. Tuttavia, le DPU BlueField-3 per i data center supportano già PCIe 5.0. La specifica PCIe definisce solo le funzioni, le prestazioni e i parametri che devono essere implementati a livello fisico, ma non specifica come implementarli. In altre parole, i produttori possono progettare la struttura del livello fisico di PCIe in base alle proprie esigenze e alle condizioni reali per garantire la funzionalità! I produttori di cavi hanno più margine di manovra!