چندی پیش PCI Special Interest Group (PCI-SIG) مشخصات جدید استاندارد PCI Express 6.0 را منتشر نمود. نسل جدید پهنای باند، میزان داده‌های جا به جا شده خط PCIe را دو برابر می‌کند و آن را به ۸ گیگابیت بر ثانیه در هر جهت می‌رساند، برای کانفیگ‌های چند خطه نیز رقم به دست آمده بسیار بسیار بیشتر است. با نشان داده شدن و تایید شدن مشخصات نهایی، این گروه انتظار دارد تا اولین تبلیغات‌های سخت افزاری را در ۱۲ الی ۱۸ ماه آینده انجام دهد و احتمالا می‌توانیم در سال ۲۰۲۳ این فناوری را در سرورها ببینیم.
استاندارد PCIe 6.0 برای اولین بار در سال ۲۰۱۹ معرفی شد و همانطور که از نامش مشخص می‌باشد، نسل بعدی استاندارد PCIe 5.0 می‌باشد. هدف گذاشته شده بود که پهنای باند استانداردها دو برابر شود و هنگامی که کار روی PCIe 5.0 تمام شد، PCI-SIG کار روی PCIe 6.0 را آغاز کرد تا بتواند مجددا پهنای باند PCIe را دو برابر کند. حالا محصولات آن توسعه‌ها، PCIe 6.0 امروزی است و با این که گروه برنامه اصلی خود برای عرضه این استاندارد در سال ۲۰۲۱ را از دست دادند، پس از مدتی نسبتا کوتاه مشخصات فنی PCIe 6.0 مشخص شده و حالا در دسترس اعضای گروه قرار گرفته است.
مثل همیشه ساختن نسخه‌ای سریع‌تر از تکنولوژی PCIe به دلیل نیازمندی بیشتر صنعت به پهنای باند سریع‌تر و بیشتر بود. میزان داده‌ای که توسط کارت‌های گرافیک، شتاب‌دهنده‌ها، کارت‌های شبکه، اس اس دی‌ها و سایر دستگاه‌های PCIe استفاده می‌شود، به شکلی متوالی افزایش می‌یابد و بنابرین پهنای باند بیشتری باید در اختیار این دستگاه‌ها قرار بگیرد. مثل نسخه‌های قبلی استاندارد PCIe، تقاضای مشخصات بهتر و بالاتر از طرف اپراتور سرورهاست که اصولا همیشه از تعداد زیادی سخت افزارهای سریع استفاده می‌کنند. ولی در عین حال این تکنولوژی به استفاده‌های عادی از تکنولوژی، یعنی کامپیوترهای شخصی نیز می‌رسد.
با دوبرابر شدن سرعت PCIe، حالا استاندارد PCIe 6.0 تمام استانداردها را دو برابر می‌کند. لینک‌های X1 از ۴ گیگابیت بر ثانیه در هر جهت به ۸ گیگابیت بر ثانیه در هر جهت رسیدند و لینک‌های X16 نیز به ۱۲۸ گیگابیت بر ثانیه در هر جهت رسیدند. برای دستگاه‌هایی که در حال حاضر نیز از پهنای باند زیادی استفاده می‌کنند، پهنای اضافی می‌تواند باعث افزایش فوق‌العاده نهایت سرعت شود؛ در عین حال دستگاه‌هایی که یک لینک را پر نمی‌کنند، با PCIe 6.0 این فرصت را خواهند داشت که پهنای لینک خود را کاهش دهند، این یعنی دستگاه با پهنای باند یکسان، می‌تواند هزینه کم‌تری جهت تولید داشته باشد.
تکنولوژی PCI Express برای اولین بار در سال ۲۰۰۳ معرفی شد و حالا عرضه PCIe 6.0 نشان‌گر سومین بازنگری عظیم این تکنولوژی است. در حالی که PCIe 4.0 و PCIe 5.0 عملا افزونه‌ای نسبت به روش‌های قبلی بودند و از سیگنال‌های 128b/130b استاندارد PCIe 3.0 با NRZ بهره می‌بردند، PCIe 6.0 تغییرات بیشتری را در خود می‌بیند، تغییراتی که می‌توانند بزرگ‌ترین در تاریخ این استاندارد باشند.
برای دوبرابر کردن مجدد پهنای باند، PCI-SIG از تکنولوژی سیگنال‌دهی جدیدی استفاده کرده و به طور کلی بیخیال استفاده از Non-Return-to-Zero (NRZ) شده‌اند، تکنولوژی‌ای که از ابتدا استفاده می‌شد، و از تکنولوژی Pulse-Amplitude-Modulation 4 (PAM4) استفاده می‌کنند.
در سطوح بسیار بالا، عملکرد PAM4 در مقابل NRZ مثل MLC NAND است و تعداد حالت‌های الکتریکی‌ای که یک سلول نگه می‌دارد یا در این زمینه منتقل می‌کند، در این تکنولوژی دو برابر می‌شود. به جای استفاده از سیگنال‌های سنتی 0/1 یا High/Low، PAM 4 از چهار سیگنال استفاده می‌کند تا یک سیگنال بتواند چهار پترن دو بیتی ممکن را آنکود کند: 00/01/10/11. این موضوع به PAM4 اجازه می‌دهد تا دو برابر میزانی که NRZ می‌توانست داده از پهنای باند انتقال دهد و این موضوع به PCIe 6.0 اجازه می‌دهد تا به فرکانسی معادل ۳۰ گیگاهرتز برسد.
خود تکنولوژی PAM 4 یک چیز جدید نیست ولی تاکنون تنها در استانداردهای رده بالای شبکه مثل 200G Ethernet استفاده می‌شد، جایی که میزان فضای در دسترس برای کانال‌های فیزیکی بسیار محدود‌تر است. به همین سبب، چندین سال تجربه پشت این استاندارد سیگنال‌دهی قرار دارد و با وجود نیاز به رشد پهنای باند، PCI-SIG تصمیم گرفت تا این تکنولوژی را وارد کیس‌ها کرده و نسل بعدی PCIe را بر مبنای آن انجام دهد.
البته استفاده از این تکنولوژی سراسر خوبی نیست و معایب خودش را نیز دارد که در اینجا معایب مدنظر، قیمت استفاده از PAM4 هستند. حتی با پهنای باند بیشتر این فناوری در هر هرتز، PAM4 در حال حاضر هزینه بسیار بیشتری در هر سطح دارد، از PHY گرفته تا لایه فیزیکی. دلیل اصلی‌ای که تاکنون این فناوری در دنیا زیاد مورد استفاده قرار نمی‌گیرد و هنوز از NRZ. استفاده می‌شود نیز همین موضوع است. البته استفاده PCIe از این موضوع بسیار به این موضوع کمک می‌کند ولی بخش اقتصادی قضیه هنوز موضوع بسیار مهمی است. در هر صورت جالب خواهد بود تا ببینیم اوضاع در چند سال اول استفاده از PCIe 6.0 چطور خواهند بود.
در عین حال، برخلاف MLC NAND، به دلیل استفاده از سیگنال اضافی، سیگنال‌های کلی PAM4 نسبت به سیگنال NRZ شکننده‌تر هستند و این موضوع یعنی در کنار PAM4، برای اولین بار در تاریخ PCIe، این استاندارد Forward Error Correction (FEC) نیز خواهد داشت. همانطور که از نامش مشخص می‌باشد، Forward Error Correction یا FEC وسیله‌ای برای درست کردن ارورهای موجود در سیگنال‌های یک لینک است و پیوسته جریانی از داده‌های حل ارور را در اختیار لینک قرار می‌دهد. این ویژگی در حال حاضر نیز در مواردی که سلامت داده بسیار مهم می‌باشد و زمانی برای انتقال دوباره وجود ندارد، مثل DisplayPort 1.4 نیز استفاده می‌شود.
در حالی که تا به امروز استفاده از FEC برای PCIe ضروری نبود، شکنندگی PAM4 این موضوع را تغییر می‌دهد. استفاده از FEC البته تفاوت خاصی برای کاربران قائل نخواهد شد ولی برای PCI-SIG یک نیازمندی دیگر در زمینه طراحی است که این کمپانی باید به آن توجه کند. خصوصا که گروه باید از این موضوع اطمینان حاصل کند که استفاده از FEC با کم‌ترین تاخیر بوده و کاملا سالم و سلامت است تا کاربران PCIe متوجه تاخیری در سرعت و مشخصات فنی PCIe 6.0 نشوند.
همچنین لازم به ذکر است که FED با Cyclic Redundancy Checking (CRC) نیز ترکیب می‌شود تا به عنوان لایه آخر برخورد با خطاها استفاده شود. پکت‌هایی که بعد از FEC هنوز در CRC رد می‌شوند و خراب هستند، انتقال دوباره پکت را درخواست می‌دهند.
مزایای سوییچ کردن به PAM4 این است که با افزایش میزان داده منتقل شده بدون افزایش دادن فرکانس، میزان کاهش و از دست رفتن سیگنال تغییری نخواهد کرد. PCIe 6.0 احتمالا به همان اندازه PCIe 5.0 یعنی ۳۶ دسی‌بل کاهش خواهد داشت و این موضوع به معنای این است که لینک‌های PCIe 6.0 می‌توانند به اندازه لینک‌های PCIe 5.0 باشند که این موضوع برای مهندسین بسیار سودمند خواهد بود.
در کنار PAM4 و FEC، اضافات تکنیکی مهم دیگر PCIe 6.0 شامل Glow control unIT یا FLIT می‌شود که یک روش آنکود کردن است. البته این بخش نباید با PAM4 که یک لایه فیزیکی است اشتباه گرفته شود، سیستم آنکودی FLIT در سطح منطقی استفاده می‌شود تا داده‌ها را به پکت‌های یک اندازه تقسیم کند. با تبدیل لایه به یک پکت با اندازه مشخص، PCIe 6.0 می‌تواند از FEC و سایر روش‌های حل خطا استفاده کند زیرا این روش‌ها نیازمند پکت‌هایی با اندازه ثابت هستند.
سیستم آنکودینگ FLIT به خودی خود یک تکنولوژی جدید نیست ولی درست مثل PAM4 از دنیای شبکه‌های سریع قرض گرفته شده است، جایی که هم‌اکنون نیز ستفاده می‌شود و طبق گفته‌های PCI-SIG، یکی از مهم‌ترین بخش‌های مشخصات استاندارد PCIe 6.0 می‌باشد زیرا بخشی کلیدی برای روشن کردن عملکرد پرسرعت و کم‌تاخیر PCIe با FEC می‌باشد. با این وجود، PCI-SIG معتقد است که آنکودینگ PCIe 6.0 با روش 1b/1b خواهد بود و هیچ اضافاتی در آنکود داده نخواهیم داشت.
ویژگی FLIT بیشتر یک نوع تکه روشن کننده است تا یک ویژگی مخصوص خود و کاربران نمی‌توانند آن را مشاهده کنند. البته لازم به ذکر است به یاد داشته باشیم که PCI-SIG آنقدر FLIT را کاربردی یافته که نرخ لینک‌ها را کاهش دهد. هرگاه FLIT روی یک لینک ورنش باشد، آن لینک همیشه در حالت FLIT می‌ماند، حتی اگر نرخش به سمت پایین بیاید.
برای مثال اگر یک کارت گرافیک PCIe 6.0 از نرخ 64 GT/s (PCIe 6.0) به 2.5 GT/s (PCIe 1.x) برسد تا در حالت بی‌کار مصرف برق را ماهش دهد، خود لینک هنوز در حالت FLIT خواهد بود و به یک لینک مدل PCIe 1.x تبدیل نمی‌شود. این موضوع هم طراحی مشخصات را راحت‌تر کرده و دیگر لازم نیست که اتصالاتی برای چند لینک داشه باشیم و هم به همه لینک‌ها مزایای تاخیر کم و داده‌های اضافی کم‌تر FLIT را می‌دهد.
مثل همیشه PCIe 6.0 با نسل‌های قبلی خود نیز سازگار می‌باشد و قطعات قدیمی می‌توانند با دستگاه‌های جدیدتر و همچنین قطعات جدیدتر می‌توانند با دستگاه‌های قدیمی‌تر سازگار باشند. در عین حال فرم فعلی کانکتورها نیز پشتیبانی می‌شود که شامل کانکتورهای لبه‌دار PCIe می‌شوند. بنابرین پشتیبانی از این مشخصات در دستگاه‌های جدیدتر نیز اعمال خواهد شد و به طور کلی انتقال از این نسل به نسل بعد درست مثل نسل‌های قبلی، بسیار ساده خواهد بود.
متاسفانه هنوز راهنمایی زیادی در زمینه استفاده‌ها، خصوصا در زمینه‌ای که مصرف‌کنندگان عمومی را تحت تاثیر قرار بدهد از سوی PCI-SIG منتشر نشده است. این گروه تنها استاندارد را می‌سازد و دست کمپانی‌های ساخت سخت افزار می‌باشد تا از آن بهره ببرند.
به این دلیل که سوییچ کردن به PAM4 منجر به افزایش کاهش سیگنال نمی‌شود، جایگزاری اسلات‌های PCIe 6.0 به انعطاف‌پذیری اسلات‌های PCI 5.0 خواهد بود. با این وجود، ما قرار است صبر کنیم تا ببینیم دستگاه‌های Intel یا AMD در طول چند سال آینده چطور عمل خواهند کرد. انجام یک کار و انجام آن در سطحی که بودجه مصرف کننده سخت افزار به آن برسد، یک چیز نیست.
در پایان نیز باید بگوییم که با به اتمام رسیدن مشخصات PCIe 6.0، گروه PCI-SIG به ما می‌گوید که براساس آن چه در گذشته رخ داده، ما باید قطعات PCIe 6.0 را در ۱۲-۱۸ ماه آینده ببینیم. این یعنی در طی یک سال آینده احتمالا قطعات سروری این استاندارد و پس از آن در دو یا سه سال دیگر احتمالا قطعات مصرف کنندگان آن را مشاهده خواهیم کرد.
منبع: AnandTech
برای ارسال دیدگاه ابتدا باید وارد شوید.