มาเธอร์บอร์ด PCIe 4.0 เพิ่งเริ่มจัดส่งให้กับลูกค้าเท่านั้น แต่นั่นไม่ได้ทำให้การพัฒนามาตรฐานการเชื่อมต่ออุปกรณ์ต่อพ่วงที่สำคัญนี้ช้าลง PCIe6.0 อยู่บนโต๊ะแล้ว โดยมีการปรับปรุงอย่างเป็นรูปธรรมเหนือมาตรฐานล้ำหน้าในปัจจุบัน
เนื่องจาก PCIe กลายเป็นพื้นฐานในคอมพิวเตอร์ทุกรูปทรงและขนาด จึงควรพูดถึงว่า PCIe คืออะไร ใช้ทำอะไร และ PCIe 6.0 ใหม่จะนำเสนออะไรบ้างในอนาคต
พื้นฐานของ PCIe
PCIe ย่อมาจาก Peripheral Component Interconnect Expressผู้อ่านของเราบางคนที่เคยใช้คอมพิวเตอร์มาระยะหนึ่งแล้วอาจจำมาตรฐาน PCI แบบเก่าได้ แต่ PCIe เป็นแบบมาตรฐาน PCI ดั้งเดิมเหมือนกับเครื่องบินขับไล่ที่ใช้กับเครื่องบินกระดาษ
PCIe เป็นทั้งโปรโตคอลและมาตรฐานการเชื่อมต่อฮาร์ดแวร์กายภาพ มาตรฐานการเชื่อมต่อฮาร์ดแวร์ PCIe ที่พบบ่อยที่สุดคือสล็อตส่วนขยายของเมนบอร์ด คุณเชื่อมต่อการ์ดเอ็กซ์แพนชันเข้ากับช่องเหล่านี้ และการสื่อสารเกิดขึ้นผ่านพินที่เชื่อมต่อ อย่างไรก็ตาม สามารถส่งสัญญาณโปรโตคอล PCIe ผ่านการเชื่อมต่อประเภทอื่นๆ ได้
NVME SSD ที่ใช้ตัวเชื่อมต่อ ม.2 สามารถใช้ PCIe ได้ และดูเหมือนว่าจะไม่แตกต่างจากคอมพิวเตอร์จาก SSD ที่เชื่อมต่อผ่านสล็อต PCIe มาตรฐาน มาตรฐาน Thunderbolt 3 และ 4 ยังรองรับการส่งสัญญาณ PCIe ผ่านสายเคเบิลอีกด้วย นี่คือวิธีที่ eGPU (การ์ดกราฟิกภายนอก) เป็นไปได้
อุปกรณ์ PCIe ส่งข้อมูลแบบอนุกรมแต่ข้ามเลนคู่ขนานหลายเลน สล็อต x16 PCIe บนเมนบอร์ดของคอมพิวเตอร์สามารถรองรับช่องข้อมูลได้สิบหกช่องในคราวเดียว PCIe ยังมีสล็อต x8, x4 และ x1 โดยทั่วไป การ์ดกราฟิกจะใช้สล็อต x16 เนื่องจากต้องใช้แบนด์วิธมากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ แม้ว่าสล็อตที่ช้ากว่ามักจะสั้นกว่า แต่ก็เป็นเรื่องปกติที่สล็อตที่มีความยาว x16 ยกเว้นสล็อตหลักจะเป็น x8
การ์ด PCIe มีความเข้ากันได้แบบย้อนหลังและความเข้ากันได้แบบข้าม ดังนั้นคุณจึงสามารถติดการ์ด x4 ลงในสล็อต PCIe ใดก็ได้ที่จะรองรับทางกายภาพ เพียงแต่คุณจะเสียช่องทาง PCIe ที่การ์ด x4 ไม่ได้ใช้ไปเปล่าๆ เช่นเดียวกับการใช้การ์ด PCIe 5.0 ใน เช่น สล็อต 4.0 มันจะใช้ได้แต่จะถูกจำกัดให้อยู่ที่ตัวส่วนร่วมที่ต่ำที่สุด
ใครเป็นผู้ตัดสินใจเกี่ยวกับมาตรฐาน PCIe
.มาตรฐาน PCI Express ได้รับการออกแบบและรับรองโดย กลุ่มผลประโยชน์พิเศษของ PCI (PCI-SIG) ซึ่งเป็นกลุ่มความร่วมมือที่มีสมาชิกจากอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์และคอมพิวเตอร์ซึ่งมีความสนใจในเทคโนโลยีนี้
PCI-SIG ก่อตั้งขึ้นในปี 1992 โดยเป็นกลุ่มที่ได้รับมอบหมายให้ช่วยเหลือผู้ผลิตคอมพิวเตอร์ในการนำมาตรฐาน Intel PCI ไปใช้อย่างถูกต้อง ปัจจุบันเป็นองค์กรไม่แสวงผลกำไรที่มีสมาชิกมากกว่า 800 คน
บอร์ด PCI-SIG มี AMD, ARM, Dell, IBM, Intel, Nvidia, Qualcomm และสมาชิกอีกมากมาย คุณอาจรู้จักชื่อเหล่านี้ในฐานะผู้ผลิตอุปกรณ์คอมพิวเตอร์รายใหญ่ และการมีมาตรฐานร่วมกันทำให้งานของพวกเขาง่ายขึ้นมาก ไม่ต้องพูดถึงชีวิตของลูกค้า!
PCIe ใช้ทำอะไร?
เราได้กล่าวถึงการ์ดเอ็กซ์แพนชันและ SSD ข้างต้นแล้ว ดังนั้นคุณคงพอทราบแนวคิดทั่วไปเกี่ยวกับการใช้งานของ PCIe แล้ว
มาตรฐาน PCIe เชื่อมต่ออุปกรณ์ต่อพ่วงภายนอกแทบทุกชนิดที่คุณสามารถจินตนาการได้ ให้แบนด์วิธที่กว้างกว่า USB มาก โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อมองหลายเลน นอกจากนี้ PCIe ยังมีเส้นทางตรงไปยัง CPU ทำให้เหมาะสำหรับแอปพลิเคชันที่มีความเร็วสูงและมีเวลาแฝงต่ำ
GPU สมัยใหม่ใช้แบนด์วิดท์ PCIe 16 เลนเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพให้สูงสุด แต่ไม่ใช่ทุกอุปกรณ์ต่อพ่วงจะต้องมีแบนด์วิดท์มากขนาดนั้น PCIe 4.0 SSD ล่าสุดใช้สี่เลน "เท่านั้น" แต่นั่นก็เพียงพอแล้วที่จะทำให้มาตรฐาน SATA หลุดออกจากน้ำ แม้ว่า SATA จะมีความเร็วสูงสุดที่ 600 MB/s แต่ไดรฟ์ PCIe 4.0 ระดับไฮเอนด์สามารถเคลื่อนที่ได้มากกว่า 7000 MB/s
การ์ดเอ็กซ์แพนชัน PCIe ยังรองรับ การ์ดเสียง, การ์ดจับภาพวิดีโอ, อะแดปเตอร์อีเทอร์เน็ต 10Gb, การ์ด WiFi 6, สายฟ้า หรือตัวควบคุม USB และอื่นๆ อุปกรณ์ต่อพ่วงที่รวมอยู่ในเมนบอร์ดของคอมพิวเตอร์ของคุณก็ใช้ PCI Express เช่นกัน เพียงแต่ว่าสายไฟเป็นแบบถาวรและไม่อยู่ในรูปของช่อง
PCIe 6.0 ปรับปรุงบน PCIe 5.0 อย่างไร
การปรับปรุงพาดหัวมักเป็นการก้าวกระโดดครั้งใหญ่ของอัตราข้อมูลในการแก้ไข PCIe ทุกครั้ง นั่นคือปริมาณข้อมูลที่สามารถเคลื่อนย้ายข้ามบัสได้ในแต่ละวินาที
ในแผนกนั้น PCIe 6.0 ไม่ทำให้ผิดหวัง โดยเพิ่มอัตราการถ่ายโอนข้อมูลที่มหาศาลอยู่แล้วของ PCIe 5.0 เป็นสองเท่าจาก 32 Gigatransfers ต่อวินาที (GT/s) เป็น 64 GT/s ต่อเลน ในขณะที่ PCIe 5.0 สามารถเปลี่ยนความเร็วได้ 63 กิกะไบต์ต่อวินาที (GB/s) ส่วน 6.0 สามารถเปลี่ยนความเร็วได้สูงสุด 128 GB/s นั่นเป็นการเชื่อมต่อผ่าน x16 โดยมีการเชื่อมต่อย่อยเพิ่มเติมที่ลดขนาดลง หมายความว่าตอนนี้สล็อต x8 PCIe 6.0 มีประสิทธิภาพมากพอๆ กับสล็อต x16 5.0.
สิ่งนี้จะสร้างพื้นที่เหลือมากมายสำหรับ GPU ในอนาคตและโซลูชันการจัดเก็บข้อมูลที่รวดเร็วเป็นพิเศษ ไม่ต้องพูดถึงขอบเขตที่น่าทึ่งสำหรับอุปกรณ์ภายนอกที่เชื่อมต่อผ่าน PCIe หรือการ์ดเอ็กซ์แพนชันที่มี Thunderbolt และ USB 4
คุณสมบัติใหม่ใน PCI Express 6.0
การก้าวกระโดดด้านประสิทธิภาพครั้งใหญ่ในรุ่นเดียวไม่ใช่เรื่องง่าย เพื่อให้บรรลุตัวเลขเหล่านี้ วิศวกร PCI-SIG จะต้องพัฒนาวิธีการใหม่ๆ ที่เป็นนวัตกรรมบางประการในการเคลื่อนย้ายอิเล็กตรอนไปรอบๆ
การส่งสัญญาณ PAM4
ค่อนข้างเป็นไปได้ที่การเปลี่ยนแปลงที่สำคัญที่สุดกับ PCIe 6.0 เมื่อเปรียบเทียบกับอินเทอร์เฟซรุ่นก่อนหน้าคือวิธีการเข้ารหัสข้อมูล
PCI Express 6.0 ใช้ PAM4 ซึ่งย่อมาจาก Pulse Amplitude Modulation ที่มีสี่ระดับหากคุณรู้อะไรเกี่ยวกับรูปคลื่นไฟฟ้า คุณจะรู้ว่า “แอมพลิจูด” ของคลื่นนั้นอยู่ไกลแค่ไหน ยอดคลื่นมาจากเส้นฐาน
การเข้ารหัส PCIe NRZ รุ่นเก่า (ไม่กลับไปเป็นศูนย์) มีเพียงสองระดับแอมพลิจูดต่อพัลส์ในระหว่างรอบสัญญาณนาฬิกา PCIe 6 จะเพิ่มเป็นสองเท่าเป็นสี่ ซึ่งจะเพิ่มจำนวนข้อมูลที่เข้ารหัสในแต่ละรอบ
การแก้ไขข้อผิดพลาดไปข้างหน้า (FEC)
แม้ว่าวิธีการเข้ารหัส PAM4 จะช่วยเพิ่มความเร็วได้อย่างมาก แต่ก็ยังช่วยเพิ่มข้อผิดพลาดบิตได้อย่างมากอีกด้วย กล่าวอีกนัยหนึ่ง เรามาถึงจุดหมายปลายทางแทนที่จะเป็นศูนย์ และในทางกลับกัน
เพื่อต่อสู้กับสิ่งนี้ PCIe 6.0 มีฟีเจอร์การแก้ไขข้อผิดพลาดไปข้างหน้าใหม่ ซึ่งจะตรวจสอบเพื่อให้แน่ใจว่าข้อมูลไปถึงที่ที่ควรไปโดยไม่เกิดความเสียหาย ด้วยความช่วยเหลือจากการใช้งาน CRC (Cyclic Redundancy Check) ที่แข็งแกร่ง
อันตรายประการหนึ่งของการเพิ่มขั้นตอนการแก้ไขข้อผิดพลาดในไปป์ไลน์คือคุณจะเพิ่มเวลาแฝงมากขึ้น เวลาแฝงที่เพิ่มขึ้นเป็นข้อกังวลที่เพิ่มขึ้นกับส่วนประกอบคอมพิวเตอร์ความเร็วสูงต่างๆ แม้ว่าพวกเขาจะย้ายข้อมูลได้มากขึ้นเรื่อยๆ แต่ก็ใช้เวลานานกว่าในการตอบสนองต่อคำขอข้อมูล ซึ่งอาจทำให้เกิดปัญหาในตัวมันเองได้
FEC ได้รับการออกแบบมาเพื่อกำหนดเป้าหมายการเพิ่มเวลาแฝงไม่เกินสองนาโนวินาที เมื่อเทียบกับ PCIe เวอร์ชันก่อนหน้า ซึ่งเป็นเวลาแฝงเพิ่มเติมเล็กน้อยที่มนุษย์ไม่สามารถตรวจพบได้
โหมด FLIT
โหมด FLIT เป็นอีกมาตรการหนึ่งที่ใช้เพื่อปรับปรุงการแก้ไขข้อผิดพลาดใน PCIe 6.0 จัดระเบียบข้อมูลเป็นหน่วยที่มีขนาดสม่ำเสมอโดยใช้หน่วยควบคุมการไหลในตัวโดยเฉพาะ นี่เป็นสิ่งจำเป็นในการตรวจสอบข้อผิดพลาดของแพ็กเก็ต เนื่องจากคุณสามารถใช้อัลกอริทึมกับแต่ละแพ็กเก็ตข้อมูล และตรวจสอบว่าแพ็กเก็ตยังคงให้ผลลัพธ์หรือไม่ เมื่อไปถึงปลายอีกด้านของไปป์ไลน์.
ความจริงก็คือ ปรากฎว่าโหมด FLIT ยังช่วยเพิ่มประสิทธิภาพอย่างมากในที่อื่นๆ อีกด้วย ช่วยลดเวลาแฝง ทำให้การใช้แบนด์วิธมีประสิทธิภาพมากขึ้น และช่วยให้ PCIe 6.0 ลดค่าใช้จ่ายในการเข้ารหัสจำนวนมากจากเวอร์ชันก่อนหน้า ดังนั้นแม้ว่า PAM4 จะเพิ่มเวลาแฝงสูงสุด 2ns แต่โหมด FLIT จะช่วยประหยัดเวลาแฝงในพื้นที่อื่นๆ
โหมด L0p
คุณสมบัติที่น่าสนใจอย่างหนึ่งใน PCIe 6.0 คือโหมด L0p โหมดนี้จะลดจำนวนเลนที่อุปกรณ์ต่อพ่วงใช้ในการส่งและรับข้อมูล ดังนั้น หากแล็ปท็อปของคุณใช้พลังงานจากแบตเตอรี่และ GPU ไม่จำเป็นต้องใช้ 16 เลนเพื่อทำงานปัจจุบัน GPU จะเลื่อนลงไปใช้เฉพาะจำนวนเลนที่ต้องการเท่านั้น ซึ่งช่วยประหยัดไฟฟ้าด้วยการเพิ่มประสิทธิภาพการใช้พลังงาน
คุณควรรอ PCIe 6.0 หรือไม่
หากคุณกำลังคิดจะซื้อหรือสร้างคอมพิวเตอร์เครื่องใหม่เร็วๆ นี้ คุณควรรอให้เมนบอร์ด PCIe 6.0 เปิดตัวก่อนหรือไม่ การพยายามสร้างคอมพิวเตอร์ที่ทนทานต่ออนาคตเป็นสิ่งที่น่าดึงดูดใจอยู่เสมอ จะเกิดอะไรขึ้นหาก GPU หรือ SSD ใหม่ออกมาซึ่งต้องใช้ PCIe 6.0 เพื่อให้ทำงานได้เต็มศักยภาพ
คำตอบสั้นๆ สำหรับคำถามนี้คือ คุณไม่ต้องกังวลกับการรอ PCIe 6.0 ในขณะที่เขียนบทความนี้ เมนบอร์ด PCIe 5.0 เพิ่งเริ่มเปิดตัวสู่ผู้บริโภคทั่วไป และแม้แต่ GPU ระดับไฮเอนด์ในปัจจุบันส่วนใหญ่ก็ไม่จำเป็นต้องใช้ PCIe 5.0 เลย
ใน เกณฑ์มาตรฐาน เมื่อเปรียบเทียบการ์ดเรือธงอย่าง RTX 3080 หรือ RTX 3090 ที่ทำงานบน PCIe 3.0 และ 4.0 ประสิทธิภาพที่แตกต่างกันอยู่ระหว่างไม่มีอะไรถึง 3% ถูกต้องเลย. ขณะนี้เรามาถึงขีดจำกัดของ PCIe 3.0 แล้ว และนั่นเป็นเพียง GPU ที่แพงที่สุดในโลกเท่านั้น อย่าเหงื่อออก อย่างน้อยก็ไม่กี่ปี
โปรดจำไว้ว่า PCI-SIG ได้เผยแพร่เฉพาะข้อกำหนด PCIe สุดท้ายสำหรับเวอร์ชัน 6.0 บนกระดาษเท่านั้น แม้ว่าข้อกำหนดขั้นสุดท้ายจะไม่เปลี่ยนแปลง แต่ก็ต้องใช้เวลาสักระยะก่อนที่เราจะเห็นฮาร์ดแวร์จำนวนมากที่รองรับ อย่างน้อยก็ในส่วนของผู้บริโภค
ประโยชน์ของ PCIe 6.0 สำหรับศูนย์ข้อมูลในปัจจุบัน
ไม่ได้หมายความว่า PCIe 6.0 ไม่เป็นประโยชน์กับใครบางคนอยู่แล้ว ในศูนย์ข้อมูลขนาดยักษ์ เราทุกคนต่างพึ่งพาบริการบนคลาวด์ แบนด์วิธที่เพิ่มเข้ามาทุกบิตล้วนมีค่า ภายในชั้นวางคอมพิวเตอร์เหล่านั้น คุณจะพบระบบที่มีแกน CPU หลายสิบหรือหลายร้อยคอร์และอาร์เรย์ที่จัดเก็บข้อมูล SSD ความเร็วสูง การปรับปรุงแบนด์วิดท์ PCIe จะช่วยลดแรงกดดันจากไปป์ข้อมูลที่ตึงเครียดได้ทันที.
การมีแบนด์วิดท์ที่มากขึ้นหมายความว่าแอปพลิเคชัน AI และการเรียนรู้ของเครื่องสามารถวิเคราะห์ข้อมูลได้มากขึ้นโดยใช้เวลาน้อยลง บ่งบอกเป็นนัยว่าแอปพลิเคชัน HPC (คอมพิวเตอร์ประสิทธิภาพสูง) ที่ทำงานที่ซับซ้อนในด้านวิทยาศาสตร์ วิศวกรรมศาสตร์ และฟิสิกส์สามารถขยายขอบเขตอันไกลโพ้นได้
แม้แต่ระบบ IoT (Internet of Things) ที่ส่งข้อมูลจำนวนมากไปยังศูนย์ข้อมูลเพื่อประมวลผลแบบเรียลไทม์ก็ยังได้รับประโยชน์อย่างมหาศาลจากแบนด์วิดท์เพิ่มเติม
จะเกิดอะไรขึ้นหลังจาก PCI Express 6.0
เทคโนโลยี PCIe จะมีมาเป็นเวลานาน เว้นแต่จะมีใครคิดค้นเทคโนโลยีการเชื่อมต่ออุปกรณ์ต่อพ่วงที่ดีกว่าอย่างมาก บริษัทต่างๆ เช่น Intel, AMD และ Apple กำลังทำสิ่งที่น่าตื่นเต้นด้วยเทคโนโลยีที่เกี่ยวข้องระหว่างชิปภายในแพ็คเกจโปรเซสเซอร์ของตน ด้วย CPU เช่น Ryzen ของ AMD และ Alder Lake ของ Intel ที่อัดแน่นไปด้วยแกน CPU พวกเขาจำเป็นต้องย้ายข้อมูลจำนวนมหาศาล เรามั่นใจว่า PCI-SIG สามารถเรียนรู้บางสิ่งจากสิ่งที่เกิดขึ้นภายในโปรเซสเซอร์เหล่านี้
.