PCIe 6.0 چیست و چه تفاوتی با آن دارد؟

مادربردهای PCIe 4.0(PCIe 4.0) به تازگی شروع به ارسال به مشتریان کرده‌اند، اما این امر باعث کاهش سرعت توسعه این استاندارد اتصالات جانبی حیاتی نمی‌شود. PCIe 6.0 در حال حاضر روی میز قرار دارد، با پیشرفت‌های مشخصی نسبت به استانداردهای پیشرفته فعلی.

از آنجایی که PCIe در رایانه‌های هر شکل و اندازه در حال تبدیل شدن به اساسی است، بهتر است در مورد اینکه PCIe چیست، برای چه چیزی استفاده می‌شود و PCIe 6.0 جدید در آینده چه چیزی ارائه خواهد کرد، صحبت کنیم.

مبانی PCIe

PCIe مخفف Peripheral Component Interconnect Express است. برخی از خوانندگان ما که برای مدتی با رایانه‌ها سر و کار داشته‌اند، ممکن است استاندارد قدیمی PCI را به خاطر بیاورند ، اما PCIe مطابق با استاندارد اصلی PCI است، همانطور که یک جت جنگنده برای یک هواپیمای کاغذی است.

PCIe هم یک پروتکل و هم یک استاندارد اتصال سخت افزار فیزیکی است. رایج ترین استاندارد اتصال سخت افزاری PCIe ، اسلات توسعه مادربرد است. شما کارت های توسعه را به این اسلات ها متصل می کنید و ارتباط از طریق پین های اتصال اتفاق می افتد. با این حال، ارسال سیگنال های پروتکل PCIe بر روی انواع دیگر اتصالات امکان پذیر است.

SSD های NVME با استفاده از کانکتور M.2 می توانند از (M.2)PCIe استفاده کنند ، و به نظر می رسد که این برای رایانه با یک SSD متصل از طریق یک اسلات استاندارد PCIe تفاوتی ندارد . استانداردهای Thunderbolt 3 و 4 از ارسال سیگنال های PCIe از طریق کابل نیز پشتیبانی می کنند. eGPU ها(eGPUs) (کارت های گرافیک خارجی) به این صورت امکان پذیر است.

دستگاه‌های PCIe(PCIe) داده‌ها را به صورت سریالی، اما در خطوط موازی متعدد ارسال می‌کنند. یک اسلات x16 PCIe روی مادربرد کامپیوتر می تواند شانزده کانال داده را به طور همزمان در خود جای دهد. PCIe همچنین اسلات های x8، x4 و x1 را ارائه می دهد. به طور کلی، کارت های گرافیک از اسلات x16 استفاده می کنند زیرا به پهنای باند بیشتری نیاز دارند. در حالی که اسلات‌های کندتر معمولاً از نظر فیزیکی کوتاه‌تر هستند، معمولاً طول x16 علاوه بر شکاف اصلی، x8 است.

کارت‌های PCIe(PCIe) سازگاری با عقب و سازگاری متقابل را ارائه می‌کنند، بنابراین می‌توانید یک کارت x4 را در هر شکاف PCIe که از نظر فیزیکی آن را در خود جای دهد، بچسبانید. فقط این است که شما تمام خطوط PCIe را که کارت x4 استفاده نمی کند هدر می دهید. برای مثال، در مورد استفاده از کارت PCIe 5.0 در اسلات 4.0 نیز همینطور است. (PCIe 5.0)کار خواهد کرد اما به کمترین مخرج مشترک محدود می شود.

چه کسی در مورد استاندارد PCIe تصمیم می گیرد؟

استاندارد PCI Express توسط (PCI Express)PCI Special Interest Group ( PCI-SIG ) طراحی و تایید شده است ، کنسرسیومی با اعضایی از صنعت الکترونیک و کامپیوتر که علاقه خاصی به این فناوری دارند.

PCI-SIG در سال 1992 به عنوان گروهی تأسیس شد که وظیفه آن کمک به تولیدکنندگان رایانه بود تا استاندارد PCI اینتل را به درستی پیاده سازی کنند. (Intel PCI)امروزه این یک سازمان غیرانتفاعی با بیش از 800 عضو است.

برد PCI-SIG(PCI-SIG) دارای اعضای AMD ،(AMD) ARM ،(ARM) Dell ،(Dell) IBM ،(IBM) Intel ،(Intel) Nvidia ،(Nvidia) Qualcomm و(Qualcomm) سایر اعضای است. ممکن است این نام‌ها را به‌عنوان سازنده‌های بزرگ دستگاه‌های محاسباتی بشناسید، و داشتن یک استاندارد مشترک کار آن‌ها را بسیار آسان‌تر می‌کند، نه اینکه به زندگی مشتریانشان اشاره کنیم!

PCIe برای چه مواردی استفاده می شود؟

قبلاً در بالا به کارت‌های توسعه و SSD(SSDs) اشاره کردیم ، بنابراین احتمالاً یک ایده کلی از کاربردهای PCIe دارید.

استاندارد PCIe تقریباً هر دستگاه جانبی خارجی را که بتوانید تصور کنید متصل می کند. این پهنای باند بسیار وسیع تری نسبت به USB ارائه می دهد ، به خصوص زمانی که به چندین خط نگاه می کنید. PCIe همچنین یک مسیر مستقیم به CPU ارائه می‌کند و آن را برای برنامه‌های پرسرعت و کم تأخیر عالی می‌کند.

پردازنده‌های گرافیکی مدرن(Modern GPUs) از شانزده خط  پهنای باند PCIe برای به حداکثر رساندن عملکرد خود استفاده می‌کنند، اما هر دستگاه جانبی به پهنای باند زیادی نیاز ندارد. جدیدترین هاردهای SSD (SSDs)PCIe 4.0 «فقط» از چهار خط استفاده می‌کنند، اما این کافی است تا استاندارد SATA را از آب خارج کند. (SATA)در حالی که سرعت SATA 600 MB/s است، درایوهای پیشرفته PCIe 4.0 می توانند بیش از 7000 MB/s حرکت کنند.

(PCIe)کارت‌های توسعه PCIe همچنین کارت‌های صدا(sound cards) ، کارت‌های فیلمبرداری، آداپتور اترنت 10 گیگابایتی، کارت‌های (Ethernet)WiFi 6 ،  کنترل‌کننده‌های Thunderbolt یا USB و موارد دیگر را در خود جای می‌دهند. (USB)لوازم جانبی که در مادربرد رایانه شما ادغام شده اند نیز از PCI Express استفاده می کنند . فقط سیم کشی دائمی است و به صورت شیار نیست.

چگونه PCIe 6.0(Does PCIe 6.0) در PCIe 5.0 بهبود(Improve) می یابد ؟

بهبود سرفصل معمولاً با هر ویرایش PCIe(PCIe) یک جهش بزرگ در نرخ داده است. این مقدار اطلاعاتی است که می توان در هر ثانیه در اتوبوس جابجا کرد.

در آن بخش، PCIe 6.0 ناامید کننده نیست. این به طور کامل سرعت انتقال داده فوق العاده PCIe 5.0 را از 32 گیگاترانسفر در ثانیه ( GT/s ) به 64 GT/s در هر خط دو برابر می کند. در حالی که PCIe 5.0(Whereas PCIe 5.0) می تواند 63 گیگابایت(Gigabytes) در ثانیه ( GB/s ) جابجا کند، 6.0 می تواند تا 128 GB/s حرکت کند . این بیش از یک اتصال x16 است، با اتصالات جزئی بیشتر کاهش می یابد. این بدان معناست که اسلات x8 PCIe 6.0 اکنون به اندازه اسلات x16 5.0 کارایی دارد.

این امر فضای زیادی برای پردازنده‌های گرافیکی(GPUs) آینده و راه‌حل‌های ذخیره‌سازی فوق سریع ایجاد می‌کند. ناگفته نماند که فضای باورنکردنی برای دستگاه‌های خارجی متصل شده از طریق PCIe یا کارت‌های توسعه که Thunderbolt و USB 4 را ارائه می‌کنند.

ویژگی های جدید در PCI Express 6.0

انجام چنین جهش عملکردی عظیم در یک نسل ساده نبود. برای دستیابی به این اعداد، مهندسان PCI-SIG مجبور شدند چند راه نوآورانه جدید برای حرکت الکترون‌ها به اطراف ایجاد کنند.

سیگنال دهی PAM4(PAM4 Signaling)

احتمالاً(Quite) مهم‌ترین تغییر با PCIe 6.0 در مقایسه با نسل‌های قبلی رابط، نحوه کدگذاری داده‌ها است. 

PCI Express 6.0 از PAM4 استفاده می کند که مخفف  Pulse Amplitude Modulation با چهار سطح است. ( Pulse Amplitude Modulation with four levels.)اگر چیزی در مورد شکل موج های الکتریکی می دانید، می دانید که "دامنه" موج این است که تاج موج چقدر از خط پایه فاصله دارد.

رمزگذاری PCIe (PCIe)NRZ قدیمی ( بدون بازگشت به صفر(Non-return-to-zero) ) تنها دو سطح دامنه در هر پالس در طول یک چرخه ساعت داشت. PCIe 6 آن را دو برابر می کند و به 4 می رساند و مقدار داده های کدگذاری شده در هر چرخه را افزایش می دهد. 

تصحیح خطای جلو (FEC)(Forward Error Correction (FEC))

در حالی که روش رمزگذاری PAM4 افزایش قابل توجهی در سرعت ایجاد می کند، همچنین افزایش زیادی برای خطاهای بیتی ارائه می دهد. به عبارت دیگر، یک به جای صفر به مقصد می رسد و بالعکس.

برای مبارزه با این موضوع، PCIe 6.0 دارای یک ویژگی جدید تصحیح خطای رو به جلو است، که با کمک یک پیاده سازی قوی (Forward Error Correction)CRC ( Cyclic Redundancy Check ) بررسی می کند تا مطمئن شود داده ها بدون خراب شدن به جایی می رسند که باید بروند .

یکی از خطرات اضافه کردن مراحل تصحیح خطا به خط لوله این است که تاخیر بیشتری را اضافه می کنید. تأخیر اضافی(Additional) یک نگرانی فزاینده در مورد اجزای مختلف رایانه با سرعت بالا بوده است. اگرچه آنها می توانند داده های بیشتری را جابجا کنند، اما واکنش آنها به درخواست داده بیشتر طول می کشد، که می تواند مشکلات خود را ایجاد کند.

FEC طوری طراحی شده است که در مقایسه با نسخه‌های قبلی PCIe ، بیش از دو نانوثانیه تأخیر اضافه نمی‌کند، که کمی تأخیر اضافی است که هیچ انسانی نمی‌تواند تشخیص دهد.

حالت FLIT(FLIT Mode)

حالت FLIT(FLIT) معیار دیگری بود که برای بهبود تصحیح خطا در PCIe 6.0 معرفی شد. با استفاده از یک واحد کنترل جریان اختصاصی آنبورد، داده ها را در واحدهایی با اندازه یکنواخت سازماندهی می کند. این برای بررسی بسته‌ها برای وجود خطا ضروری است، زیرا می‌توانید یک الگوریتم را برای هر بسته داده اعمال کنید و بررسی کنید که آیا بسته زمانی که به انتهای دیگر خط لوله می‌رسد هنوز نتیجه را می‌دهد یا خیر.

نکته این است که معلوم می شود که حالت FLIT در جاهای دیگر نیز بهره وری قابل توجهی را به ارمغان می آورد. این به کاهش تاخیر کمک می کند، استفاده از پهنای باند را کارآمدتر می کند و به PCIe 6.0 اجازه می دهد تا بسیاری از هزینه های رمزگذاری نسخه های قبلی را از بین ببرد. بنابراین، اگرچه PAM4 تا 2 ثانیه تأخیر اضافه می کند، حالت FLIT در زمان تأخیر در مناطق دیگر صرفه جویی می کند.

حالت L0p(L0p Mode)

یکی از ویژگی های جالب در PCIe 6.0 حالت L0p است. این حالت تعداد خطوطی را که یک دستگاه جانبی برای ارسال و دریافت داده استفاده می کند کاهش می دهد. بنابراین اگر لپ‌تاپ شما با باتری کار می‌کند و پردازنده گرافیکی(GPU) برای انجام کار فعلی خود به ۱۶ خط نیاز ندارد، تنها با استفاده از تعداد خطوط مورد نیاز خود کاهش می‌یابد و با افزایش بازده انرژی در مصرف برق صرفه‌جویی می‌کند.

آیا باید منتظر PCIe 6.0 باشید؟

اگر به زودی به خرید یا ساخت یک کامپیوتر جدید فکر می کنید، آیا باید ابتدا منتظر بمانید تا مادربردهای PCIe 6.0 عرضه(PCIe 6.0) شوند؟ همیشه وسوسه انگیز است که سعی کنید یک کامپیوتر آینده نگر بسازید. اگر یک GPU یا SSD جدید تولید شود که برای رسیدن به پتانسیل کامل خود به PCIe 6.0 نیاز دارد، چه؟(PCIe 6.0)

پاسخ کوتاه به این سوال این است که لازم نیست نگران انتظار برای PCIe 6.0 باشید . در زمان نگارش این مقاله، مادربردهای PCIe 5.0 به تازگی برای مصرف‌کنندگان عرضه شده‌اند، و حتی پیشرفته‌ترین پردازنده‌های گرافیکی فعلی نیز به (GPUs)PCIe 5.0 نیاز ندارند.

در بنچمارک‌هایی(benchmarks) که کارت‌های پرچمدار مانند RTX 3080 یا RTX 3090 را با PCIe 3.0 و 4.0 مقایسه می‌کنند، تفاوت عملکرد چیزی بین هیچ و 3 درصد بود. بله درست است. ما اکنون به محدودیت‌های PCIe 3.0 رسیده‌ایم(PCIe 3.0) ، و این فقط با گران‌ترین پردازنده‌های گرافیکی(GPUs) روی کره زمین است. عرق نکنید - حداقل برای چند سال. 

به یاد داشته باشید(Remember) که PCI-SIG فقط مشخصات نهایی PCIe خود را برای نسخه 6.0 روی کاغذ منتشر کرده است. در حالی که مشخصات نهایی تغییر نمی کند، مدتی طول می کشد تا شاهد سخت افزارهای زیادی باشیم که از آن پشتیبانی می کنند، حداقل در فضای مصرف کننده.

PCIe 6.0 مزایای(Benefits Data) مراکز داده امروزی را دارد

این بدان معنا نیست که PCIe 6.0 از قبل برای کسی مفید نیست. در مراکز داده غول پیکر، همه ما به خدمات مبتنی بر ابر متکی هستیم، هر بیت پهنای باند اضافی ارزشمند است. در داخل این قفسه‌های رایانه‌ها، سیستم‌هایی با ده‌ها یا صدها هسته CPU و آرایه‌های ذخیره‌سازی پرسرعت SSD پیدا خواهید کرد. بهبود پهنای باند PCIe فوراً به کاهش فشار از روی لوله‌های داده فشار می‌آورد.

داشتن پهنای باند بسیار بیشتر به این معنی است که هوش مصنوعی و برنامه های یادگیری ماشینی می توانند داده های بیشتری را در زمان کمتری تجزیه و تحلیل کنند. این نشان می‌دهد که برنامه‌های کاربردی HPC ( محاسبات با عملکرد بالا(High-Performance Computing) ) که کارهای پیچیده‌ای در علم، مهندسی و فیزیک انجام می‌دهند، می‌توانند افق‌های خود را گسترش دهند.

حتی سیستم‌های IoT ( اینترنت(Internet) اشیا ) که(Things) سیل داده‌ها را برای پردازش در زمان واقعی به مراکز داده ارسال می‌کنند، از پهنای باند اضافی بهره‌مند خواهند شد.

بعد از PCI Express 6.0 چه می آید؟

فناوری PCIe(PCIe) برای مدت طولانی وجود خواهد داشت مگر اینکه کسی یک فناوری اتصال محیطی را اختراع کند که کاملاً بهتر باشد. شرکت هایی مانند اینتل(Intel) ، AMD و اپل(Apple) در حال انجام کارهای هیجان انگیز با فناوری های مرتبط بین تراشه های داخل بسته های پردازنده خود هستند. با پردازنده‌هایی(CPUs) مانند Ryzen از AMD و Alder Lake اینتل(Intel) که با هسته‌های CPU پر شده‌اند ، آنها نیاز به انتقال حجم عظیمی از داده‌ها دارند. ما مطمئن هستیم که PCI-SIG می تواند چیزهایی را از آنچه در داخل این پردازنده ها اتفاق می افتد بیاموزد.



About the author

من یک بازبین نرم افزار و مهندس بی سیم با بیش از 10 سال تجربه در این زمینه هستم. من در بررسی برنامه ها و نرم افزارهای تلفن همراه و همچنین کمک به مشتریان برای بهینه سازی شبکه های خود تخصص دارم. از طریق بررسی‌هایم، می‌توانم به شما در تصمیم‌گیری آگاهانه درباره محصولاتی که باید استفاده کنید، نحوه بهبود گردش کار و موارد دیگر کمک کنید. مهارت های من عبارتند از: ارتباط کتبی و شفاهی عالی، حل مسئله، دانش فنی قوی و توجه به جزئیات. من همچنین در کار مستقل و همکاری در پروژه ها مهارت دارم.



Related posts