Les cartes mères PCIe 4.0^{(PCIe 4.0)} commencent seulement à être livrées aux clients, mais cela ne ralentit pas le développement de cette norme de connexion périphérique cruciale. PCIe 6.0 est déjà sur la table, avec des améliorations concrètes par rapport à la norme de pointe actuelle.

Étant donné que PCIe devient fondamental dans les ordinateurs de toutes formes et tailles, il convient de parler de ce qu'est PCIe , de son utilisation et de ce que le nouveau PCIe 6.0 offrira à l'avenir.

Les bases du PCIe

PCIe est l'abréviation de Peripheral Component Interconnect Express . Certains de nos lecteurs qui connaissent les ordinateurs depuis un certain temps se souviendront peut-être de l'ancienne norme PCI , mais PCIe est à la norme PCI d'origine comme un avion de chasse est à un avion en papier.

PCIe est à la fois un protocole et une norme de connexion matérielle physique. La norme de connexion matérielle PCIe^(PCIe) la plus courante est le connecteur d'extension de la carte mère. Vous connectez des cartes d'extension à ces emplacements et la communication s'effectue via les broches de connexion. Cependant, il est possible d'envoyer des signaux de protocole PCIe via d'autres types de connexions.^(PCIe)

Les SSD NVME utilisant le connecteur M.2 peuvent utiliser PCIe , et cela ne semble pas différent pour l'ordinateur d'un SSD connecté via un emplacement PCIe standard. ^(PCIe)Les normes Thunderbolt 3 et 4 prennent également en charge l'envoi de signaux PCIe via un câble. C'est ainsi que les eGPU^(eGPUs) (cartes graphiques externes) sont possibles.

Les périphériques PCIe^(PCIe) envoient des données en série mais sur plusieurs voies parallèles. Un emplacement PCIe x16 sur la carte mère d'un ordinateur peut accueillir seize canaux de données à la fois. PCIe propose également des emplacements x8, x4 et x1. En général, les cartes graphiques utilisent le slot x16 car elles ont besoin d'autant de bande passante que possible. Alors que les machines à sous plus lentes sont généralement physiquement plus courtes, il est courant que la longueur x16 en plus de la principale soit x8.

Les cartes PCIe^(PCIe) offrent une rétrocompatibilité et une compatibilité croisée, vous pouvez donc coller une carte x4 dans n'importe quel emplacement PCIe qui l'accueillera physiquement. C'est juste que vous gaspillerez toutes les voies PCIe que la carte x4 n'utilise pas. Il en va de même pour l'utilisation d'une carte PCIe 5.0^{(PCIe 5.0)} dans, par exemple, un slot 4.0. Cela fonctionnera mais sera limité au plus petit dénominateur commun.

Qui décide de la norme PCIe ?

La norme PCI Express est conçue et approuvée par le PCI Special Interest Group ( PCI-SIG ), un consortium composé de membres de l'industrie électronique et informatique ayant un intérêt direct dans la technologie.

PCI-SIG a été fondé en 1992 en tant que groupe chargé d'aider les fabricants d'ordinateurs à implémenter correctement la norme Intel PCI . Aujourd'hui, c'est une organisation à but non lucratif avec plus de 800 membres.

La carte PCI-SIG^(PCI-SIG) compte AMD , ARM , Dell , IBM , Intel , Nvidia , Qualcomm et d'autres membres. Vous reconnaîtrez peut-être ces noms comme étant les principaux fabricants d'appareils informatiques, et le fait d'avoir une norme partagée rend leur travail beaucoup plus facile, sans parler de la vie de leurs clients !

À quoi sert PCIe ?

Nous avons déjà mentionné les cartes d'extension et les SSD^(SSDs) ci-dessus, vous avez donc probablement une idée générale des utilisations de PCIe.

La norme PCIe connecte à peu près n'importe quel périphérique externe que vous pouvez imaginer. Il offre une bande passante beaucoup plus large que l' USB , en particulier lorsqu'il s'agit de plusieurs voies. PCIe fournit également un chemin direct vers le CPU , ce qui le rend parfait pour les applications à haute vitesse et à faible latence.

Les GPU modernes^{(Modern GPUs)} utilisent seize voies de  bande passante PCIe pour optimiser leurs performances, mais tous les périphériques n'ont pas besoin d'autant de bande passante. Les derniers SSD ^(SSDs)PCIe 4.0 n'utilisent «que» quatre voies, mais cela suffit pour faire sauter la norme SATA hors de l'eau. Alors que SATA atteint 600 MB/sPCIe 4.0 haut de gamme peuvent déplacer plus de 7 000 MB/s .

^(PCIe)Les cartes d'extension PCIe acceptent également les cartes son^{(sound cards)} , les cartes de capture vidéo, l' adaptateur Ethernet 10 Go, les cartes ^(Ethernet)WiFi 6 ,  les contrôleurs Thunderbolt ou USB , etc. Les périphériques intégrés à la carte mère de votre ordinateur utilisent également PCI Express . C'est juste que le câblage est permanent et non sous la forme d'une fente.

Comment PCIe 6.0 ^{(Does PCIe 6.0)} améliore^(Improve) - t-il PCIe 5.0 ?

L'amélioration principale est généralement un grand bond dans le débit de données à chaque révision PCIe . C'est la quantité d'informations qui peut être déplacée dans le bus chaque seconde.

Dans ce département, PCIe 6.0 ne déçoit pas. Il double entièrement le taux de transfert de données déjà énorme de PCIe 5.0 de 32 Gigatransferts par seconde ( GT/s ) à 64 GT/s par voie. Alors que PCIe 5.0^{(Whereas PCIe 5.0)} pouvait déplacer 63 gigaoctets^(Gigabytes) par seconde ( GB/s ), 6.0 peut déplacer jusqu'à 128 GB/s . C'est sur une connexion x16, avec des connexions plus mineures réduites. Cela signifie qu'un emplacement x8 PCIe 6.0 a désormais autant de performances qu'un emplacement x16 5.0.

Cela crée beaucoup d'espace pour les futurs GPU^(GPUs) et les solutions de stockage ultra-rapides. Sans oublier une portée incroyable pour les périphériques externes connectés via PCIe ou des cartes d'extension qui offrent Thunderbolt et USB 4 .

Nouvelles fonctionnalités de PCI Express 6.0

Faire un saut de performance aussi monumental en une seule génération n'a pas été facile. Pour atteindre ces chiffres, les ingénieurs de PCI-SIG ont dû développer quelques nouvelles façons innovantes de déplacer les électrons.

Signalisation PAM4^{(PAM4 Signaling)}

Très^(Quite) probablement, le changement le plus important avec PCIe 6.0 par rapport aux générations précédentes de l'interface est la façon dont les données sont encodées. 

PCI Express 6.0 utilise PAM4 , qui est l'abréviation de  Pulse Amplitude Modulation à quatre niveaux. ^{( Pulse Amplitude Modulation with four levels.)}Si vous savez quelque chose sur les formes d'onde électriques, vous saurez que « l'amplitude » de l'onde correspond à la distance entre la crête de l'onde et la ligne de base.

L'ancien codage PCIe NRZ ( non-retour à zéro^{(Non-return-to-zero)} ) n'avait que deux niveaux d'amplitude par impulsion pendant un cycle d'horloge. PCIe 6 double cela à quatre, augmentant la quantité de données encodées à chaque cycle. 

Correction d'erreur directe (FEC)^{(Forward Error Correction (FEC))}

Bien que la méthode de codage PAM4 améliore considérablement les vitesses, elle augmente également considérablement les erreurs de bits. En d'autres termes, on arrive à destination au lieu d'un zéro, et vice versa.

Pour lutter contre cela, PCIe 6.0 dispose d'une nouvelle fonction de correction d'erreur directe^{(Forward Error Correction)} , qui vérifie que les données arrivent là où elles doivent aller sans être corrompues, à l'aide d'une implémentation CRC ( Cyclic Redundancy Check ) robuste.

Un danger d'ajouter plus d'étapes de correction d'erreurs dans le pipeline est que vous ajouterez plus de latence. La latence supplémentaire^(Additional) est une préoccupation croissante avec divers composants informatiques à grande vitesse. Bien qu'ils puissent transférer de plus en plus de données, ils mettent plus de temps à réagir à une demande de données, ce qui peut entraîner ses propres problèmes.

FEC a été conçu pour cibler l'ajout d'une latence maximale de deux nanosecondes par rapport aux versions précédentes de PCIe , ce qui représente une toute petite latence supplémentaire qu'aucun humain ne peut détecter.

Mode FLIT^{(FLIT Mode)}

Le mode FLIT^(FLIT) était une autre mesure introduite pour améliorer la correction des erreurs dans PCIe 6.0 . Il organise les données en unités de taille uniforme à l'aide d'une unité de contrôle de flux embarquée dédiée. Ceci est nécessaire pour vérifier les paquets pour les erreurs car vous pouvez appliquer un algorithme à chaque paquet de données et vérifier si le paquet donne toujours le résultat lorsqu'il atteint l'autre extrémité du pipeline.

Le fait est qu'il s'avère que le mode FLIT apporte également des gains d'efficacité significatifs à d'autres endroits. Il aide à réduire la latence, rend l'utilisation de la bande passante plus efficace et permet à PCIe 6.0 de supprimer une grande partie de la surcharge d'encodage des versions précédentes. Ainsi, bien que PAM4 ajoute jusqu'à 2ns de latence, le mode FLIT permet d'économiser sur la latence dans d'autres domaines.

Mode L0p^{(L0p Mode)}

Une fonctionnalité intéressante de PCIe 6.0 est le mode L0p . Ce mode réduit le nombre de voies qu'un périphérique utilise pour envoyer et recevoir des données. Donc, si votre ordinateur portable fonctionne sur batterie et que le GPU n'a pas besoin de 16 voies pour faire son travail actuel, il n'utilisera que le nombre de voies dont il a besoin, économisant ainsi de l'électricité en augmentant l'efficacité énergétique.

Faut-il attendre PCIe 6.0 ?

Si vous envisagez d'acheter ou de construire bientôt un nouvel ordinateur, devriez-vous attendre que les cartes mères PCIe 6.0 sortent en premier ? Il est toujours tentant d'essayer de construire un ordinateur à l'épreuve du temps. Que se passe-t-il si un nouveau GPU ou SSD sort qui a besoin de PCIe 6.0 pour atteindre son plein potentiel ?

La réponse courte à cette question est que vous n'avez pas à vous soucier d'attendre PCIe 6.0 . Au moment de la rédaction de cet article, les cartes mères PCIe 5.0 ont seulement commencé à être déployées auprès des consommateurs, et même les GPU^(GPUs) actuels les plus haut de gamme sont loin d'avoir besoin de PCIe 5.0 .

Dans les benchmarks^(benchmarks) comparant des cartes phares comme la RTX 3080 ou la RTX 3090 fonctionnant sur PCIe 3.0 et 4.0, la différence de performances se situait entre rien et 3 %. Oui c'est vrai. Nous atteignons seulement maintenant les limites de PCIe 3.0 , et ce uniquement avec les ^{(PCIe 3.0)}GPU^(GPUs) les plus chers de la planète. Ne vous inquiétez pas, du moins pas avant quelques années. 

Rappelons^(Remember) que PCI-SIG n'a publié sa spécification PCIe finale pour la version 6.0 que sur papier. Bien que la spécification finale ne change pas, il faudra un certain temps avant de voir beaucoup de matériel qui la prend en charge, du moins dans l'espace grand public.

PCIe 6.0 profite aux centres de données aujourd'hui^{(Benefits Data)}

Cela ne veut pas dire que PCIe 6.0 n'est pas déjà bénéfique pour quelqu'un. Dans les centres de données géants, nous comptons tous sur des services basés sur le cloud, chaque bit supplémentaire de bande passante est précieux. À l'intérieur de ces racks d'ordinateurs, vous trouverez des systèmes avec des dizaines ou des centaines de cœurs de processeur et des baies de stockage ^(CPU)SSD à haute vitesse . Les améliorations de la bande passante PCIe aideront immédiatement à réduire la pression sur ces canaux de données tendus.

Avoir tellement plus de bande passante signifie que les applications d'IA et d'apprentissage automatique pourraient analyser plus de données en moins de temps. Cela implique que les applications HPC ( High-Performance Computing ) qui effectuent des travaux complexes en sciences, en ingénierie et en physique peuvent élargir leurs horizons.

Même les systèmes IoT ( Internet des objets^(Things) ) qui envoient un flot de données aux centres de données pour les traiter en temps réel bénéficieront massivement de la bande passante supplémentaire.

Qu'est-ce qui vient après PCI Express 6.0 ?

La technologie PCIe^(PCIe) existera pendant longtemps à moins que quelqu'un n'invente une technologie d'interconnexion périphérique radicalement meilleure. Des entreprises comme Intel , AMD et Apple font des choses passionnantes avec les technologies associées entre les puces à l'intérieur de leurs packages de processeurs. Avec des processeurs^(CPUs) comme Ryzen d' AMD et Alder Lake d' Intel bourrés de cœurs de processeur^(CPU) , ils doivent déplacer une énorme quantité de données. Nous sommes sûrs que le PCI-SIG peut apprendre quelques choses de ce qui se passe à l'intérieur de ces processeurs.

What Is PCIe 6.0 and How Is It Different?

PCIe 4.0 motherboards are оnly now starting to ship to customers, but that’s not slowing down the development of this crυcial periрheral connections ѕtandard. PCIe 6.0 is already on the table, with concrete improvements over the current cutting-edge standard.

Since PCIe is becoming fundamental in computers of all shapes and sizes, it’s worth talking about what PCIe is, what it’s used for, and what the new PCIe 6.0 will offer in the future.

The Basics of PCIe

PCIe is short for Peripheral Component Interconnect Express. Some of our readers who’ve been around computers for a while might remember the old PCI standard, but PCIe is to the original PCI standard as a fighter jet is to a paper airplane.

PCIe is both a protocol and a physical hardware connection standard. The most common PCIe hardware connection standard is the motherboard expansion slot. You connect expansion cards to these slots, and communication happens over the connecting pins. However, it’s possible to send PCIe protocol signals over other types of connections.

NVME SSDs using the M.2 connector can use PCIe, and this seems no different to the computer from an SSD connected through a standard PCIe slot. The Thunderbolt 3 and 4 standards also support sending PCIe signals over a cable. This is how eGPUs (external graphics cards) are possible.

PCIe devices send data in a serial fashion but across multiple, parallel lanes. An x16 PCIe slot on a computer’s motherboard can accommodate sixteen data channels at once. PCIe also offers x8, x4, and x1 slots. In general, graphics cards use the x16 slot because they need as much bandwidth as possible. While slower slots are usually physically shorter, it’s common for x16-length besides the primary one to be x8.

PCIe cards offer backward compatibility and cross-compatibility, so you can stick an x4 card in any PCIe slot that will physically accommodate it. It’s just that you’ll waste any PCIe lanes the x4 card doesn’t use. The same goes for using a PCIe 5.0 card in, for example, a 4.0 slot. It will work but be limited to the lowest common denominator.

Who Decides on the PCIe Standard?

The PCI Express standard is designed and approved by the PCI Special Interest Group (PCI-SIG), a consortium with members from the electronics and computer industry with a vested interest in the technology.

PCI-SIG was founded in 1992 as a group tasked with helping computer manufacturers correctly implement the Intel PCI standard. Today it’s a nonprofit organization with over 800 members.

The PCI-SIG board has AMD, ARM, Dell, IBM, Intel, Nvidia, Qualcomm, and more members. You might recognize these names as major computing device manufacturers, and having a shared standard makes their work much easier, not to mention the lives of their customers!

What Is PCIe Used For?

We’ve already mentioned expansion cards and SSDs above, so you’ve probably got a general idea of PCIe’s uses.

The PCIe standard connects just about any external peripheral device you can imagine. It offers a much wider bandwidth than USB, especially when looking at multiple lanes. PCIe also provides a direct path to the CPU, making it perfect for high-speed, low-latency applications.

Modern GPUs use sixteen lanes of  PCIe bandwidth to maximize their performance, but not every peripheral needs that much bandwidth. The latest PCIe 4.0 SSDs use “only” four lanes, but that’s enough to blow the SATA standard clear out of the water. While SATA tops out at 600 MB/s, high-end PCIe 4.0 drives can move more than 7000 MB/s.

PCIe expansion cards also accommodate sound cards, video capture cards, 10Gb Ethernet adapter, WiFi 6 cards,  Thunderbolt or USB controllers, and more. Peripherals that are integrated into your computer’s motherboard also use PCI Express. It’s just that the wiring is permanent and not in the form of a slot.

How Does PCIe 6.0 Improve on PCIe 5.0?

The headline improvement is usually a big leap in the data rate with every PCIe revision. That’s the amount of information that can be moved across the bus each second.

In that department, PCIe 6.0 does not disappoint. It fully doubles the already tremendous data transfer rate of PCIe 5.0 from 32 Gigatransfers per second (GT/s) to 64 GT/s per lane. Whereas PCIe 5.0 could shift 63 Gigabytes per second (GB/s), 6.0 can move up to 128 GB/s. That’s over an x16 connection, with more minor connections scaling down. It means an x8 PCIe 6.0 slot now has as much performance as an x16 5.0 slot.

This creates plenty of headroom for future GPUs and ultra-fast storage solutions. Not to mention incredible scope for external devices connected via PCIe or expansion cards that offer Thunderbolt and USB 4.

New Features in PCI Express 6.0

Making such a monumental performance leap in a single generation wasn’t easy. To achieve these numbers, the PCI-SIG engineers had to develop a few innovative new ways to move electrons around.

PAM4 Signaling

Quite possibly, the most significant change with PCIe 6.0 compared to previous generations of the interface is how data is encoded. 

PCI Express 6.0 uses PAM4, which is short for  Pulse Amplitude Modulation with four levels. If you know anything about electrical waveforms, you’ll know that the “amplitude” of the wave is how far the wave’s crest is from the baseline.

Older NRZ (Non-return-to-zero) PCIe encoding only had two amplitude levels per pulse during a clock cycle. PCIe 6 doubles that to four, increasing the amount of data encoded with each cycle. 

Forward Error Correction (FEC)

While the PAM4 encoding method provides a significant boost to speeds, it also provides a big boost to bit errors. In other words, one arrives at its destination instead of a zero, and vice versa.

To combat this, PCIe 6.0 has a new Forward Error Correction feature, which checks to make sure data is getting where it should go without getting corrupted, with the help of a robust CRC (Cyclic Redundancy Check) implementation.

One danger of adding more error correction steps into the pipeline is that you’ll add more latency. Additional latency has been a growing concern with various high-speed computer components. Although they can shift more and more data, they take longer to react to a request for data, which can cause issues of its own.

FEC has been designed to target adding no more than two nanoseconds of latency compared to previous versions of PCIe, which is a tiny bit of extra latency no human can detect.

FLIT Mode

FLIT mode was another measure introduced to improve error correction in PCIe 6.0. It organizes data into units of uniform size using a dedicated onboard flow control unit. This is necessary to check packets for errors since you can apply an algorithm to each data packet and check if the packet still gives the result when it reaches the other end of the pipeline.

The thing is, it turns out that FLIT mode also brings significant efficiency gains in other places. It helps lower latency, makes bandwidth usage more efficient, and lets PCIe 6.0 do away with much of the encoding overhead from previous versions. So although PAM4 adds up to 2ns of latency, FLIT mode saves on latency in other areas.

L0p Mode

One interesting feature in PCIe 6.0 is L0p mode. This mode reduces the number of lanes a peripheral uses to send and receive data. So if your laptop is running on battery power and the GPU doesn’t need 16-lanes to do its current job, it will drop down to only using the number of lanes it needs, saving electricity by increasing power efficiency.

Should You Wait for PCIe 6.0?

If you’re thinking about buying or building a new computer soon, should you wait for PCIe 6.0 motherboards to come out first? It’s always tempting to try and build a futureproof computer. What if a new GPU or SSD comes out that needs PCIe 6.0 to reach its full potential?

The short answer to this question is that you don’t have to worry about waiting for PCIe 6.0. At the time of writing, PCIe 5.0 motherboards have only started rolling out to consumers, and even the most high-end current GPUs are nowhere near needing PCIe 5.0.

In benchmarks comparing flagship cards like the RTX 3080 or RTX 3090 running on PCIe 3.0 and 4.0, the difference in performance was somewhere between nothing and 3%.  Yes, that’s right. We are only now reaching the limits of PCIe 3.0, and that’s only with the most expensive GPUs on the planet. Don’t sweat it—at least not for a few years. 

Remember that PCI-SIG has only published their final PCIe specification for version 6.0 on paper. While the final specification won’t change, it will be some time before we see much hardware that supports it, at least in the consumer space.

PCIe 6.0 Benefits Data Centers Today

That’s not to say PCIe 6.0 isn’t beneficial to someone already. In the giant data centers, we all rely on cloud-based services, every extra bit of bandwidth is precious. Inside those racks of computers, you’ll find systems with dozens or hundreds of CPU cores and arrays of high-speed SSD storage. The improvements in PCIe bandwidth will immediately help take the pressure off those straining data pipes.

Having so much more bandwidth means that AI and machine learning applications could analyze more data in less time. It implies that HPC (High-Performance Computing) applications that do complex work in science, engineering, and physics can broaden their horizons.

Even IoT (Internet of Things) systems that send a flood of data to data centers to process in real-time will benefit massively from the additional bandwidth.

What Comes After PCI Express 6.0?

PCIe technology will be around for a long time unless someone invents a peripheral interconnect technology that’s radically better. Companies like Intel, AMD, and Apple are doing exciting things with the related technologies between chips inside their processor packages. With CPUs like AMD’s Ryzen and Intel’s Alder Lake stuffed to the gills with CPU cores, they need to move a tremendous amount of data. We’re sure the PCI-SIG can learn a few things from what’s happening inside these processors.

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