بدأت اللوحات الأم PCIe 4.0 الآن في شحنها إلى العملاء، ولكن هذا لا يؤدي إلى إبطاء تطوير معيار الاتصالات الطرفية المهم هذا. بكيي 6.0 مطروحة بالفعل، مع إدخال تحسينات ملموسة على المعيار المتطور الحالي.
نظرًا لأن PCIe أصبح أمرًا أساسيًا في أجهزة الكمبيوتر بجميع أشكالها وأحجامها، فمن الجدير الحديث عن ماهية PCIe، والغرض من استخدامه، وما الذي سيقدمه PCIe 6.0 الجديد في المستقبل.
أساسيات PCIe
PCIe هو اختصار لـ Peripheral Component Interconnect Express. قد يتذكر بعض قرائنا الذين استخدموا أجهزة الكمبيوتر لفترة من الوقت معيار PCI القديم، ولكن PCIe يتوافق مع معيار PCI الأصلي مثل الطائرة المقاتلة والطائرة الورقية.
يعد PCIe بمثابة بروتوكول ومعيار اتصال مادي للأجهزة. معيار اتصال أجهزة PCIe الأكثر شيوعًا هو فتحة توسيع اللوحة الأم. تقوم بتوصيل بطاقات التوسعة بهذه الفتحات، ويتم الاتصال عبر دبابيس التوصيل. ومع ذلك، من الممكن إرسال إشارات بروتوكول PCIe عبر أنواع أخرى من الاتصالات.
يمكن لمحركات أقراص NVME SSD التي تستخدم الموصل م.2 استخدام PCIe، ولا يبدو هذا مختلفًا بالنسبة للكمبيوتر عن SSD المتصل عبر فتحة PCIe قياسية. تدعم معايير Thunderbolt 3 و4 أيضًا إرسال إشارات PCIe عبر الكابل. هذه هي الطريقة التي يمكن بها وحدات eGPU (بطاقات الرسومات الخارجية).
ترسل أجهزة PCIe البيانات بطريقة تسلسلية ولكن عبر مسارات متعددة ومتوازية. يمكن لفتحة x16 PCIe الموجودة على اللوحة الأم للكمبيوتر أن تستوعب ستة عشر قناة بيانات في وقت واحد. يوفر PCIe أيضًا فتحات x8 وx4 وx1. بشكل عام، تستخدم بطاقات الرسومات فتحة x16 لأنها تحتاج إلى أكبر قدر ممكن من النطاق الترددي. في حين أن الفتحات الأبطأ عادة ما تكون أقصر ماديًا، فمن الشائع أن يكون طول x16 إلى جانب الفتحة الأساسية هو x8.
توفر بطاقات PCIe التوافق مع الإصدارات السابقة والتوافق المتبادل، لذا يمكنك وضع بطاقة x4 في أي فتحة PCIe يمكنها استيعابها فعليًا. كل ما في الأمر أنك ستهدر أي ممرات PCIe لا تستخدمها بطاقة x4. وينطبق الشيء نفسه على استخدام بطاقة PCIe 5.0، على سبيل المثال، في فتحة 4.0. سوف ينجح الأمر ولكن يقتصر على القاسم المشترك الأدنى.
من الذي يقرر معيار PCIe؟
.تم تصميم معيار PCI Express والموافقة عليه بواسطة مجموعة المصالح الخاصة PCI (PCI-SIG)، وهو اتحاد يضم أعضاء من صناعة الإلكترونيات والكمبيوتر ذوي الاهتمامات الخاصة بالتكنولوجيا.
تأسست PCI-SIG في عام 1992 كمجموعة مكلفة بمساعدة مصنعي أجهزة الكمبيوتر على تنفيذ معيار Intel PCI بشكل صحيح. وهي اليوم منظمة غير ربحية تضم أكثر من 800 عضو.
تحتوي لوحة PCI-SIG على AMD وARM وDell وIBM وIntel وNvidia وQualcomm والمزيد من الأعضاء. قد تتعرف على هذه الأسماء باعتبارها شركات تصنيع أجهزة كمبيوتر رئيسية، كما أن وجود معيار مشترك يجعل عملهم أسهل بكثير، ناهيك عن حياة عملائهم!
ما هو استخدام PCIe؟
لقد ذكرنا بالفعل بطاقات التوسعة ومحركات أقراص SSD أعلاه، لذا ربما تكون لديك فكرة عامة عن استخدامات PCIe.
يتصل معيار PCIe بأي جهاز طرفي خارجي يمكنك تخيله. فهو يوفر نطاقًا تردديًا أوسع بكثير من USB، خاصة عند النظر إلى مسارات متعددة. يوفر PCIe أيضًا مسارًا مباشرًا إلى وحدة المعالجة المركزية (CPU)، مما يجعله مثاليًا للتطبيقات عالية السرعة وزمن الوصول المنخفض.
تستخدم وحدات معالجة الرسومات الحديثة ستة عشر مسارًا من عرض النطاق الترددي لـ PCIe لتحقيق أقصى قدر من الأداء، ولكن لا تحتاج كل الأجهزة الطرفية إلى هذا النطاق الترددي الكبير. تستخدم أحدث محركات أقراص PCIe 4.0 SSD أربعة مسارات "فقط"، ولكن هذا يكفي لإخراج معيار SATA من الماء. بينما تصل سرعة SATA إلى 600 ميجابايت/ثانية، يمكن لمحركات أقراص PCIe 4.0 المتطورة نقل أكثر من 7000 ميجابايت/ثانية.
تستوعب بطاقات توسيع PCIe أيضًا بطاقات الصوت ، وبطاقات التقاط الفيديو، ومحول إيثرنت بسرعة 10 جيجابت، وبطاقات WiFi 6، صاعقة أو وحدات تحكم USB، والمزيد. تستخدم الأجهزة الطرفية المدمجة في اللوحة الأم للكمبيوتر الخاص بك أيضًا PCI Express. كل ما في الأمر أن الأسلاك دائمة وليست على شكل فتحة.
كيف يمكن تحسين PCIe 6.0 على PCIe 5.0؟
عادةً ما يمثل التحسين الرئيسي قفزة كبيرة في معدل البيانات مع كل مراجعة لـ PCIe. وهذا هو مقدار المعلومات التي يمكن نقلها عبر الحافلة في كل ثانية.
في هذا القسم، لا يخيب PCIe 6.0 الآمال. إنه يضاعف معدل نقل البيانات الهائل بالفعل لـ PCIe 5.0 من 32 جيجا نقل في الثانية (GT/s) إلى 64 جيجا بايت/ثانية لكل حارة. في حين أن PCIe 5.0 يمكنه نقل 63 جيجابايت في الثانية (GB/s)، يمكن لـ 6.0 نقل ما يصل إلى 128 جيجابايت/ثانية. وهذا عبر اتصال x16، مع تقليص عدد الاتصالات الثانوية. وهذا يعني أن فتحة x8 PCIe 6.0 تتمتع الآن بنفس الأداء الذي تتمتع به فتحة x16 5.0..
يخلق هذا مساحة كبيرة لوحدات معالجة الرسومات المستقبلية وحلول التخزين فائقة السرعة. ناهيك عن النطاق المذهل للأجهزة الخارجية المتصلة عبر PCIe أو بطاقات التوسيع التي توفر Thunderbolt وUSB 4.
ميزات جديدة في PCI Express 6.0
لم يكن تحقيق مثل هذه القفزة الهائلة في الأداء في جيل واحد أمرًا سهلاً. لتحقيق هذه الأرقام، كان على مهندسي PCI-SIG تطوير بعض الطرق الجديدة والمبتكرة لتحريك الإلكترونات.
إشارة PAM4
من المحتمل جدًا أن التغيير الأكثر أهمية في PCIe 6.0 مقارنة بالأجيال السابقة من الواجهة هو كيفية تشفير البيانات.
يستخدم PCI Express 6.0 PAM4، وهو اختصار لـ تعديل سعة النبض بأربعة مستويات.إذا كنت تعرف أي شيء عن أشكال الموجات الكهربائية، فستعرف أن "سعة" الموجة هي مدى بعدها. قمة الموجة تكون من خط الأساس.
كان ترميز PCIe الأقدم NRZ (عدم العودة إلى الصفر) مستويين من السعة لكل نبضة أثناء دورة الساعة. يضاعف PCIe 6 ذلك إلى أربعة، مما يزيد من كمية البيانات المشفرة مع كل دورة.
تصحيح الخطأ الأمامي (FEC)
بينما توفر طريقة التشفير PAM4 زيادة كبيرة في السرعات، فإنها توفر أيضًا زيادة كبيرة في أخطاء البت. بمعنى آخر، يصل المرء إلى وجهته بدلاً من الصفر، والعكس صحيح.
لمكافحة ذلك، يحتوي PCIe 6.0 على ميزة جديدة لتصحيح الأخطاء الأمامية، والتي تتحقق للتأكد من وصول البيانات إلى المكان الذي يجب أن تذهب إليه دون تعرضها للتلف، وذلك بمساعدة تنفيذ CRC (التحقق من التكرار الدوري) القوي.
أحد مخاطر إضافة المزيد من خطوات تصحيح الأخطاء في المسار هو أنك ستضيف المزيد من زمن الاستجابة. كان الكمون الإضافي مصدر قلق متزايد مع العديد من مكونات الكمبيوتر عالية السرعة. على الرغم من أنه يمكنهم نقل المزيد والمزيد من البيانات، إلا أنهم يستغرقون وقتًا أطول للرد على طلب البيانات، مما قد يسبب مشكلات خاصة بهم.
تم تصميم FEC لاستهداف إضافة ما لا يزيد عن نانوثانية من زمن الوصول مقارنة بالإصدارات السابقة من PCIe، وهو جزء صغير جدًا من زمن الوصول الإضافي الذي لا يمكن لأي إنسان اكتشافه.
وضع الطيران
كان وضع FLIT بمثابة إجراء آخر تم تقديمه لتحسين تصحيح الأخطاء في PCIe 6.0. يقوم بتنظيم البيانات في وحدات ذات حجم موحد باستخدام وحدة التحكم في التدفق المخصصة على متن الطائرة. يعد ذلك ضروريًا للتحقق من عدم وجود أخطاء في الحزم حيث يمكنك تطبيق خوارزمية على كل حزمة بيانات والتحقق مما إذا كانت الحزمة لا تزال تعطي النتيجة عندما تصل إلى الطرف الآخر من المسار..
الأمر هو أنه اتضح أن وضع FLIT يحقق أيضًا مكاسب كبيرة في الكفاءة في أماكن أخرى. فهو يساعد على تقليل زمن الوصول، ويجعل استخدام النطاق الترددي أكثر كفاءة، ويتيح لـ PCIe 6.0 التخلص من الكثير من حمل التشفير من الإصدارات السابقة. لذا، على الرغم من أن PAM4 يضيف ما يصل إلى 2 نانو ثانية من زمن الوصول، فإن وضع FLIT يوفر زمن الوصول في مناطق أخرى.
وضع L0p
إحدى الميزات المثيرة للاهتمام في PCIe 6.0 هي وضع L0p. يقلل هذا الوضع من عدد الممرات التي يستخدمها الجهاز الطرفي لإرسال البيانات واستقبالها. لذا، إذا كان الكمبيوتر المحمول الخاص بك يعمل بطاقة البطارية ولم تكن وحدة معالجة الرسومات بحاجة إلى 16 مسارًا للقيام بعملها الحالي، فسوف تنخفض إلى استخدام عدد الممرات التي تحتاجها فقط، مما يوفر الكهرباء عن طريق زيادة كفاءة الطاقة.
هل يجب عليك انتظار PCIe 6.0؟
إذا كنت تفكر في شراء أو بناء جهاز كمبيوتر جديد قريبًا، فهل يجب عليك الانتظار حتى ظهور اللوحات الأم PCIe 6.0 أولاً؟ من المغري دائمًا محاولة بناء جهاز كمبيوتر مقاوم للمستقبل. ماذا لو ظهرت وحدة معالجة رسومات أو SSD جديدة تحتاج إلى PCIe 6.0 للوصول إلى إمكاناتها الكاملة؟
الإجابة المختصرة على هذا السؤال هي أنه لا داعي للقلق بشأن انتظار PCIe 6.0. في وقت كتابة هذا التقرير، كانت اللوحات الأم PCIe 5.0 قد بدأت للتو في طرحها للمستهلكين، وحتى أحدث وحدات معالجة الرسوميات الحالية ليست قريبة من الحاجة إلى PCIe 5.0.
في المعايير مقارنة البطاقات الرئيسية مثل RTX 3080 أو RTX 3090 التي تعمل على PCIe 3.0 و4.0، كان الفرق في الأداء يتراوح بين لا شيء و3%. نعم هذا صحيح. لقد وصلنا الآن فقط إلى حدود PCIe 3.0، وهذا فقط مع أغلى وحدات معالجة الرسومات على هذا الكوكب. لا تقلق، على الأقل ليس لبضع سنوات.
تذكر أن PCI-SIG قامت فقط بنشر مواصفات PCIe النهائية للإصدار 6.0 على الورق. على الرغم من أن المواصفات النهائية لن تتغير، إلا أننا سنستغرق بعض الوقت قبل أن نرى الكثير من الأجهزة التي تدعمها، على الأقل في مجال المستهلك.
يفيد PCIe 6.0 مراكز البيانات اليوم
هذا لا يعني أن PCIe 6.0 ليس مفيدًا لشخص ما بالفعل. في مراكز البيانات العملاقة، نعتمد جميعًا على الخدمات السحابية، وكل جزء إضافي من النطاق الترددي ثمين. ستجد داخل رفوف أجهزة الكمبيوتر هذه أنظمة تحتوي على عشرات أو مئات من مراكز وحدة المعالجة المركزية ومصفوفات تخزين SSD عالية السرعة. ستساعد التحسينات في عرض النطاق الترددي PCIe على الفور في تخفيف الضغط عن أنابيب البيانات المرهقة..
يعني وجود نطاق ترددي أكبر بكثير أن تطبيقات الذكاء الاصطناعي والتعلم الآلي يمكنها تحليل المزيد من البيانات في وقت أقل. وهذا يعني أن تطبيقات HPC (الحوسبة عالية الأداء) التي تقوم بأعمال معقدة في العلوم والهندسة والفيزياء يمكنها توسيع آفاقها.
حتى أنظمة إنترنت الأشياء (IoT) التي ترسل سيلًا من البيانات إلى مراكز البيانات لمعالجتها في الوقت الفعلي ستستفيد بشكل كبير من النطاق الترددي الإضافي.
ماذا يأتي بعد PCI Express 6.0؟
ستظل تقنية PCIe موجودة لفترة طويلة ما لم يخترع شخص ما تقنية ربط طرفية أفضل بشكل جذري. تقوم شركات مثل Intel وAMD وApple بأشياء مثيرة فيما يتعلق بالتقنيات ذات الصلة بين الشرائح الموجودة داخل حزم المعالجات الخاصة بها. مع وجود وحدات المعالجة المركزية (CPUs) مثل Ryzen من AMD وAlder Lake من Intel الممتلئة بأنوية وحدة المعالجة المركزية، فإنها تحتاج إلى نقل كمية هائلة من البيانات. نحن على يقين من أن PCI-SIG يمكنه تعلم بعض الأشياء مما يحدث داخل هذه المعالجات.
.