مقدمة PCIe 6.0

أعلنت منظمة PCI-SIG عن الإصدار الرسمي لمعيار مواصفات PCIe 6.0 الإصدار 1.0، معلنة اكتماله.

استمرارًا للنهج المتبع، تتضاعف سرعة النطاق الترددي لتصل إلى 128 جيجابايت/ثانية (أحادي الاتجاه) عند x16، وبما أن تقنية PCIe تسمح بتدفق البيانات ثنائي الاتجاه، فإن إجمالي الإنتاجية ثنائية الاتجاه يبلغ 256 جيجابايت/ثانية. ووفقًا للخطة، ستتوفر نماذج تجارية بعد 12 إلى 18 شهرًا من نشر المعيار، أي حوالي عام 2023، على أن تكون متاحة أولًا على منصة الخوادم. وسيصدر معيار PCIe 6.0 بحلول نهاية العام كأقرب تقدير، بنطاق ترددي يبلغ 256 جيجابايت/ثانية.

بالعودة إلى التقنية نفسها، يُعتبر PCIe 6.0 أكبر تغيير في تاريخ PCIe الممتد لما يقارب 20 عامًا. وبصراحة، فإن PCIe 4.0/5.0 ما هو إلا تعديل طفيف على الإصدار 3.0، مثل ترميز 128 بت/130 بت القائم على NRZ (عدم العودة إلى الصفر).

انتقل PCIe 6.0 إلى إشارة PAM4 النبضية بتقنية AM، مع ترميز 1B-1B، حيث يمكن أن تكون الإشارة الواحدة بأربع حالات ترميز (00/01/10/11)، أي ضعف ما كان عليه الوضع سابقًا، مما يسمح بتردد يصل إلى 30 جيجاهرتز. ومع ذلك، نظرًا لأن إشارة PAM4 أكثر حساسية من NRZ، فقد تم تزويدها بآلية تصحيح الأخطاء الأمامية FEC لتصحيح أخطاء الإشارة في الرابط وضمان سلامة البيانات.

بالإضافة إلى تقنيتي PAM4 وFEC، تُعدّ تقنية FLIT (وحدة التحكم في التدفق) على المستوى المنطقي آخر التقنيات الرئيسية في PCIe 6.0. في الواقع، لا تُعتبر تقنيتا PAM4 وFLIT جديدتين، فقد استُخدمتا منذ فترة طويلة في شبكات إيثرنت فائقة السرعة 200G+، إلا أن سبب فشل PAM4 في الانتشار على نطاق واسع هو ارتفاع تكلفة الطبقة الفيزيائية.

بالإضافة إلى ذلك، يظل PCIe 6.0 متوافقًا مع الإصدارات السابقة.

يواصل PCIe 6.0 مضاعفة عرض نطاق الإدخال/الإخراج إلى 64 جيجابت/ثانية وفقًا للنهج المتبع، وهو ما ينطبق على عرض النطاق الترددي أحادي الاتجاه الفعلي لـ PCIe 6.0x1 البالغ 8 جيجابايت/ثانية، وعرض النطاق الترددي أحادي الاتجاه لـ PCIe 6.0x16 البالغ 128 جيجابايت/ثانية، وعرض النطاق الترددي ثنائي الاتجاه لـ PCIe 6.0x16 البالغ 256 جيجابايت/ثانية. أما محركات أقراص الحالة الصلبة PCIe 4.0 x4، الشائعة الاستخدام حاليًا، فستحتاج فقط إلى PCIe 6.0 x1 لتحقيق ذلك.

سيستمر معيار PCIe 6.0 في استخدام ترميز 128 بت/130 بت الذي طُرح في عصر PCIe 3.0. بالإضافة إلى ترميز CRC الأصلي، تجدر الإشارة إلى أن بروتوكول القناة الجديد يدعم أيضًا ترميز PAM-4 المستخدم في الإيثرنت وGDDR6x، ليحل محل ترميز NRZ في PCIe 5.0. يُمكن ضغط كمية أكبر من البيانات في قناة واحدة خلال نفس الفترة الزمنية، بالإضافة إلى آلية تصحيح أخطاء البيانات منخفضة زمن الوصول، والمعروفة باسم تصحيح الأخطاء الأمامي (FEC)، مما يجعل زيادة عرض النطاق الترددي ممكنة وموثوقة.

قد يتساءل الكثيرون: ما فائدة PCIe 6.0 في حال عدم استغلال عرض النطاق الترددي لتقنية PCIe 3.0 بالكامل؟ مع تزايد التطبيقات كثيفة البيانات، بما فيها تطبيقات الذكاء الاصطناعي، أصبحت قنوات الإدخال/الإخراج ذات معدلات النقل الأسرع مطلبًا متزايدًا من عملاء السوق الاحترافية. ويُمكن لعرض النطاق الترددي العالي لتقنية PCIe 6.0 إطلاق العنان لأداء المنتجات التي تتطلب عرض نطاق ترددي عالٍ للإدخال/الإخراج، مثل المعالجات المسرّعة وتطبيقات التعلّم الآلي والحوسبة عالية الأداء. كما تأمل مجموعة PCI-SIG في الاستفادة من نمو صناعة السيارات، التي تُعدّ مركزًا حيويًا لأشباه الموصلات، ولذلك شكّلت مجموعة PCI-SIG فريق عمل جديدًا متخصصًا في تقنية PCIe، يركز على كيفية زيادة استخدام هذه التقنية في صناعة السيارات، نظرًا لتزايد الطلب على عرض النطاق الترددي في هذا القطاع. مع ذلك، ونظرًا لإمكانية توصيل المعالج الدقيق ووحدة معالجة الرسومات وأجهزة الإدخال/الإخراج ووحدات تخزين البيانات بقناة البيانات، فإن حصول أجهزة الكمبيوتر على دعم واجهة PCIe 6.0 يتطلب من مصنعي اللوحات الأم توخي الحذر الشديد عند اختيار الكابلات القادرة على نقل الإشارات عالية السرعة، كما يتعين على مصنعي الشرائح اتخاذ الاستعدادات اللازمة. امتنع متحدث باسم شركة إنتل عن تحديد موعد إضافة دعم PCIe 6.0 للأجهزة، لكنه أكد أن معالجات Alder Lake المخصصة للمستهلكين ومعالجات Sapphire Rapids وPonte Vecchio المخصصة للخوادم ستدعم PCIe 5.0. كما امتنعت شركة NVIDIA عن تحديد موعد طرح PCIe 6.0. مع ذلك، تدعم وحدات معالجة BlueField-3 المخصصة لمراكز البيانات بالفعل PCIe 5.0. تحدد مواصفات PCIe فقط الوظائف والأداء والمعايير التي يجب تنفيذها على مستوى الطبقة الفيزيائية، دون تحديد كيفية تنفيذها. بمعنى آخر، يمكن للمصنعين تصميم بنية الطبقة الفيزيائية لـ PCIe وفقًا لاحتياجاتهم وظروفهم الفعلية لضمان الأداء الأمثل! وهذا يمنح مصنعي الكابلات مساحة أكبر للمناورة.