PCIe 4.0 マザーボードは顧客への出荷が始まったばかりですが、この重要な周辺機器接続規格の開発が遅れているわけではありません。 PCIe6.0 は、現在の最先端の標準を具体的に改善したもので、すでに検討されています。
PCIe はあらゆる形状やサイズのコンピューターの基礎になりつつあるため、PCIe とは何なのか、何に使用されるのか、新しい PCIe 6.0 が将来何を提供するのかについて話しておく価値があります。
PCIe の基本
PCIe はPeripheral Component Interconnect Expressの略称です。しばらくコンピュータに親しんでいる読者の中には、古い PCI 標準を覚えている人もいるかもしれませんが、戦闘機が紙飛行機に相当するのと同じように、PCIe も元の PCI 標準に準拠しています。
PCIe は、プロトコルであると同時に物理ハードウェア接続規格でもあります。最も一般的な PCIe ハードウェア接続規格は、マザーボード拡張スロットです。拡張カードをこれらのスロットに接続すると、接続ピンを介して通信が行われます。ただし、他のタイプの接続を介して PCIe プロトコル信号を送信することは可能です。
M.2 コネクタを使用する NVME SSD は PCIe を使用できます。これは、コンピュータにとっては標準の PCIe スロットを介して接続された SSD と何ら変わりません。 Thunderbolt 3 および 4 規格は、ケーブルを介した PCIe 信号の送信もサポートしています。このようにして eGPU (外部グラフィックス カード) が可能です。
PCIe デバイスはデータをシリアル形式で送信しますが、複数の並列レーンにまたがって送信します。コンピューターのマザーボード上の x16 PCIe スロットは、一度に 16 個のデータ チャネルを収容できます。 PCIe には x8、x4、および x1 スロットもあります。一般に、グラフィックス カードはできるだけ多くの帯域幅を必要とするため、x16 スロットを使用します。通常、遅いスロットは物理的に短くなりますが、プライマリスロット以外の x16 長が x8 であるのが一般的です。
PCIe カードは下位互換性と相互互換性を提供するため、x4 カードを物理的に収容できる任意の PCIe スロットに挿入できます。 x4 カードが使用しない PCIe レーンが無駄になるだけです。たとえば、4.0 スロットで PCIe 5.0 カードを使用する場合も同様です。これは機能しますが、最小公倍数に制限されます。
PCIe 規格は誰が決定しますか?
.PCI Express 標準は、このテクノロジーに利害関係を持つエレクトロニクスおよびコンピュータ業界のメンバーで構成されるコンソーシアムである PCI 特別利益グループ (PCI-SIG) によって設計および承認されています。
PCI-SIG は、コンピュータ メーカーがインテル PCI 標準を正しく実装できるよう支援することを使命とするグループとして 1992 年に設立されました。現在、800 名を超える会員を擁する非営利団体です。
PCI-SIG ボードには、AMD、ARM、Dell、IBM、Intel、Nvidia、Qualcomm などがメンバーとして参加しています。これらの名前は大手コンピューティング デバイス メーカーとして見覚えがあるかもしれませんが、共通の標準があることで、顧客の生活はもちろんのこと、メーカーの仕事もはるかに容易になります。
PCIe は何に使用されますか?
拡張カードと SSD については上ですでに説明したので、PCIe の用途についてはおおよそ理解できたと思います。
PCIe 標準は、想像できるほぼすべての外部周辺機器を接続します。特に複数のレーンを見た場合、USB よりもはるかに広い帯域幅を提供します。 PCIe は CPU への直接パスも提供するため、高速かつ低遅延のアプリケーションに最適です。
最新の GPU は、パフォーマンスを最大化するために 16 レーンの PCIe 帯域幅を使用しますが、すべての周辺機器がそれほど多くの帯域幅を必要とするわけではありません。最新の PCIe 4.0 SSD は 4 レーン「のみ」を使用しますが、SATA 規格を完全に消し去るには十分です。 SATA の最高速度は 600 MB/秒ですが、ハイエンド PCIe 4.0 ドライブは 7000 MB/秒を超える速度で移動できます。
PCIe 拡張カードには、サウンドカード 個、ビデオ キャプチャ カード、10Gb イーサネット アダプタ、WiFi 6 カード、落雷 個または USB コントローラなども収納できます。コンピューターのマザーボードに統合されている周辺機器も PCI Express を使用します。ただ、配線はスロットの形ではなく、永久的なものです。
PCIe 6.0 は PCIe 5.0 よりもどのように改善されていますか?
ヘッドラインの改善は、通常、PCIe リビジョンごとにデータ レートが大幅に向上することです。これは、1 秒間にバス上で移動できる情報の量です。
その点では、PCIe 6.0 は期待を裏切りません。これにより、PCIe 5.0 のすでに驚異的なデータ転送速度が 1 秒あたり 32 ギガ転送 (GT/s) から 1 レーンあたり 64 GT/s へと完全に 2 倍になります。 PCIe 5.0 は 1 秒あたり 63 ギガバイト (GB/秒) で移動できますが、6.0 は最大 128 GB/秒で移動できます。これは x16 接続上でのことであり、よりマイナーな接続はスケールダウンされます。これは、x8 PCIe 6.0 スロットが x16 5.0 スロットと同等のパフォーマンスを備えていることを意味します。.
これにより、将来の GPU や超高速ストレージ ソリューションに向けた十分な余裕が生まれます。 PCIe または Thunderbolt と USB 4 を提供する拡張カードを介して接続された外部デバイスの範囲は言うまでもありません。
PCI Express 6.0 の新機能
一世代でこれほどの驚異的なパフォーマンスの飛躍を達成するのは簡単ではありませんでした。これらの数値を達成するために、PCI-SIG エンジニアは電子を移動させる革新的な新しい方法をいくつか開発する必要がありました。
PAM4 シグナリング
おそらく、前世代のインターフェイスと比較した PCIe 6.0 での最も重要な変更点は、データのエンコード方法です。
PCI Express 6.0 は PAM4 を使用します。これは、4 レベルのパルス振幅変調の略です。電気波形について少しでも知っている人なら、波の「振幅」がどのくらいの距離であるかがわかるでしょう。波頭はベースラインからのものです。
古い NRZ (Non-return-to-zero) PCIe エンコードでは、クロック サイクル中にパルスごとに 2 つの振幅レベルしかありませんでした。 PCIe 6 ではこれが 2 倍の 4 になり、各サイクルでエンコードされるデータの量が増加します。
前方誤り訂正 (FEC)
PAM4 エンコード方式は速度を大幅に向上させますが、ビット エラーも大幅に向上させます。言い換えれば、ゼロではなく 1 が目的地に到着し、その逆も同様です。
これに対処するために、PCIe 6.0 には新しい前方誤り訂正機能が搭載されています。この機能は、堅牢な CRC (巡回冗長検査) 実装を利用して、データが破損することなく目的地に到達していることを確認します。
パイプラインにエラー修正ステップを追加すると、レイテンシがさらに増加するという危険性があります。さまざまな高速コンピュータ コンポーネントでは、さらなる遅延が懸念されています。どんどん多くのデータを移行できますが、データのリクエストへの反応に時間がかかるため、それ自体が問題を引き起こす可能性があります。
FEC は、以前のバージョンの PCIe と比較して遅延が 2 ナノ秒以内に追加されることを目標に設計されています。これは、人間が検出できないわずかな余分な遅延です。
FLIT モード
FLIT モードは、PCIe 6.0 のエラー訂正を改善するために導入されたもう 1 つの手段です。専用のオンボード フロー制御ユニットを使用して、データを均一なサイズのユニットに編成します。これは、各データ パケットにアルゴリズムを適用し、パケットがパイプラインのもう一方の端に到着したときにも結果が得られるかどうかを確認できるため、パケットのエラーをチェックするために必要です。.
実際のところ、FLIT モードは他の場所でも大幅な効率向上をもたらすことが判明しました。これにより、レイテンシが短縮され、帯域幅の使用効率が向上し、PCIe 6.0 では以前のバージョンのエンコード オーバーヘッドの多くが不要になります。したがって、PAM4 では最大 2ns のレイテンシが追加されますが、FLIT モードでは他の領域のレイテンシが節約されます。
L0p モード
PCIe 6.0 の興味深い機能の 1 つは L0p モードです。このモードでは、ペリフェラルがデータの送受信に使用するレーンの数が減ります。したがって、ラップトップがバッテリー電源で動作しており、GPU が現在のジョブを実行するために 16 レーンを必要としない場合は、必要なレーン数のみを使用するようになり、電力効率が向上して電力が節約されます。
PCIe 6.0 まで待つべきですか?
すぐに新しいコンピューターを購入または構築することを考えている場合、まず PCIe 6.0 マザーボードが発売されるのを待ったほうがよいでしょうか?将来性のあるコンピューターを構築してみようという誘惑は常にあります。新しい GPU または SSD が登場し、その可能性を最大限に発揮するには PCIe 6.0 が必要な場合はどうなりますか?
この質問に対する簡単な答えは、PCIe 6.0 を待つ必要はない、ということです。この記事の執筆時点では、PCIe 5.0 マザーボードは消費者への展開が始まったばかりであり、最新のハイエンド GPU でさえ PCIe 5.0 を必要とするところには程遠いです。
PCIe 3.0 と 4.0 で動作する RTX 3080 や RTX 3090 などのフラッグシップ カードを比較した ベンチマーク では、パフォーマンスの差はゼロから 3% の間でした。はい、そうです。私たちは今、PCIe 3.0 の限界に到達しつつありますが、それは地球上で最も高価な GPU を使用した場合に限られます。少なくとも数年間は気にしないでください。
PCI-SIG は、バージョン 6.0 の最終的な PCIe 仕様を紙の上でのみ公開していることに注意してください。最終的な仕様は変更されませんが、少なくとも消費者向けの分野で、それをサポートする多くのハードウェアが登場するまでにはしばらく時間がかかるでしょう。
PCIe 6.0 は今日のデータセンターにメリットをもたらします
だからと言って、PCIe 6.0 がすでに誰かにとって有益ではないというわけではありません。巨大なデータセンターでは、私たちは皆クラウドベースのサービスに依存しており、余分な帯域幅はすべて貴重です。コンピューターのラック内には、数十、数百の CPU コアと高速 SSD ストレージのアレイを備えたシステムがあります。 PCIe 帯域幅の向上は、データ パイプの負担を軽減するのにすぐに役立ちます。.
帯域幅が大幅に増加するということは、AI および機械学習アプリケーションがより短い時間でより多くのデータを分析できることを意味します。これは、科学、工学、物理学の複雑な作業を実行する HPC (ハイパフォーマンス コンピューティング) アプリケーションが視野を広げることができることを意味します。
大量のデータをデータセンターに送信してリアルタイムで処理する IoT (モノのインターネット) システムでも、追加の帯域幅から大きなメリットが得られます。
PCI Express 6.0 の後に何が来るのですか?
PCIe テクノロジーは、誰かが根本的に優れたペリフェラル相互接続テクノロジーを発明しない限り、長期間存続するでしょう。 Intel、AMD、Apple などの企業は、プロセッサ パッケージ内のチップ間の関連テクノロジを使用して、エキサイティングな取り組みを行っています。 AMD の Ryzen や Intel の Alder Lake のような CPU には CPU コアがぎっしり詰まっているため、膨大な量のデータを移動する必要があります。 PCI-SIG は、これらのプロセッサー内で何が起こっているかからいくつかのことを学べると確信しています。
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