拆解 PCIe 6.0：下一代数据传输技术

2024-01-21 03:01

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技术发展很快。有时，太快了。

虽然业界仍在适应 PCIe 4.0 在消费产品中的应用，并且 PCIe 5.0 刚刚推出，但 PCIe 6.0 已经加入了竞争。PCIe，有时也称为“PCI Express”，代表外围组件互连 Express，由外围组件互连特别兴趣组 (PCI-SIG) 于 1992 年创立。PCIe 是声卡、显卡、SSD和网卡等扩展卡在我们的设备内传输数据所使用的标准。

更好的 PCIe 标准可以直接转化为设备性能的提高，无论是游戏机、高级网络还是使用工具进行科学研究。如果我们将设备中的各种组件比作高速列车，以及它们需要向车上乘客传送的数据，那么 PCIe 就是轨道。随着火车变得更快、更先进，需要更好的轨道。这个比喻不成立的地方在于变化的速度。更好的设备不断被开发出来，从而产生了对更快、更强大的 PCIe 标准的需求。

从这个角度来看，PCIe 2.0 提供每秒 5 GB 传输 (GT/s) 的比特率和 20% 的编码开销，从而提供约 4 Gb/s 的带宽。PCIe 3.0 及后续版本采用了更高效的编码技术，将开销降低至仅 1.5%，这意味着速度显着提高。这些标准分别于2007年和2010年推出。2017 年推出的 PCIe 4.0 实现了 16 GT/s，而 2019 年推出的 PCIe 5.0 将其翻倍至 32 GT/s。

现在，随着 PCIe 6.0 于 2022 年发布，该标准又实现了飞跃，提供了惊人的 64 GT/s。具体来说，PCIe 6.0的单通道（x1）可以实现7.56GB/s的带宽，16通道（x16）配置可以达到121GB/s。这种巨大的带宽增益对于高性能应用程序至关重要，可确保更快的数据传输和减少延迟，这对于实时操作和人工智能建模等高性能计算任务至关重要。当我们深入研究 PCIe 6.0 的影响时，有必要了解它的重要性、它的运作方式以及它对市场的总体影响。

从 PCIe 5.0 到 PCIe 6.0：不仅仅是一个数字

PCIe 5.0 主要由服务器、计算和 GPU 应用程序驱动。然而，向 PCIe 6.0 的过渡注定会受到不同应用集的影响。最显着的进步之一是从 CXL 3.0 开始，引入了专门设计的 Compute Express Link™ (CXL)。CXL 是一种互连技术，由英特尔、微软、谷歌等计算公司联盟设计，用于处理设备中央处理单元与其外围设备（例如加速器、内存缓冲区和智能 I/O）之间的数据访问（输入/输出）设备。虽然 CXL 具有早期规范，但 3.0 及后续版本预计将获得巨大的关注，因为它们的设计与 PCIe 6.0 完美一致。

新一代 PCIe 和 CXL 的主要驱动力是人工智能(AI) 和机器学习 (ML) 应用。这些技术需要极低延迟的 I/O。像NVIDIA这样的主要厂商，其图形处理器用于驱动机器学习，处于这一转变的最前沿，但这无疑是未来发展的一个迹象。

PCIe 6.0将如何影响市场

首先，PCIe 6.0 的采用不会在所有领域都是统一的。例如，在可预见的未来，包括笔记本电脑和台式机 CPU 在内的客户端市场可能会继续依赖 PCIe 5.0。PCIe 5.0 已经为大多数当前消费级应用提供了足够的带宽，升级到 PCIe 6.0 标准的成本将超过任何潜在收益 - 至少目前如此。对于客户端市场来说，升级到 PCIe 6.0 类似于在内容分辨率为4k的情况下推出8k分辨率电视。

相反，服务器计算行业以及 GPU 对 PCIe 6.0 的迫切需求将更加明显。在这些特定的应用程序中，需要高数据吞吐量来运行大规模模拟、处理海量数据集或托管高级的基于云的应用程序。随着云服务提供商开始投资 GPT 等生成式 AI 技术，PCIe 6.0 提供的增加的数据带宽开始显得非常有吸引力。大规模计算操作也可以证明升级到新 PCIe 标准的成本是合理的，因为随着时间的推移，收益会相对更大。

采用 PCIe 6.0 的潜在挑战

向 PCIe 6.0 的过渡给开发人员带来了复杂性。PCIe 6.0 中引入 PAM-4 电气信号等技术具有巨大潜力，但开发人员需要更精确的设计才能利用这些技术。PAM-4 允许在相同的时间内发送更多的数据，但由于信号电平更接近，它也使系统对噪声和错误更加敏感。PCIe 6.0 中一种名为 FLIT 的数据打包新方法将数据分解为更小、更易于管理的单元，这可以提高效率并减少延迟，但也需要重新思考数据的打包和处理方式。

PCIe 6.0 的进展标志着数据传输技术的重要一步。随着行业不断发展，以及人工智能和机器学习应用变得更加普遍，对更快、更高效的数据传输方法的需求无疑会增长。PCIe 6.0 凭借其先进的带宽和功能，似乎已经做好了满足这些需求的准备，并将很快塑造数据传输的未来。

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