PCIe 4.0 마더보드는 이제야 고객에게 배송되기 시작했지만 이것이 이 중요한 주변 장치 연결 표준의 개발을 늦추지는 않습니다. PCIe 6.0 은 현재의 최첨단 표준에 대한 구체적인 개선 사항과 함께 이미 테이블에 있습니다.
PCIe 는 모든 모양과 크기의 컴퓨터에서 기본이 되고 있으므로 PCIe 가 무엇 인지, 무엇에 사용되는지, 그리고 새로운 PCIe 6.0(PCIe 6.0) 이 미래에 무엇을 제공할 것인지에 대해 이야기할 가치가 있습니다.
PCIe의 기본
PCIe는 Peripheral Component Interconnect Express 의 약자입니다 . 잠시 동안 컴퓨터 주변에 있었던 독자 중 일부는 이전 PCI 표준을 기억할 수 있지만 PCIe 는 전투기가 종이 비행기에 대한 것처럼 PCIe 가 원래 PCI 표준입니다.(PCI)
PCIe 는 프로토콜이자 물리적 하드웨어 연결 표준입니다. 가장 일반적인 PCIe 하드웨어 연결 표준은 마더보드 확장 슬롯입니다. 확장 카드를 이 슬롯에 연결하면 연결 핀을 통해 통신이 이루어집니다. 그러나 다른 유형의 연결을 통해 PCIe(PCIe) 프로토콜 신호 를 보낼 수 있습니다.
M.2 커넥터를 사용하는 NVME SSD는 PCIe 를 사용할 수 있으며, 이는 표준 (PCIe)PCIe 슬롯 을 통해 연결된 SSD 와 컴퓨터와 별반 다를 바가 없어 보인다 . Thunderbolt 3 및 4 표준은 케이블을 통한 PCIe 신호 전송도 지원 합니다 . (PCIe)이것이 eGPU(eGPUs) (외장 그래픽 카드)가 가능한 방법입니다.
PCIe 장치는 직렬 방식으로 데이터를 전송하지만 여러 병렬 레인을 통해 전송합니다. 컴퓨터 마더보드 의 x16 PCIe 슬롯은 한 번에 16개의 데이터 채널을 수용할 수 있습니다. PCIe 는 x8, x4 및 x1 슬롯도 제공합니다. 일반적으로 그래픽 카드는 가능한 한 많은 대역폭이 필요하기 때문에 x16 슬롯을 사용합니다. 느린 슬롯은 일반적으로 물리적으로 더 짧지만 기본 슬롯 외에 x16 길이가 x8인 경우가 일반적입니다.
PCIe 카드는 이전 버전과의 호환성 및 상호 호환성을 제공하므로 x4 카드를 물리적으로 수용할 수 있는 모든 PCIe 슬롯에 꽂을 수 있습니다. (PCIe)x4 카드가 사용하지 않는 PCIe(PCIe) 레인 을 낭비하게 될 뿐입니다 . 예를 들어 4.0 슬롯에서 PCIe 5.0 카드 를 사용하는 경우에도 마찬가지 입니다. 작동하지만 가장 낮은 공통 분모로 제한됩니다.
PCIe 표준은 누가 결정합니까?
PCI Express 표준은 해당 기술에 기득권을 가진 전자 및 컴퓨터 업계 회원들로 구성된 컨소시엄인 PCI-SIG ( PCI Special Interest Group ) 에서 설계하고 승인했습니다 .
PCI-SIG 는 컴퓨터 제조업체가 (PCI-SIG)인텔 PCI(Intel PCI) 표준 을 올바르게 구현하도록 지원하는 그룹으로 1992년에 설립되었습니다 . 현재는 800명 이상의 회원을 보유한 비영리 단체입니다.
PCI-SIG 보드에는 AMD , ARM , Dell , IBM , Intel , Nvidia , Qualcomm 등 이 있습니다. 이러한 이름을 주요 컴퓨팅 장치 제조업체로 인식할 수 있으며 공유 표준을 사용하면 고객의 생명은 물론이고 작업이 훨씬 쉬워집니다!
PCIe는 무엇에 사용됩니까?
위에서 이미 확장 카드와 SSD(SSDs) 에 대해 언급했으므로 PCIe의 용도에 대한 일반적인 아이디어를 얻었을 것입니다.
PCIe 표준 은 상상할 수 있는 거의 모든 외부 주변 장치를 연결합니다. 특히 여러 레인을 볼 때 USB 보다 훨씬 넓은 대역폭을 제공합니다 . PCIe 는 또한 (PCIe)CPU 에 대한 직접 경로를 제공하여 고속, 저지연 애플리케이션에 적합합니다.
최신 GPU(Modern GPUs) 는 16레인의 PCIe 대역폭을 사용하여 성능을 최대화하지만 모든 주변 장치에 그렇게 많은 대역폭이 필요한 것은 아닙니다. 최신 PCIe 4.0 SSD 는 "단" 4개의 레인을 사용하지만 (SSDs)SATA 표준을 완전히 날려버리기에 충분합니다 . SATA 의 최고 속도는 MB/s 이지만 고급 PCIe 4.0 드라이브는 7000MB (PCIe 4.0)MB/s 이상을 이동할 수 있습니다 .
PCIe 확장 카드는 또한 사운드 카드(sound cards) , 비디오 캡처 카드, 10Gb 이더넷(Ethernet) 어댑터, WiFi 6 카드, Thunderbolt 또는 USB 컨트롤러 등을 수용합니다. 컴퓨터 마더보드에 통합된 주변 장치도 PCI Express 를 사용 합니다. 배선이 영구적이고 슬롯 형태가 아니라는 것입니다.
PCIe 6.0(Does PCIe 6.0) 은 PCIe 5.0 에서 어떻게 향상(Improve) 됩니까 ?
헤드라인 개선은 일반적으로 모든 PCIe 개정에서 데이터 속도의 큰 도약입니다. 이는 초당 버스를 가로질러 이동할 수 있는 정보의 양입니다.
그런 부분에서 PCIe 6.0 은 실망시키지 않는다. PCIe 5.0 의 이미 엄청난 데이터 전송 속도를 초당 32Gigatransfers( GT/sGT/s 에서 레인당 64GT/s로 완전히 두 배로 늘립니다. PCIe 5.0(Whereas PCIe 5.0) 이 63GB(Gigabytes) / GB/s 를 이동할 수 있는 반면 6.0은 최대 GB/s 를 이동할 수 있습니다 . 그것은 x16 연결을 통해 이루어지며 더 작은 연결은 축소됩니다. 이는 x8 PCIe 6.0 슬롯이 이제 x16 5.0 슬롯만큼의 성능을 가짐을 의미합니다.
이는 향후 GPU(GPUs) 및 초고속 스토리지 솔루션을 위한 충분한 여유 공간을 생성합니다. Thunderbolt 및 USB 4 를 제공하는 (USB 4)PCIe 또는 확장 카드를 통해 연결된 외부 장치의 놀라운 범위는 말할 것도 없습니다 .
PCI Express 6.0의 새로운 기능
한 세대 만에 이러한 기념비적인 성능 비약을 달성하는 것은 쉬운 일이 아니었습니다. 이러한 수치를 달성하기 위해 PCI-SIG 엔지니어는 전자를 이동시키는 몇 가지 혁신적인 새로운 방법을 개발해야 했습니다.
PAM4 시그널링(PAM4 Signaling)
아마도 이전 세대 인터페이스와 비교하여 (Quite)PCIe 6.0 의 가장 중요한 변화 는 데이터가 인코딩되는 방식일 것입니다.
PCI Express 6.0 은 PAM4 를 사용합니다. 이는 (PAM4) 4단계의 펄스 진폭 변조(Pulse Amplitude Modulation( Pulse Amplitude Modulation with four levels.) )의 약자입니다 . 전기 파형에 대해 조금이라도 알고 있다면 파동의 "진폭"이 파동의 마루가 기준선에서 얼마나 멀리 떨어져 있는지 알 수 있습니다.
이전 NRZ ( Non-return-to-zero ) PCIe 인코딩은 클록 주기 동안 펄스당 2개의 진폭 레벨만 있었습니다. PCIe 6은 이를 4배로 늘려 각 주기로 인코딩된 데이터의 양을 늘립니다.
순방향 오류 수정(FEC)(Forward Error Correction (FEC))
PAM4 인코딩 방법 은 속도를 크게 향상시키는 동시에 비트 오류도 크게 향상시킵니다. 즉, 0 대신 목적지에 도착하고 그 반대의 경우도 마찬가지입니다.
이를 방지하기 위해 PCIe 6.0 에는 강력한 (PCIe 6.0)CRC ( Cyclic Redundancy Check ) 구현 의 도움으로 데이터가 손상되지 않고 어디로 가야 하는지 확인 하는 새로운 순방향 오류 수정 기능이 있습니다.(Forward Error Correction)
파이프라인에 오류 수정 단계를 더 추가할 때의 한 가지 위험은 더 많은 대기 시간을 추가하게 된다는 것입니다. 추가(Additional) 대기 시간은 다양한 고속 컴퓨터 구성 요소에 대한 관심이 증가하고 있습니다. 더 많은 데이터를 이동할 수 있지만 데이터 요청에 응답하는 데 시간이 오래 걸리므로 자체 문제가 발생할 수 있습니다.
FEC 는 이전 버전의 (FEC)PCIe 에 비해 2나노초 이하의 대기 시간을 추가하는 것을 목표로 설계되었습니다 . 이는 사람이 감지할 수 없는 약간의 추가 대기 시간입니다.
플리트 모드(FLIT Mode)
FLIT 모드는 PCIe 6.0 에서 오류 수정을 개선하기 위해 도입된 또 다른 방법 입니다. 전용 온보드 흐름 제어 장치를 사용하여 데이터를 균일한 크기의 단위로 구성합니다. 이것은 각 데이터 패킷에 알고리즘을 적용하고 패킷이 파이프라인의 다른 쪽 끝에 도달했을 때 여전히 결과를 제공하는지 확인할 수 있으므로 패킷에 오류가 있는지 확인하는 데 필요합니다.
문제는 FLIT 모드가 다른 곳에서도 상당한 효율성 향상을 가져온다는 사실입니다. 지연 시간을 줄이고 대역폭 사용을 보다 효율적으로 만들며 PCIe 6.0 을 통해 이전 버전의 인코딩 오버헤드를 상당 부분 없앨 수 있습니다. 따라서 PAM4 는 최대 2ns의 대기 시간을 추가 하지만 FLIT 모드는 다른 영역의 대기 시간을 절약합니다.
L0p 모드(L0p Mode)
PCIe 6.0 의 흥미로운 기능 중 하나 는 L0p 모드입니다. 이 모드는 주변기기가 데이터를 보내고 받는 데 사용하는 레인 수를 줄입니다. 따라서 랩톱이 배터리 전원으로 실행 중이고 GPU 가 현재 작업을 수행하는 데 16레인이 필요하지 않은 경우 필요한 레인 수만 사용하여 전력 효율성을 높여 전기를 절약합니다.
PCIe 6.0을 기다려야 합니까?
곧 새 컴퓨터를 구입하거나 구축할 생각이라면 PCIe 6.0 마더보드가 먼저 나올 때까지 기다려야 합니까? 미래 지향적인 컴퓨터를 만들고자 하는 마음은 늘 유혹적입니다. 잠재력을 최대한 발휘하기 위해 PCIe 6.0 이 필요한 새로운 GPU 또는 SSD 가 출시되면 어떻게 될까요?(SSD)
이 질문에 대한 짧은 대답은 PCIe 6.0(PCIe 6.0) 을 기다리는 것에 대해 걱정할 필요가 없다는 것 입니다. 이 글을 쓰는 시점에서 PCIe 5.0 마더보드는 소비자에게만 출시되기 시작했으며 현재의 최고급 GPU 조차도 (GPUs)PCIe 5.0 이 필요하지 않습니다 .
PCIe 3.0 및 4.0에서 실행되는 (PCIe 3.0)RTX 3080 또는 RTX 3090 과 같은 플래그십 카드를 비교한 벤치마크(benchmarks) 에서 성능 차이는 0~3% 사이였습니다. 네, 맞습니다. 우리는 이제 PCIe 3.0(PCIe 3.0) 의 한계에 다다 랐고, 이는 지구상에서 가장 비싼 GPU 에서만 가능합니다. (GPUs)땀을 흘리지 마십시오. 적어도 몇 년 동안은 아닙니다.
(Remember)PCI-SIG 는 종이에 버전 6.0에 대한 최종 PCIe 사양만 게시 했음을 기억하십시오 . 최종 사양은 변경되지 않지만 적어도 소비자 영역에서 이를 지원하는 많은 하드웨어를 보기까지는 시간이 걸립니다.
PCIe 6.0 은 오늘날 데이터 센터에 이점 을 제공합니다.(Benefits Data)
PCIe 6.0 이 이미 누군가에게 도움이 되지 않는다는 말 은 아닙니다. 거대한 데이터 센터에서 우리는 모두 클라우드 기반 서비스에 의존하며 추가 대역폭은 모두 소중합니다. 이러한 컴퓨터 랙 내부에는 수십 또는 수백 개의 CPU 코어와 고속 SSD 스토리지 어레이가 있는 시스템이 있습니다. PCIe 대역폭 의 개선은 데이터 파이프에 부담을 주는 압력을 즉시 제거하는 데 도움이 됩니다.
훨씬 더 많은 대역폭이 있다는 것은 AI와 머신 러닝 애플리케이션이 더 짧은 시간에 더 많은 데이터를 분석할 수 있다는 것을 의미합니다. 이는 과학, 공학, 물리학 분야에서 복잡한 작업을 수행하는 HPC ( 고성능 컴퓨팅(High-Performance Computing) ) 응용 프로그램이 지평을 넓힐 수 있음을 의미합니다.
데이터 센터에 대량의 데이터를 보내 실시간으로 처리하는 IoT ( 사물 (Things)인터넷(Internet) ) 시스템 도 추가 대역폭의 이점을 누릴 수 있습니다.
PCI Express 6.0 이후에는 무엇이 옵니까?
PCIe 기술은 누군가가 근본적으로 더 나은 주변 장치 상호 연결 기술을 발명하지 않는 한 오랫동안 주변에 있을 것입니다. Intel , AMD 및 Apple 과 같은 회사 는 프로세서 패키지 내부의 칩 간에 관련 기술로 흥미로운 일을 하고 있습니다. AMD 의 Ryzen 및 Intel 의 Alder Lake 와 같은 CPU 가 (CPUs)CPU 코어 로 가득 차 있기 때문에 엄청난 양의 데이터를 이동해야 합니다. 우리는 PCI-SIG 가 이러한 프로세서 내부에서 일어나는 일로부터 몇 가지를 배울 수 있다고 확신합니다.
What Is PCIe 6.0 and How Is It Different?
PCIe 4.0 mоtherboards are only now starting to ship to customers, but that’s nоt slowing down the developmеnt of this crucial peripheral connections standard. 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.
