Las placas base PCIe 4.0 recién ahora comienzan a enviarse a los clientes, pero eso no ralentiza el desarrollo de este estándar crucial de conexiones periféricas. PCIe 6.0 ya está sobre la mesa, con mejoras concretas sobre el actual estándar de vanguardia.
Dado que PCIe se está volviendo fundamental en computadoras de todas las formas y tamaños, vale la pena hablar sobre qué es PCIe, para qué se usa y qué ofrecerá el nuevo PCIe 6.0 en el futuro.
Los fundamentos de PCIe
PCIe es la abreviatura de Peripheral Component Interconnect Express. Algunos de nuestros lectores que han estado alrededor de las computadoras por un tiempo pueden recordar el antiguo estándar PCI, pero PCIe es para el estándar PCI original lo que un avión de combate es para un avión de papel.
PCIe es tanto un protocolo como un estándar de conexión de hardware físico. El estándar de conexión de hardware PCIe más común es la ranura de expansión de la placa base. Conecta tarjetas de expansión a estas ranuras y la comunicación ocurre a través de los pines de conexión. Sin embargo, es posible enviar señales de protocolo PCIe a través de otros tipos de conexiones.
Los SSD NVME que usan el conector M.2 pueden usar PCIe, y esto no parece diferente a la computadora de un SSD conectado a través de una ranura PCIe estándar. Los estándares Thunderbolt 3 y 4 también admiten el envío de señales PCIe a través de un cable. Así es como son posibles las eGPU (tarjetas gráficas externas).
Los dispositivos PCIe envían datos en serie pero a través de múltiples carriles paralelos. Una ranura PCIe x16 en la placa base de una computadora puede acomodar dieciséis canales de datos a la vez. PCIe también ofrece ranuras x8, x4 y x1. En general, las tarjetas gráficas usan la ranura x16 porque necesitan la mayor cantidad de ancho de banda posible. Si bien las ranuras más lentas suelen ser físicamente más cortas, es común que la longitud x16 además de la principal sea x8.
Las tarjetas PCIe ofrecen compatibilidad con versiones anteriores y compatibilidad cruzada, por lo que puede colocar una tarjeta x4 en cualquier ranura PCIe que la acomode físicamente. Es solo que desperdiciará cualquier carril PCIe que la tarjeta x4 no use. Lo mismo ocurre con el uso de una tarjeta PCIe 5.0 en, por ejemplo, una ranura 4.0. Funcionará, pero se limitará al mínimo común denominador.
¿Quién decide sobre el estándar PCIe?
El estándar PCI Express está diseñado y aprobado por PCI Special Interest Group (PCI-SIG), un consorcio con miembros de la industria de la electrónica y la informática con intereses creados en la tecnología.
PCI-SIG se fundó en 1992 como un grupo encargado de ayudar a los fabricantes de computadoras a implementar correctamente el estándar Intel PCI. Hoy es una organización sin fines de lucro con más de 800 miembros.
La placa PCI-SIG tiene miembros de AMD, ARM, Dell, IBM, Intel, Nvidia, Qualcomm y más. Es posible que reconozca estos nombres como los principales fabricantes de dispositivos informáticos, y tener un estándar compartido hace que su trabajo sea mucho más fácil, ¡sin mencionar la vida de sus clientes!
¿Para qué se utiliza PCIe?
Ya mencionamos las tarjetas de expansión y los SSD anteriormente, por lo que probablemente tenga una idea general de los usos de PCI.
El estándar PCIe conecta casi cualquier dispositivo periférico externo que puedas imaginar. Ofrece un ancho de banda mucho más amplio que USB, especialmente cuando se mira en múltiples carriles. PCIe también proporciona una ruta directa a la CPU, lo que la hace perfecta para aplicaciones de alta velocidad y baja latencia.
Las GPU modernas usan dieciséis carriles de ancho de banda PCIe para maximizar su rendimiento, pero no todos los periféricos necesitan tanto ancho de banda. Los últimos SSD PCIe 4.0 usan solo cuatro carriles, pero eso es suficiente para eliminar el estándar SATA. Mientras que SATA alcanza un máximo de 600 MB/s, las unidades PCIe 4.0 de gama alta pueden mover más de 7000 MB/s.
Las tarjetas de expansión PCIe también admiten tarjetas de sonido, tarjetas de captura de video, adaptador Ethernet de 10 Gb, tarjetas WiFi 6, controladores Thunderbolt o USB, y más. Los periféricos que están integrados en la placa base de su computadora también usan PCI Express. Es solo que el cableado es permanente y no en forma de ranura.
¿Cómo mejora PCIe 6.0 en PCIe 5.0?
La mejora principal suele ser un gran salto en la velocidad de datos con cada revisión de PCIe. Esa es la cantidad de información que se puede mover a través del bus cada segundo.
En ese departamento, PCIe 6.0 no defrauda. Duplica por completo la ya tremenda velocidad de transferencia de datos de PCIe 5.0 de 32 Gigatransferencias por segundo (GT/s) a 64 GT/s por carril. Mientras que PCIe 5.0 podría mover 63 Gigabytes por segundo (GB/s), 6.0 puede mover hasta 128 GB/s. Eso es a través de una conexión x16, con más conexiones menores que se reducen. Significa que una ranura x8 PCIe 6.0 ahora tiene tanto rendimiento como una ranura x16 5.0.
Esto crea mucho margen para futuras GPU y soluciones de almacenamiento ultrarrápidas. Sin mencionar el increíble alcance para dispositivos externos conectados a través de PCIe o tarjetas de expansión que ofrecen Thunderbolt y USB 4.
Nuevas características en PCI Express 6.0
Dar un salto de rendimiento tan monumental en una sola generación no fue fácil. Para lograr estos números, los ingenieros de PCI-SIG tuvieron que desarrollar algunas formas nuevas e innovadoras para mover los electrones.
Señalización PAM4
Muy posiblemente, el cambio más significativo con PCIe 6.0 en comparación con las generaciones anteriores de la interfaz es cómo se codifican los datos.
PCI Express 6.0 utiliza PAM4, que es la abreviatura de modulación de amplitud de pulso con cuatro niveles. Si sabe algo acerca de las formas de onda eléctricas, sabrá que la amplitud de la onda es qué tan lejos está la cresta de la onda de la línea de base.
La codificación PCIe NRZ (sin retorno a cero) más antigua solo tenía dos niveles de amplitud por pulso durante un ciclo de reloj. PCIe 6 duplica eso a cuatro, aumentando la cantidad de datos codificados con cada ciclo.
Corrección de errores hacia adelante (FEC)
Si bien el método de codificación PAM4 proporciona un impulso significativo a las velocidades, también brinda un gran impulso a los errores de bits. En otras palabras, uno llega a su destino en lugar de un cero, y viceversa.
Para combatir esto, PCIe 6.0 tiene una nueva función de corrección de errores de reenvío, que verifica para asegurarse de que los datos lleguen a donde deben ir sin corromperse, con la ayuda de una implementación sólida de CRC (verificación de redundancia cíclica).
Un peligro de agregar más pasos de corrección de errores en la canalización es que agregará más latencia. La latencia adicional ha sido una preocupación creciente con varios componentes informáticos de alta velocidad. Aunque pueden cambiar más y más datos, tardan más en reaccionar a una solicitud de datos, lo que puede causar sus propios problemas.
FEC se ha diseñado para apuntar a agregar no más de dos nanosegundos de latencia en comparación con las versiones anteriores de PCIe, que es una pequeña latencia adicional que ningún ser humano puede detectar.
Modo VUELO
El modo FLIT fue otra medida introducida para mejorar la corrección de errores en PCIe 6.0. Organiza los datos en unidades de tamaño uniforme utilizando una unidad de control de flujo integrada dedicada. Esto es necesario para verificar los paquetes en busca de errores, ya que puede aplicar un algoritmo a cada paquete de datos y verificar si el paquete aún da el resultado cuando llega al otro extremo de la tubería.
La cuestión es que resulta que el modo FLIT también brinda ganancias significativas de eficiencia en otros lugares. Ayuda a reducir la latencia, hace que el uso del ancho de banda sea más eficiente y permite que PCIe 6.0 elimine gran parte de la sobrecarga de codificación de las versiones anteriores. Entonces, aunque PAM4 agrega hasta 2 ns de latencia, el modo FLIT ahorra latencia en otras áreas.
Modo L0p
Una característica interesante de PCIe 6.0 es el modo L0p. Este modo reduce el número de carriles que utiliza un periférico para enviar y recibir datos. Entonces, si su computadora portátil funciona con batería y la GPU no necesita 16 carriles para hacer su trabajo actual, se reducirá para usar solo la cantidad de carriles que necesita, ahorrando electricidad al aumentar la eficiencia energética.
¿Deberías esperar a PCIe 6.0?
Si está pensando en comprar o construir una nueva computadora pronto, ¿debería esperar a que salgan primero las placas base PCIe 6.0? Siempre es tentador intentar construir una computadora preparada para el futuro. ¿Qué pasa si sale una nueva GPU o SSD que necesita PCIe 6.0 para alcanzar su máximo potencial?
La respuesta breve a esta pregunta es que no tiene que preocuparse por esperar a PCIe 6.0. En el momento de escribir este artículo, las placas base PCIe 5.0 solo han comenzado a implementarse para los consumidores, e incluso las GPU actuales de gama más alta no necesitan PCIe 5.0.
En los puntos de referencia que comparan tarjetas emblemáticas como la RTX 3080 o la RTX 3090 que se ejecutan en PCIe 3.0 y 4.0, la diferencia en el rendimiento estuvo entre nada y un 3 %. Sí, así es. Recién ahora estamos alcanzando los límites de PCIe 3.0, y eso solo con las GPU más caras del planeta. No te preocupes, al menos no durante unos años.
Recuerde que PCI-SIG solo ha publicado su especificación PCIe final para la versión 6.0 en papel. Si bien la especificación final no cambiará, pasará algún tiempo antes de que veamos mucho hardware que lo admita, al menos en el espacio del consumidor.
PCIe 6.0 beneficia a los centros de datos de hoy
Eso no quiere decir que PCIe 6.0 ya no sea beneficioso para alguien. En los centros de datos gigantes, todos confiamos en los servicios basados en la nube, cada bit adicional de ancho de banda es valioso. Dentro de esos bastidores de computadoras, encontrará sistemas con docenas o cientos de núcleos de CPU y matrices de almacenamiento SSD de alta velocidad. Las mejoras en el ancho de banda de PCIe ayudarán de inmediato a aliviar la presión de esas tuberías de datos.
Tener mucho más ancho de banda significa que las aplicaciones de inteligencia artificial y aprendizaje automático podrían analizar más datos en menos tiempo. Implica que las aplicaciones HPC (Computación de alto rendimiento) que realizan trabajos complejos en ciencia, ingeniería y física pueden ampliar sus horizontes.
Incluso los sistemas IoT (Internet de las cosas) que envían una avalancha de datos a los centros de datos para procesarlos en tiempo real se beneficiarán enormemente del ancho de banda adicional.
¿Qué viene después de PCI Express 6.0?
La tecnología PCIe existirá durante mucho tiempo a menos que alguien invente una tecnología de interconexión periférica que sea radicalmente mejor. Empresas como Intel, AMD y Apple están haciendo cosas emocionantes con las tecnologías relacionadas entre chips dentro de sus paquetes de procesadores. Con CPU como AMD Ryzen e Intel Alder Lake repletos de núcleos de CPU, necesitan mover una enorme cantidad de datos. Estamos seguros de que PCI-SIG puede aprender algunas cosas de lo que sucede dentro de estos procesadores.
