Las placas base PCIe 4.0 recién ahora están comenzando a distribuirse a los clientes, pero eso no está frenando el desarrollo de este estándar crucial de conexiones de periféricos. PCIe 6.0 ya está sobre la mesa, con mejoras concretas con respecto al estándar de vanguardia actual.
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 utiliza y qué ofrecerá el nuevo PCIe 6.0 en el futuro.
Conceptos básicos de PCIe
PCIe es la abreviatura de Peripheral Component Interconnect Express. Algunos de nuestros lectores que han estado en el mundo de las computadoras por un tiempo podrían recordar el antiguo estándar PCI, pero PCIe es al estándar PCI original como un avión de combate a 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 se produce a través de los pines de conexión. Sin embargo, es posible enviar señales del 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 ser diferente para 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 utilizan 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 admita físicamente. Es sólo que desperdiciará los carriles PCIe que la tarjeta x4 no utiliza. 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 Grupo de interés especial PCI (PCI-SIG), un consorcio con miembros de la industria electrónica e informática con un gran interés 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 AMD, ARM, Dell, IBM, Intel, Nvidia, Qualcomm y más. Quizás reconozcas 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 hemos mencionado las tarjetas de expansión y los SSD anteriormente, por lo que probablemente tengas una idea general de los usos de PCIe.
El estándar PCIe conecta prácticamente cualquier dispositivo periférico externo que puedas imaginar. Ofrece un ancho de banda mucho más amplio que el USB, especialmente cuando se miran varios carriles. PCIe también proporciona una ruta directa a la CPU, lo que lo hace perfecto para aplicaciones de alta velocidad y baja latencia.
Las GPU modernas utilizan 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 utilizan “sólo” cuatro carriles, pero eso es suficiente para eliminar el estándar SATA del agua. 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 vídeo, adaptador Ethernet de 10 Gb, tarjetas WiFi 6, Rayo o controladores USB, y más. Los periféricos que están integrados en la placa base de su computadora también usan PCI Express. Lo que pasa es que el cableado es permanente y no tiene forma de ranura.
¿Cómo mejora PCIe 6.0 respecto a 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 autobús cada segundo.
En ese departamento, PCIe 6.0 no decepciona. Duplica por completo la ya tremenda tasa 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 reducidas. Esto significa que una ranura PCIe 6.0 x8 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 funciones en PCI Express 6.0
No fue fácil lograr un salto de rendimiento tan monumental en una sola generación. Para lograr estos números, los ingenieros de PCI-SIG tuvieron que desarrollar algunas formas nuevas e innovadoras de mover electrones.
Señalización PAM4
Es muy posible que el cambio más significativo con PCIe 6.0 en comparación con las generaciones anteriores de la interfaz sea la forma en que se codifican los datos.
PCI Express 6.0 usa PAM4, que es la abreviatura de Modulación de amplitud de pulso con cuatro niveles.Si sabes algo sobre formas de onda eléctricas, sabrás que la “amplitud” de la onda es la distancia la cresta de la ola está desde la línea de base.
La codificación PCIe NRZ (sin retorno a cero) anterior solo tenía dos niveles de amplitud por pulso durante un ciclo de reloj. PCIe 6 lo duplica a cuatro, aumentando la cantidad de datos codificados con cada ciclo.
Corrección de errores de reenvío (FEC)
Si bien el método de codificación PAM4 proporciona un aumento significativo en las velocidades, también proporciona un gran aumento en los errores de bits. Es decir, se llega a su destino en lugar de a un cero, y viceversa.
Para combatir esto, PCIe 6.0 tiene una nueva función de corrección de errores hacia adelante, que verifica que los datos lleguen a donde deben ir sin corromperse, con la ayuda de una sólida implementación CRC (verificación de redundancia cíclica).
Uno de los peligros de agregar más pasos de corrección de errores al proceso es que agregará más latencia. La latencia adicional ha sido una preocupación creciente con varios componentes informáticos de alta velocidad. Aunque pueden transferir cada vez más datos, tardan más en reaccionar a una solicitud de datos, lo que puede causar sus propios problemas.
FEC ha sido diseñado para 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 FLIT
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 incorporada 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 aporta importantes mejoras 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 versiones anteriores. Entonces, aunque PAM4 suma 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 la cantidad 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 realizar su trabajo actual, solo usará la cantidad de carriles que necesita, lo que ahorrará electricidad al aumentar la eficiencia energética.
¿Debería esperar a PCIe 6.0?
Si estás pensando en comprar o construir una nueva computadora pronto, ¿deberías 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 corta a esta pregunta es que no tiene que preocuparse por esperar a PCIe 6.0. Al momento de escribir este artículo, las placas base PCIe 5.0 apenas han comenzado a llegar a los consumidores, e incluso las GPU actuales de gama más alta no necesitan PCIe 5.0.
En puntos de referencia, comparando tarjetas emblemáticas como RTX 3080 o RTX 3090 con PCIe 3.0 y 4.0, la diferencia en el rendimiento estaba entre nada y el 3 %. Sí, eso es correcto. Recién ahora estamos alcanzando los límites de PCIe 3.0, y eso es solo con las GPU más caras del planeta. No se preocupe, 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 la admita, al menos en el espacio de consumo.
PCIe 6.0 beneficia a los centros de datos actuales
Eso no quiere decir que PCIe 6.0 no sea beneficioso para alguien ya. En los centros de datos gigantes, todos dependemos de servicios basados en la nube, cada bit de ancho de banda adicional 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 PCIe ayudarán inmediatamente a aliviar la presión sobre 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 seguirá existiendo durante mucho tiempo a menos que alguien invente una tecnología de interconexión de periféricos que sea radicalmente mejor. Empresas como Intel, AMD y Apple están haciendo cosas interesantes con las tecnologías relacionadas entre los chips dentro de sus paquetes de procesadores. Con CPU como Ryzen de AMD y Alder Lake de Intel repletas 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.
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