Bo mạch chủ PCIe 4.0 hiện chỉ mới bắt đầu được giao đến tay khách hàng nhưng điều đó không làm chậm quá trình phát triển của tiêu chuẩn kết nối ngoại vi quan trọng này. PCIe 6.0 đã sẵn sàng với những cải tiến cụ thể so với tiêu chuẩn tiên tiến hiện tại.
Vì PCIe đang trở nên thiết yếu trong các máy tính thuộc mọi hình dạng và kích cỡ nên cần phải nói về PCIe là gì, nó dùng để làm gì và PCIe 6.0 mới sẽ cung cấp những gì trong tương lai.
Cơ bản về PCIe
PCIe là viết tắt của Express thành phần ngoại vi kết nối. Một số độc giả của chúng tôi đã làm quen với máy tính một thời gian có thể nhớ tiêu chuẩn PCI cũ, nhưng PCIe tuân theo tiêu chuẩn PCI ban đầu giống như máy bay chiến đấu đối với máy bay giấy.
PCIe vừa là giao thức vừa là chuẩn kết nối phần cứng vật lý. Chuẩn kết nối phần cứng PCIe phổ biến nhất là khe cắm mở rộng bo mạch chủ. Bạn kết nối các card mở rộng với các khe cắm này và quá trình giao tiếp diễn ra qua các chân kết nối. Tuy nhiên, có thể gửi tín hiệu giao thức PCIe qua các loại kết nối khác.
SSD NVME sử dụng đầu nối M.2 có thể sử dụng PCIe và điều này dường như không khác gì việc máy tính sử dụng ổ SSD được kết nối qua khe cắm PCIe tiêu chuẩn. Chuẩn Thunderbolt 3 và 4 cũng hỗ trợ gửi tín hiệu PCIe qua cáp. Đây là cách có thể thực hiện được eGPU (card đồ họa bên ngoài).
Các thiết bị PCIe gửi dữ liệu theo kiểu nối tiếp nhưng trên nhiều làn song song. Khe cắm PCIe x16 trên bo mạch chủ của máy tính có thể chứa 16 kênh dữ liệu cùng một lúc. PCIe cũng cung cấp các khe x8, x4 và x1. Nhìn chung, card đồ họa sử dụng khe x16 vì chúng cần càng nhiều băng thông càng tốt. Mặc dù các khe chậm hơn thường ngắn hơn về mặt vật lý, nhưng thông thường độ dài x16 bên cạnh khe chính là x8.
Thẻ PCIe cung cấp khả năng tương thích ngược và tương thích chéo, do đó bạn có thể gắn thẻ x4 vào bất kỳ khe cắm PCIe nào phù hợp về mặt vật lý. Chỉ là bạn sẽ lãng phí bất kỳ làn PCIe nào mà thẻ x4 không sử dụng. Điều tương tự cũng xảy ra với việc sử dụng thẻ PCIe 5.0 trong khe cắm 4.0 chẳng hạn. Nó sẽ hoạt động nhưng bị giới hạn ở mẫu số chung thấp nhất.
Ai quyết định tiêu chuẩn PCIe?
.Tiêu chuẩn PCI Express được thiết kế và phê duyệt bởi Nhóm lợi ích đặc biệt PCI (PCI-SIG), một tập đoàn gồm các thành viên trong ngành điện tử và máy tính có mối quan tâm đặc biệt đến công nghệ.
PCI-SIG được thành lập vào năm 1992 với tư cách là một nhóm có nhiệm vụ giúp các nhà sản xuất máy tính triển khai chính xác tiêu chuẩn Intel PCI. Ngày nay, đây là một tổ chức phi lợi nhuận với hơn 800 thành viên.
Bo mạch PCI-SIG có AMD, ARM, Dell, IBM, Intel, Nvidia, Qualcomm và nhiều thành viên khác. Bạn có thể nhận ra những cái tên này là những nhà sản xuất thiết bị điện toán lớn và việc có một tiêu chuẩn chung giúp công việc của họ trở nên dễ dàng hơn nhiều, chưa kể đến tính mạng của khách hàng!
PCIe dùng để làm gì?
Chúng tôi đã đề cập đến thẻ mở rộng và SSD ở trên nên có thể bạn đã hiểu khái quát về cách sử dụng của PCIe.
Tiêu chuẩn PCIe kết nối gần như mọi thiết bị ngoại vi bên ngoài mà bạn có thể tưởng tượng. Nó cung cấp băng thông rộng hơn nhiều so với USB, đặc biệt khi nhìn vào nhiều làn đường. PCIe cũng cung cấp đường dẫn trực tiếp đến CPU, khiến nó trở nên hoàn hảo cho các ứng dụng tốc độ cao, độ trễ thấp.
GPU hiện đại sử dụng 16 làn băng thông PCIe để tối đa hóa hiệu suất nhưng không phải thiết bị ngoại vi nào cũng cần nhiều băng thông như vậy. Các ổ SSD PCIe 4.0 mới nhất “chỉ” sử dụng bốn làn, nhưng điều đó đủ để loại bỏ tiêu chuẩn SATA. Trong khi SATA đạt tốc độ tối đa 600 MB/s, thì ổ PCIe 4.0 cao cấp có thể di chuyển hơn 7000 MB/s.
Thẻ mở rộng PCIe cũng chứa card âm thanh, thẻ quay video, bộ điều hợp Ethernet 10Gb, thẻ WiFi 6, Sấm sét hoặc bộ điều khiển USB, v.v. Các thiết bị ngoại vi được tích hợp vào bo mạch chủ máy tính của bạn cũng sử dụng PCI Express. Chỉ là hệ thống dây điện là cố định chứ không phải dạng khe cắm.
PCIe 6.0 cải thiện như thế nào trên PCIe 5.0?
Sự cải tiến vượt trội thường là bước nhảy vọt lớn về tốc độ dữ liệu với mỗi phiên bản PCIe. Đó là lượng thông tin có thể được di chuyển trên xe buýt mỗi giây.
Ở khía cạnh đó, PCIe 6.0 không làm bạn thất vọng. Nó tăng gấp đôi hoàn toàn tốc độ truyền dữ liệu vốn đã rất lớn của PCIe 5.0 từ 32 Gigatransfers mỗi giây (GT/s) lên 64 GT/s mỗi làn. Trong khi PCIe 5.0 có thể di chuyển 63 Gigabyte mỗi giây (GB/s), thì 6.0 có thể di chuyển lên tới 128 GB/s. Đó là qua kết nối x16, với nhiều kết nối nhỏ hơn được thu nhỏ lại. Điều đó có nghĩa là khe x8 PCIe 6.0 hiện có hiệu suất tương đương với khe x16 5.0..
Điều này tạo ra nhiều khoảng trống cho GPU trong tương lai và các giải pháp lưu trữ cực nhanh. Chưa kể phạm vi rộng đáng kinh ngạc cho các thiết bị bên ngoài được kết nối qua PCIe hoặc thẻ mở rộng cung cấp Thunderbolt và USB 4.
Tính năng mới trong PCI Express 6.0
Tạo ra bước nhảy vọt về hiệu suất ngoạn mục như vậy chỉ trong một thế hệ không phải là điều dễ dàng. Để đạt được những con số này, các kỹ sư PCI-SIG đã phải phát triển một số cách cải tiến mới để di chuyển các electron xung quanh.
Tín hiệu PAM4
Rất có thể, thay đổi đáng kể nhất của PCIe 6.0 so với các thế hệ giao diện trước đó là cách mã hóa dữ liệu.
PCI Express 6.0 sử dụng PAM4, viết tắt của Điều chế biên độ xung với bốn cấp độ.Nếu bạn biết gì về dạng sóng điện, bạn sẽ biết rằng “biên độ” của sóng là bao xa đỉnh sóng tính từ đường cơ sở.
Mã hóa PCIe NRZ (Không trở về 0) cũ hơn chỉ có hai mức biên độ trên mỗi xung trong một chu kỳ xung nhịp. PCIe 6 tăng gấp đôi con số đó lên bốn, tăng lượng dữ liệu được mã hóa theo mỗi chu kỳ.
Chuyển tiếp sửa lỗi (FEC)
Mặc dù phương pháp mã hóa PAM4 giúp tăng tốc đáng kể nhưng nó cũng làm tăng đáng kể lỗi bit. Nói cách khác, người ta đến đích thay vì số 0 và ngược lại.
Để giải quyết vấn đề này, PCIe 6.0 có tính năng Sửa lỗi chuyển tiếp mới, giúp kiểm tra để đảm bảo dữ liệu đến đúng nơi cần đến mà không bị hỏng nhờ sự trợ giúp của việc triển khai CRC (Kiểm tra dự phòng theo chu kỳ) mạnh mẽ.
Một mối nguy hiểm khi thêm nhiều bước sửa lỗi vào quy trình là bạn sẽ tăng thêm độ trễ. Độ trễ bổ sung ngày càng trở thành mối lo ngại với nhiều thành phần máy tính tốc độ cao khác nhau. Mặc dù chúng có thể chuyển ngày càng nhiều dữ liệu nhưng chúng mất nhiều thời gian hơn để phản hồi yêu cầu về dữ liệu, điều này có thể gây ra sự cố.
FEC được thiết kế nhằm mục đích tăng thêm độ trễ không quá hai nano giây so với các phiên bản PCIe trước đây, đây là một độ trễ tăng thêm rất nhỏ mà con người không thể phát hiện được.
Chế độ FLIT
Chế độ FLIT là một biện pháp khác được giới thiệu để cải thiện khả năng sửa lỗi trong PCIe 6.0. Nó tổ chức dữ liệu thành các đơn vị có kích thước đồng đều bằng cách sử dụng bộ điều khiển luồng chuyên dụng trên bo mạch. Điều này là cần thiết để kiểm tra lỗi gói vì bạn có thể áp dụng thuật toán cho từng gói dữ liệu và kiểm tra xem gói có còn cho kết quả khi đến đầu bên kia của đường dẫn hay không..
Vấn đề là, hóa ra chế độ FLIT cũng mang lại hiệu quả tăng đáng kể ở những nơi khác. Nó giúp giảm độ trễ, giúp việc sử dụng băng thông hiệu quả hơn và cho phép PCIe 6.0 loại bỏ phần lớn chi phí mã hóa so với các phiên bản trước. Vì vậy, mặc dù PAM4 tăng thêm độ trễ lên tới 2ns, chế độ FLIT giúp tiết kiệm độ trễ ở các khu vực khác.
Chế độ L0p
Một tính năng thú vị trong PCIe 6.0 là chế độ L0p. Chế độ này làm giảm số làn đường mà thiết bị ngoại vi sử dụng để gửi và nhận dữ liệu. Vì vậy, nếu máy tính xách tay của bạn đang chạy bằng nguồn pin và GPU không cần 16 làn để thực hiện công việc hiện tại, nó sẽ chuyển sang chỉ sử dụng số làn mà nó cần, tiết kiệm điện bằng cách tăng hiệu quả sử dụng năng lượng.
Bạn có nên đợi PCIe 6.0 không?
Nếu bạn đang nghĩ đến việc sớm mua hoặc xây dựng một máy tính mới, bạn có nên đợi bo mạch chủ PCIe 6.0 ra mắt trước không? Việc thử xây dựng một chiếc máy tính tương thích với tương lai luôn là điều hấp dẫn. Điều gì sẽ xảy ra nếu GPU hoặc SSD mới ra mắt cần PCIe 6.0 để phát huy hết tiềm năng của nó?
Câu trả lời ngắn gọn cho câu hỏi này là bạn không phải lo lắng về việc chờ đợi PCIe 6.0. Tại thời điểm viết bài, bo mạch chủ PCIe 5.0 mới chỉ bắt đầu được tung ra thị trường người tiêu dùng và ngay cả những GPU cao cấp nhất hiện nay cũng chưa cần đến PCIe 5.0.
Khi điểm chuẩn so sánh các card hàng đầu như RTX 3080 hoặc RTX 3090 chạy trên PCIe 3.0 và 4.0, sự khác biệt về hiệu suất nằm ở khoảng từ 0 đến 3%. Vâng đúng vậy. Hiện chúng tôi mới chỉ đạt đến giới hạn của PCIe 3.0 và đó chỉ là với những GPU đắt nhất hành tinh. Đừng lo lắng – ít nhất là trong vài năm.
Hãy nhớ rằng PCI-SIG chỉ mới công bố thông số kỹ thuật PCIe cuối cùng cho phiên bản 6.0 trên giấy. Mặc dù thông số kỹ thuật cuối cùng sẽ không thay đổi nhưng sẽ phải mất một thời gian nữa chúng ta mới thấy nhiều phần cứng hỗ trợ thông số kỹ thuật này, ít nhất là trong phân khúc người tiêu dùng.
PCIe 6.0 mang lại lợi ích cho các trung tâm dữ liệu ngày nay
Điều đó không có nghĩa là PCIe 6.0 không có lợi cho ai đó. Trong các trung tâm dữ liệu khổng lồ, tất cả chúng ta đều dựa vào các dịch vụ dựa trên đám mây, mỗi bit băng thông tăng thêm đều quý giá. Bên trong các giá đỡ máy tính đó, bạn sẽ tìm thấy các hệ thống có hàng chục hoặc hàng trăm lõi CPU và mảng lưu trữ SSD tốc độ cao. Những cải tiến về băng thông PCIe sẽ ngay lập tức giúp giảm áp lực cho các đường ống dữ liệu đang căng thẳng đó..
Có nhiều băng thông hơn đồng nghĩa với việc các ứng dụng AI và máy học có thể phân tích nhiều dữ liệu hơn trong thời gian ngắn hơn. Điều đó ngụ ý rằng các ứng dụng HPC (Điện toán hiệu năng cao) thực hiện các công việc phức tạp trong khoa học, kỹ thuật và vật lý có thể mở rộng tầm nhìn của chúng.
Ngay cả những hệ thống IoT (Internet of Things) gửi lượng lớn dữ liệu đến trung tâm dữ liệu để xử lý trong thời gian thực cũng sẽ được hưởng lợi rất nhiều từ băng thông bổ sung.
Điều gì xảy ra sau PCI Express 6.0?
Công nghệ PCIe sẽ tồn tại trong một thời gian dài trừ khi ai đó phát minh ra công nghệ kết nối ngoại vi tốt hơn hoàn toàn. Các công ty như Intel, AMD và Apple đang làm những điều thú vị với các công nghệ liên quan giữa các chip bên trong gói bộ xử lý của họ. Với các CPU như Ryzen của AMD và Alder Lake của Intel được nhồi nhét đầy lõi CPU, chúng cần phải di chuyển một lượng dữ liệu khổng lồ. Chúng tôi chắc chắn rằng PCI-SIG có thể học được một số điều từ những gì đang diễn ra bên trong các bộ xử lý này.
.