На пути к PCIE 7.0 и Blazing-Fast Herese: почему инженеры попали в газ по стандартам Interconnect

В настоящее время платформы PCIE 4.0, которые доступны сегодня, поддерживают скорости передачи до 64 ГБ/с в двухнамерном режиме. PCIE 5.0 технически доступен, но графические процессоры и SSD пока не поддерживают стандарт, поэтому PCIE 7.0 представляет собой эффективное увеличение пропускной способности на 8 раз по сравнению с тем, что на самом деле доступно сегодня. Первые устройства PCIe 5.0 должны быть покупаются в конце этого года.

Пропускная способность Bonanza

PCI Express дебютировал на рабочем столе с запуском платформы AMD Socket 939 еще в 2004 году. При поддержке до 4 ГБ однонаправленной полосы пропускания (8 ГБ двунаправленной) он сдул двери со старого стандарта PCI. Причина, по которой я упоминаю PCI вместо AGP, заключается в том, что высококлассные графические процессоры никогда не были особенно ограничены пропускной способностью интерфейса. Сравнения в 2004 году показали, что разрыв между 8-раз контроллеры и различные другие сторонние устройства.

С 2004 по 2011 год стандарт PCIe продвинулся вперед в быстром темпе, с PCIe 2.0 и 3,0 каждая примерно удвоенная полоса пропускания. Затем, с 2011 по 2018 год, рынок пропускной способности потребителей стоял неподвижно. Мы не видели PCIE 4.0 до 2018 года с запуском микроархитектуры AMD 2 и чипсета материнской платы X570. С тех пор, однако, PCI-SIG был в слезах. PCIE 5.0 развернута с озером Олдер в 2021 году, даже если потребительское оборудование еще не доступно. Мы не знаем, когда PCIE 6.0 может быть доступен в потребительских продуктах, но 2023–2024 гг. - это реалистичный срок. Теперь мы видим, что эти чипы даже не будут на рынке более нескольких лет, прежде чем начнут двигаться аппаратное обеспечение PCIe 7.0.

Так что изменилось?

Некоторые из проблем были техническими - были реальные трудности, связанные с продолжением увеличения пропускной способности между PCIE 3.0 и PCIE 4.0, и некоторые новые сигналы и инженерные проблемы материалов и инженерные проблемы должны были быть решены. Также верно, однако, что не было большого давления, чтобы усилить интеграции системных соединений в тот же период времени. Это изменилось за последние несколько лет, вероятно, по крайней мере, отчасти из-за повышенного присутствия графических процессоров и серверов с несколькими GPU. Intel и AMD гораздо больше обеспокоены взаимосвязанными соединениями и максимизацией связи между процессором и другими ускорителями, такими как FPGA и графические процессоры.

Еще одним важным отличием между поздними агтами и современными является почти унизительный характер хранения SSD. Механические прядильные диски достаточно медленные, что более быстрая скорость PCIe выше 1,0 предлагает ограниченные преимущества. Это больше не так. Мы можем разумно предположить, что новые приводы PCIE 5.0 обеспечат заметную долю максимальной полосы пропускания. То же самое для PCIE 6.0 и 7.0, когда эти стандарты прибывают.

Повышение производительности PCIE обычно связано с графическими процессорами, но это хранилище, которое было величайшим бенефициаром, как показано на таблице ниже. Цифры полосы пропускания являются однонаправленными, а не двунаправленными, поэтому значения - это половина от того, что они есть в диаграмме выше.

С 2004 по 2022 год пропускная способность основной полосы памяти увеличилась на ~ 12x, в то время как пропускная способность PCIe выросла на 16x. Пропускная способность потребительского хранения, с другой стороны, выросла примерно на 94 -кратный за последние 18 лет. Если вы помните те дни, когда более высокие характеристики хранения были определены на бортовых 8 МБ кэшах, 7200 об / мин скорости и поддержкой NCQ, это довольно головокружительный материал.

Эти улучшения в пропускной способности хранилища являются тем, почему Sony и Microsoft сосредоточены на использовании Fast PCIe Storage в качестве памяти с их последними запусками консоли вместо резкого увеличения общего доступного системного оперативного оперативного оперативного оперативного оперативного оперативного операции. Стандарт Microsoft DirectStorage также расширит эти возможности на ПК с Windows. Системы Windows могут полностью поставляться с SSD в будущем (это не означает, что Windows не будет установлен на жесткий диск, только то, что жесткие диски не будут доставлены в качестве загрузочных дисков в системах Windows). Мы давно достигли точки, когда даже скромное решение для хранения EMMC может опередить производительность жесткого диска.

Мы также достигли точки, в которой пропускная способность хранения ПК соперничает с 20 -летним пропускной способностью. Пропускная способность, конечно же, является лишь одним из аспектов технологии памяти, а задержки доступа на NAND, доступ к которому через автобус PCIe на несколько порядков выше, чем то, что может обеспечить DRAM эпохи 2004 года, но это все еще достижение, которое компании могут использовать для улучшения, чтобы улучшить Общая производительность системы. Система так же сильна, как и ее самая слабая цепочка, а жесткие диски всегда были самым слабым звеном в производительности ПК. Сдвиг в NAND разблокировал производительность ПК, которая ранее была ворота, вращающимися носителями.

Я не знаю достаточно низкоуровневых деталей, чтобы размышлять о том, как операционные системы и файловые системы могут быть улучшены, если они были разработаны для SSD в первую очередь, а не для вращающихся носителей, но я подозреваю, что мы начнем выяснять в течение следующего десятилетия Анкет Обнадеживающая вещь о продолжающемся развитии этих стандартов взаимосвязки заключается в том, что потребительские устройства должны продолжать выгоду, даже на низком уровне. Хранение M2 может быть лишь половиной скорости M1 (и я понимаю, почему это может раздражать некоторых покупателей), но наполовину скоростное хранение M2 MacBook буквально быстрее, чем стойки жестких дисков в эпоху до SSD.

PCI-SIG восполняет потерянное время, запустив новые стандартные версии, один сразу после другого. Наши даты 2024 и 2026 гг. Для усыновления являются спекулятивными в этом этапе, но мы ожидаем, что оба на рынке к 2025/2028 годы снаружи. До настоящего времени поставщики SSD смогли воспользоваться дополнительной пропускной способностью, разблокированной новыми стандартами хранения почти сразу после того, как эти стандарты достигают рынка. Это резко контрастирует с графическими процессорами, которые обычно не показывают разницу в производительности запуска между новой версией PCIe и непосредственной предыдущей версией стандарта.

Мы можем коллективно ожидать, что хранилище ПК будет продолжать быстрее-и пожинать долгосрочные преимущества этого повышения производительности.