Назустріч PCIE 7.0 та палаючому сховищі: чому інженери потрапили в газ за стандартами взаємозв'язку

В даний час платформи, сумісні з PCIE 4.0, які сьогодні доступні на підтримку швидкості передачі до 64 ГБ/с у двонаправленому режимі. PCIE 5.0 технічно доступний, але GPU та SSD ще не підтримують стандарт, тому PCIE 7.0 являє собою ефективне збільшення пропускної здатності на 8 разів порівняно з тим, що насправді доступне сьогодні. Перші пристрої PCIE 5.0 повинні бути куплені наприкінці цього року.

Бонанза пропускної здатності

PCI Express дебютував на робочому столі з запуском платформи AMD Socket 939 ще в 2004 році. З підтримкою до 4 ГБ однонаправленої пропускної здатності (8 ГБ двонаправлених) він підірвав двері зі старого стандарту PCI. Причина, яку я згадую PCI замість AGP, полягає в тому, що висококласні графічні процесори ніколи не були особливо обмеженими пропускною здатністю інтерфейсу. Порівняння ще в 2004 році показало, що розрив між 8-кратною продуктивністю AGP та PCIE 1.0 по суті був нульовим, переходячи від PCI до PCIE (і від спільної топології шини до взаємозв'язку точки до точки) негайно покращило продуктивність адаптерів Ethernet, зберігання Контролери та різні інші сторонні пристрої.

З 2004 по 2011 рік стандарт PCIE рухався вперед швидкими темпами, з PCIE 2.0 та 3,0 кожна приблизно подвоєння пропускної здатності. Потім, з 2011 по 2018 рік, ринок пропускної здатності споживачів стояв на місці. Ми не бачили PCIE 4.0 до 2018 року, запустивши мікроархітектуру AMD Zen 2 та чіпсет материнської плати X570. Однак з тих пір PCI-SIG був на сльозі. PCIE 5.0 розгорнута з Олдер -Лейк у 2021 році, навіть якщо споживчий апарат ще недоступний. Ми не знаємо, коли PCIE 6.0 може бути доступний у споживчих продуктах, але 2023 - 2024 - це реалістичний час. Тепер ми бачимо, що ці фішки навіть не будуть на ринку більше декількох років, перш ніж апаратне забезпечення PCIE 7.0 почне підштовхувати.

То що змінилося?

Деякі проблеми були технічними - були реальні труднощі, пов’язані з продовженням збільшення пропускної здатності між PCIE 3.0 та PCIE 4.0, і довелося вирішити нові проблеми з інженерною сигналізацією та матеріалами. Однак це правда, що не було великого тиску, щоб посилити взаємозв'язки системи протягом того ж періоду часу. Це змінилося за останні кілька років, напевно, принаймні частково через збільшення присутності GPU та багато-GPU-серверів. Intel і AMD набагато більше стосуються взаємозв'язків та максимізації зв’язку між процесором та іншими прискорювачами, такими як FPGA та GPU.

Ще одна головна відмінність між пізніми Аугтами та сучасністю-це майже істотна природа зберігання SSD. Механічні спінінг -накопичувачі досить повільні, що швидша швидкість PCIe вище 1,0 запропонувала обмежені переваги. Це вже не так. Ми можемо розумно припустити, що нові накопичувачі PCIE 5.0 забезпечать помітну частку максимальної пропускної здатності. Дітто для PCIE 6.0 та 7.0, коли ці стандарти надходять.

Збільшення продуктивності PCIE, як правило, пов'язане з графічними процесорами, але це найбільший бенефіціар, як показано на графіку нижче. Цифри пропускної здатності є однонаправленими замість двонаправлених, тому значення - це половина того, що вони є на графіку вище.

З 2004 по 2022 рік головна пропускна здатність пам'яті збільшилася на ~ 12x, а пропускна здатність PCIE зросла на 16 разів. З іншого боку, пропускна здатність для зберігання споживачів зросла приблизно на 94 рази протягом останніх 18 років. Якщо ви пам’ятаєте дні, коли більш швидкі показники зберігання визначали на борту 8 Мб кеш, швидкість шпинделя 7200 об / хв та підтримка NCQ, це досить п’янкі речі.

Ці вдосконалення пропускної здатності зберігання полягають у тому, чому Sony та Microsoft орієнтовані на використання швидкого зберігання PCIe як пам'яті з останніми запусками консолі, а не різко збільшити загальну доступну систему оперативної пам’яті. Стандарт DirectStorage Microsoft поширить ці можливості і на ПК Windows. Системи Windows можуть повністю доставляти SSD в майбутньому (це не означає, що Windows не встановлюється на жорсткий диск, лише те, що жорсткі диски не доставлять як завантажувальні диски в системах Windows). Ми давно дійшли до точки, коли навіть скромне рішення для зберігання EMMC може перевершити продуктивність жорсткого диска.

Ми також дійшли до того, що пропускна здатність на зберігання ПК конкурує з основною пропускною здатністю пам'яті з 20 років тому. Пропускна здатність, звичайно, є лише одним із аспектів технології пам’яті, а затримки доступу на NAND, доступні через автобус PCIE, на кілька замовлень вище, ніж те, що може забезпечити DRAM 2004 року, але це все-таки досягнення, які компанії можуть використовувати для покращення Загальна продуктивність системи. Система є настільки ж сильною, як і її найслабший ланцюг, і HDD завжди були найслабшою ланкою продуктивності ПК. Перехід на NAND розблокував продуктивність ПК, яка раніше була утиском воріт, спінінг-медіа.

Я не знаю достатньо деталей низького рівня, щоб міркувати про те, як можуть бути покращені операційні системи та файлові системи . Обнадійлива річ щодо постійного розвитку цих стандартів взаємозв'язку полягає в тому, що споживчі пристрої повинні продовжувати користь, навіть у нижньому кінці. Зберігання M2 може бути лише половиною швидкості M1 (і я розумію, чому це може дратувати деяких покупців), але напівшвидкісне зберігання M2 Macbook буквально швидше, ніж стійки жорстких дисків в епоху до SSD.

PCI-SIG компенсує втрачений час, вистрілюючи нові стандартні версії, один за одним. Наші дати 2024 та 2026 рр. Для прийняття є спекулятивними на цьому етапі, але ми очікуємо, що обидва на ринку до 2025/2028 зовні. Поки що постачальники SSD змогли скористатися додатковою пропускною здатністю, розблокованою новими стандартами зберігання майже, як тільки ці стандарти досягають ринку. Це на відміну від графічних процесорів, які, як правило, не демонструють різниці продуктивності запуску між новою версією PCIE та безпосередньо попередньою версією стандарту.

Ми можемо колективно очікувати, що накопичувач ПК продовжуватиметься швидше-і отримувати довгострокові переваги цього підвищення продуктивності.