[ شرح ] ما هو PCIe 6.0 وما مدى اختلافه؟

Eng Mostafa ismail

Eng Mostafa ismail

Administrative
طاقم الإدارة
مــدير عـــام
12 يوليو 2022
20
2
1
بدأت اللوحات الأم PCIe 4.0 في الشحن للعملاء الآن فقط ، ولكن هذا لا يبطئ من تطوير معيار التوصيلات الطرفية الحاسم هذا. PCIe 6.0 موجود بالفعل على الطاولة ، مع تحسينات ملموسة على أحدث المعايير الحالية.

نظرًا لأن PCIe أصبح أساسيًا في أجهزة الكمبيوتر من جميع الأشكال والأحجام ، فمن الجدير التحدث عن ماهية PCIe وما يتم استخدامه وما الذي سيقدمه PCIe 6.0 الجديد في المستقبل.

Pcie 1024x576

أساسيات PCIe​


PCIe هي اختصار لعبارة Peripheral Component Interconnect Express . قد يتذكر بعض قرائنا الذين ظلوا حول أجهزة الكمبيوتر لفترة من الوقت معيار PCI القديم ، لكن PCIe يتوافق مع معيار PCI الأصلي حيث أن الطائرة المقاتلة هي طائرة ورقية.

2 Slots

PCIe هو بروتوكول ومعيار توصيل أجهزة فعلي. معيار توصيل أجهزة PCIe الأكثر شيوعًا هو فتحة توسيع اللوحة الأم. تقوم بتوصيل بطاقات التوسيع بهذه الفتحات ، ويتم الاتصال عبر دبابيس التوصيل. ومع ذلك ، من الممكن إرسال إشارات بروتوكول PCIe عبر أنواع أخرى من الاتصالات.

يمكن لمحركات أقراص NVME SSD التي تستخدم موصل M.2 استخدام PCIe ، ولا يبدو هذا مختلفًا بالنسبة للكمبيوتر عن SSD المتصل عبر فتحة PCIe قياسية. يدعم معيار Thunderbolt 3 و 4 أيضًا إرسال إشارات PCIe عبر كابل. هذه هي الطريقة التي يمكن بها استخدام eGPUs (بطاقات الرسومات الخارجية).

3 M2

ترسل أجهزة PCIe البيانات بطريقة تسلسلية ولكن عبر ممرات متعددة ومتوازية. يمكن أن تستوعب فتحة x16 PCIe على اللوحة الأم للكمبيوتر ستة عشر قناة بيانات في وقت واحد. توفر PCIe أيضًا فتحات x8 و x4 و x1. بشكل عام ، تستخدم بطاقات الرسومات فتحة x16 لأنها تحتاج إلى أكبر قدر ممكن من النطاق الترددي. على الرغم من أن الفتحات البطيئة تكون أقصر فعليًا ، إلا أنه من الشائع أن تكون الفتحات ذات الطول x16 بالإضافة إلى الفتحة الأساسية x8.

توفر بطاقات PCIe التوافق مع الإصدارات السابقة والتوافق المتبادل ، بحيث يمكنك لصق بطاقة x4 في أي فتحة PCIe تستوعبها فعليًا. كل ما عليك فعله هو إهدار أي ممرات PCIe لا تستخدمها بطاقة x4. الشيء نفسه ينطبق على استخدام بطاقة PCIe 5.0 في فتحة 4.0 ، على سبيل المثال. ستعمل لكنها ستقتصر على القاسم المشترك الأصغر.

من الذي يقرر بشأن معيار PCIe؟​


تم تصميم معيار PCI Express واعتماده من قبل PCI Special Interest Group (PCI-SIG) ، وهو اتحاد يضم أعضاء من صناعة الإلكترونيات والكمبيوتر مع مصلحة راسخة في التكنولوجيا.

تأسست PCI-SIG في عام 1992 كمجموعة مكلفة بمساعدة الشركات المصنعة لأجهزة الكمبيوتر على تطبيق معيار Intel PCI بشكل صحيح. اليوم هي منظمة غير ربحية تضم أكثر من 800 عضو.

4 SIG

تحتوي لوحة PCI-SIG على AMD و ARM و Dell و IBM و Intel و Nvidia و Qualcomm والمزيد من الأعضاء. قد تتعرف على هذه الأسماء كمصنعين رئيسيين لأجهزة الحوسبة ، ووجود معيار مشترك يجعل عملهم أسهل بكثير ، ناهيك عن حياة عملائهم!

ما هي PCIe المستخدمة؟​


لقد ذكرنا بالفعل بطاقات التوسيع ومحركات أقراص الحالة الصلبة أعلاه ، لذلك ربما تكون لديك فكرة عامة عن استخدامات PCIe.

يتصل معيار PCIe بأي جهاز طرفي خارجي يمكنك تخيله. إنه يوفر نطاقًا تردديًا أوسع بكثير من USB ، خاصة عند النظر إلى ممرات متعددة. يوفر PCIe أيضًا مسارًا مباشرًا إلى وحدة المعالجة المركزية ، مما يجعلها مثالية للتطبيقات عالية السرعة وزمن الانتقال.

5 GPU

تستخدم وحدات معالجة الرسومات الحديثة ستة عشر مسارًا من عرض النطاق الترددي لـ PCIe لزيادة أدائها إلى الحد الأقصى ، ولكن لا تحتاج كل الأجهزة الطرفية إلى هذا النطاق الترددي الكبير. تستخدم أحدث محركات أقراص PCIe 4.0 SSD أربعة ممرات "فقط" ، ولكن هذا يكفي لإخراج معيار SATA من الماء. بينما تتفوق محركات SATA بسرعة 600 ميجابايت / ثانية ، يمكن لمحركات PCIe 4.0 المتطورة نقل أكثر من 7000 ميجابايت / ثانية.

تستوعب بطاقات توسيع PCIe أيضًا بطاقات الصوت وبطاقات التقاط الفيديو ومحول 10Gb Ethernet وبطاقات WiFi 6 ووحدات تحكم Thunderbolt أو USB والمزيد. الأجهزة الطرفية المدمجة في اللوحة الأم للكمبيوتر الخاص بك تستخدم أيضًا PCI Express. كل ما في الأمر أن الأسلاك تكون دائمة وليست في شكل فتحة.

كيف يتحسن PCIe 6.0 على PCIe 5.0؟​


عادةً ما يكون تحسين العنوان قفزة كبيرة في معدل البيانات مع كل مراجعة لـ PCIe. هذا هو مقدار المعلومات التي يمكن نقلها عبر الحافلة كل ثانية.

في هذا القسم ، لا يخيب PCIe 6.0. إنه يضاعف بشكل كامل معدل نقل البيانات الهائل بالفعل لـ PCIe 5.0 من 32 جيجا بايت في الثانية (GT / s) إلى 64 GT / s لكل ممر. بينما يمكن لـ PCIe 5.0 نقل 63 جيجا بايت في الثانية (GB / s) ، يمكن نقل 6.0 حتى 128 جيجا بايت / ثانية. هذا يتجاوز اتصال x16 ، مع تصغير المزيد من الاتصالات الصغيرة. وهذا يعني أن فتحة x8 PCIe 6.0 تتمتع الآن بنفس قدر الأداء الذي تتمتع به فتحة x16 5.0.

Transfer speed 1024x589

هذا يوفر مساحة كبيرة لوحدات معالجة الرسومات المستقبلية وحلول التخزين فائقة السرعة. ناهيك عن النطاق المذهل للأجهزة الخارجية المتصلة عبر PCIe أو بطاقات التوسع التي توفر Thunderbolt و USB 4.

الميزات الجديدة في PCI Express 6.0​


لم يكن تحقيق قفزة هائلة في الأداء في جيل واحد أمرًا سهلاً. لتحقيق هذه الأرقام ، كان على مهندسي PCI-SIG تطوير بعض الطرق الجديدة المبتكرة لتحريك الإلكترونات.

إشارات PAM4


من المحتمل جدًا أن يكون التغيير الأكثر أهمية في PCIe 6.0 مقارنة بالأجيال السابقة للواجهة هو كيفية تشفير البيانات.

7 Wave

يستخدم PCI Express 6.0 PAM4 ، وهو اختصار لـ Pulse Amplitude Modulation بأربعة مستويات. إذا كنت تعرف أي شيء عن أشكال الموجات الكهربائية ، فستعرف أن "سعة" الموجة هي مدى بُعد قمة الموجة عن خط الأساس.

يحتوي ترميز PCIe الأقدم NRZ (بدون عودة إلى الصفر) على مستويين من السعة لكل نبضة خلال دورة الساعة. يضاعف PCIe 6 ذلك إلى أربعة ، مما يزيد من كمية البيانات المشفرة مع كل دورة.

تصحيح الخطأ الأمامي (FEC)


بينما توفر طريقة تشفير PAM4 دفعة كبيرة للسرعات ، فإنها توفر أيضًا دفعة كبيرة لأخطاء البت. بمعنى آخر ، يصل المرء إلى وجهته بدلاً من الصفر ، والعكس صحيح.

لمكافحة ذلك ، يحتوي PCIe 6.0 على ميزة Forward Error Correction الجديدة ، والتي تتحقق للتأكد من أن البيانات تصل إلى حيث يجب أن تذهب دون أن تتعرض للتلف ، وذلك بمساعدة تنفيذ CRC (فحص التكرار الدوري) القوي.

Corrupt data 1024x683

يتمثل أحد مخاطر إضافة المزيد من خطوات تصحيح الخطأ في خط الأنابيب في أنك ستضيف المزيد من وقت الاستجابة. كان الكمون الإضافي مصدر قلق متزايد مع العديد من مكونات الكمبيوتر عالية السرعة. على الرغم من أنه يمكنهم نقل المزيد والمزيد من البيانات ، إلا أنهم يستغرقون وقتًا أطول للرد على طلب البيانات ، مما قد يتسبب في حدوث مشكلات خاصة بهم.

تم تصميم FEC لاستهداف إضافة ما لا يزيد عن 2 نانوثانية من زمن الانتقال مقارنة بالإصدارات السابقة من PCIe ، وهو مقدار ضئيل للغاية من زمن الانتقال الإضافي الذي لا يمكن لأي إنسان اكتشافه.

وضع FLIT


كان وضع FLIT مقياسًا آخر تم تقديمه لتحسين تصحيح الخطأ في PCIe 6.0. ينظم البيانات في وحدات ذات حجم موحد باستخدام وحدة تحكم تدفق داخلية مخصصة. يعد هذا ضروريًا لفحص الحزم بحثًا عن الأخطاء حيث يمكنك تطبيق خوارزمية على كل حزمة بيانات والتحقق مما إذا كانت الحزمة لا تزال تعطي النتيجة عندما تصل إلى الطرف الآخر من خط الأنابيب.

الشيء هو ، اتضح أن وضع FLIT يحقق أيضًا مكاسب كبيرة في الكفاءة في أماكن أخرى. يساعد على تقليل زمن الوصول ، ويجعل استخدام النطاق الترددي أكثر كفاءة ، ويتيح لـ PCIe 6.0 التخلص من الكثير من عبء الترميز من الإصدارات السابقة. لذلك ، على الرغم من أن PAM4 يضيف ما يصل إلى 2ns من وقت الاستجابة ، فإن وضع FLIT يحفظ وقت الاستجابة في مناطق أخرى.

أزياء L0p


إحدى الميزات المثيرة للاهتمام في PCIe 6.0 هي وضع L0p. يقلل هذا الوضع من عدد الممرات التي يستخدمها الجهاز الطرفي لإرسال البيانات واستلامها. لذا ، إذا كان الكمبيوتر المحمول الخاص بك يعمل بطاقة البطارية ولا تحتاج وحدة معالجة الرسومات (GPU) إلى 16 مسارًا لأداء وظيفتها الحالية ، فسوف تنخفض إلى استخدام عدد الممرات التي يحتاجها فقط ، مما يوفر الكهرباء عن طريق زيادة كفاءة الطاقة.

هل يجب أن تنتظر PCIe 6.0؟​


إذا كنت تفكر في شراء أو بناء جهاز كمبيوتر جديد قريبًا ، فهل يجب أن تنتظر ظهور اللوحات الأم PCIe 6.0 أولاً؟ من المغري دائمًا محاولة بناء جهاز كمبيوتر مستقبلي. ماذا لو ظهر GPU أو SSD جديد يحتاج إلى PCIe 6.0 للوصول إلى إمكاناته الكاملة؟

الإجابة المختصرة على هذا السؤال هي أنه لا داعي للقلق بشأن انتظار PCIe 6.0. في وقت كتابة هذا التقرير ، بدأت اللوحات الأم PCIe 5.0 في طرحها للمستهلكين فقط ، وحتى معظم وحدات معالجة الرسومات الحالية المتطورة لا تقترب من الحاجة إلى PCIe 5.0.

9 Gamer

في المعايير التي تقارن بين البطاقات الرئيسية مثل RTX 3080 أو RTX 3090 التي تعمل على PCIe 3.0 و 4.0 ، كان الاختلاف في الأداء في مكان ما بين لا شيء و 3٪. نعم هذا صحيح. لقد وصلنا الآن فقط إلى حدود PCIe 3.0 ، وهذا فقط مع أغلى وحدات معالجة الرسومات على هذا الكوكب. لا تقلق - على الأقل ليس لبضع سنوات.

تذكر أن PCI-SIG نشرت فقط مواصفات PCIe النهائية للإصدار 6.0 على الورق. على الرغم من أن المواصفات النهائية لن تتغير ، إلا أنه سيمر بعض الوقت قبل أن نرى الكثير من الأجهزة التي تدعمها ، على الأقل في مساحة المستهلك.

يفيد PCIe 6.0 مراكز البيانات اليوم​


هذا لا يعني أن PCIe 6.0 ليس مفيدًا لشخص ما بالفعل. في مراكز البيانات العملاقة ، نعتمد جميعًا على الخدمات المستندة إلى السحابة ، وكل جزء إضافي من النطاق الترددي ثمين. داخل هذه الأرفف من أجهزة الكمبيوتر ، ستجد أنظمة بها عشرات أو مئات من نوى وحدة المعالجة المركزية وصفيفات من وحدات تخزين SSD عالية السرعة. ستساعد التحسينات في عرض النطاق الترددي لـ PCIe على الفور في تخفيف الضغط عن أنابيب البيانات المجهدة.

10 Data Center

إن وجود الكثير من النطاق الترددي يعني أن تطبيقات الذكاء الاصطناعي والتعلم الآلي يمكنها تحليل المزيد من البيانات في وقت أقل. إنه يعني أن تطبيقات HPC (الحوسبة عالية الأداء) التي تقوم بعمل معقد في العلوم والهندسة والفيزياء يمكن أن توسع آفاقها.

حتى أنظمة إنترنت الأشياء (إنترنت الأشياء) التي ترسل تدفقًا كبيرًا من البيانات إلى مراكز البيانات لمعالجتها في الوقت الفعلي ستستفيد بشكل كبير من النطاق الترددي الإضافي.

ما الذي يأتي بعد PCI Express 6.0؟​


ستكون تقنية PCIe موجودة لفترة طويلة ما لم يخترع شخص ما تقنية ربط طرفي أفضل بشكل جذري. تقوم شركات مثل Intel و AMD و Apple بأشياء مثيرة باستخدام التقنيات ذات الصلة بين الرقائق داخل حزم المعالجات الخاصة بهم. مع وجود وحدات المعالجة المركزية مثل AMD's Ryzen و Intel's Alder Lake المليئة بالخياشيم مع أنوية وحدة المعالجة المركزية ، فإنها تحتاج إلى نقل كمية هائلة من البيانات. نحن على يقين من أن PCI-SIG يمكنه تعلم بعض الأشياء مما يحدث داخل هذه المعالجات.
 
التعديل الأخير بواسطة المشرف: