Les cartes mères PCIe 4.0 commencent seulement à être livrées aux clients, mais cela ne ralentit pas le développement de cette norme cruciale de connexion de périphériques. PCIe 6.0 est déjà sur la table, avec des améliorations concrètes par rapport à la norme de pointe actuelle.
Étant donné que le PCIe devient fondamental dans les ordinateurs de toutes formes et tailles, il vaut la peine de parler de ce qu'est le PCIe, de son utilité et de ce que le nouveau PCIe 6.0 offrira à l'avenir.
Les bases du PCIe
PCIe est l'abréviation de Peripheral Component Interconnect Express. Certains de nos lecteurs qui connaissent les ordinateurs depuis un certain temps se souviennent peut-être de l'ancienne norme PCI, mais PCIe est à la norme PCI d'origine ce qu'un avion de combat l'est à un avion en papier.
PCIe est à la fois un protocole et une norme de connexion matérielle physique. La norme de connexion matérielle PCIe la plus courante est le connecteur d'extension de la carte mère. Vous connectez des cartes d'extension à ces emplacements et la communication s'effectue via les broches de connexion. Cependant, il est possible d'envoyer des signaux du protocole PCIe via d'autres types de connexions.
Les SSD NVME utilisant le connecteur M.2 peuvent utiliser PCIe, et cela ne semble pas différent de l'ordinateur à partir d'un SSD connecté via un emplacement PCIe standard. Les normes Thunderbolt 3 et 4 prennent également en charge l'envoi de signaux PCIe via un câble. C'est ainsi que eGPU (cartes graphiques externes) sont possibles.
Les appareils PCIe envoient des données en série, mais sur plusieurs voies parallèles. Un emplacement PCIe x16 sur la carte mère d’un ordinateur peut accueillir seize canaux de données à la fois. PCIe propose également des emplacements x8, x4 et x1. En général, les cartes graphiques utilisent le slot x16 car elles ont besoin d'autant de bande passante que possible. Bien que les emplacements les plus lents soient généralement physiquement plus courts, il est courant que la longueur x16 en plus du principal soit x8.
Les cartes PCIe offrent une compatibilité descendante et croisée, vous pouvez donc insérer une carte x4 dans n'importe quel emplacement PCIe qui peut l'accueillir physiquement. C’est juste que vous perdrez toutes les voies PCIe que la carte x4 n’utilise pas. Il en va de même pour l'utilisation d'une carte PCIe 5.0 dans, par exemple, un emplacement 4.0. Cela fonctionnera mais sera limité au plus petit dénominateur commun.
Qui décide du standard PCIe ?
.La norme PCI Express est conçue et approuvée par le Groupe d'Intérêt Spécial PCI (PCI-SIG), un consortium composé de membres de l'industrie électronique et informatique ayant un intérêt direct dans la technologie.
PCI-SIG a été fondé en 1992 en tant que groupe chargé d'aider les fabricants d'ordinateurs à mettre en œuvre correctement la norme Intel PCI. Aujourd'hui, c'est une organisation à but non lucratif comptant plus de 800 membres.
La carte PCI-SIG compte entre autres membres AMD, ARM, Dell, IBM, Intel, Nvidia, Qualcomm. Vous reconnaissez peut-être ces noms comme étant les principaux fabricants d'appareils informatiques, et le fait de disposer d'une norme commune facilite grandement leur travail, sans parler de la vie de leurs clients !
À quoi sert PCIe ?
Nous avons déjà mentionné les cartes d'extension et les SSD ci-dessus, vous avez donc probablement une idée générale des utilisations du PCIe.
La norme PCIe connecte à peu près tous les périphériques externes que vous pouvez imaginer. Il offre une bande passante beaucoup plus large que l’USB, surtout lorsque l’on regarde plusieurs voies. PCIe fournit également un chemin direct vers le processeur, ce qui le rend idéal pour les applications à haut débit et à faible latence.
Les GPU modernes utilisent seize voies de bande passante PCIe pour optimiser leurs performances, mais tous les périphériques n'ont pas besoin d'autant de bande passante. Les derniers SSD PCIe 4.0 n’utilisent « que » quatre voies, mais c’est suffisant pour faire exploser la norme SATA hors de l’eau. Alors que le SATA atteint 600 Mo/s, les disques PCIe 4.0 haut de gamme peuvent déplacer plus de 7 000 Mo/s.
Les cartes d'extension PCIe prennent également en charge les cartes son, les cartes de capture vidéo, les adaptateurs Ethernet 10 Go, les cartes WiFi 6, les contrôleurs Coup de tonnerre ou USB, et bien plus encore. Les périphériques intégrés à la carte mère de votre ordinateur utilisent également PCI Express. C'est juste que le câblage est permanent et non sous la forme d'une fente.
Comment PCIe 6.0 s'améliore-t-il par rapport à PCIe 5.0 ?
L'amélioration globale est généralement une augmentation importante du débit de données à chaque révision PCIe. C'est la quantité d'informations qui peuvent être déplacées dans le bus chaque seconde.
Dans ce domaine, PCIe 6.0 ne déçoit pas. Il double entièrement le taux de transfert de données déjà énorme du PCIe 5.0, passant de 32 Gigatransfers par seconde (GT/s) à 64 GT/s par voie. Alors que PCIe 5.0 pouvait déplacer 63 gigaoctets par seconde (Go/s), le 6.0 peut atteindre 128 Go/s. Cela concerne une connexion x16, avec des connexions plus mineures réduites. Cela signifie qu'un emplacement x8 PCIe 6.0 a désormais autant de performances qu'un emplacement x16 5.0..
Cela crée une grande marge de manœuvre pour les futurs GPU et solutions de stockage ultra-rapides. Sans parler des possibilités incroyables pour les périphériques externes connectés via PCIe ou les cartes d'extension offrant Thunderbolt et USB 4.
Nouvelles fonctionnalités de PCI Express 6.0
Réaliser un bond de performance aussi monumental en une seule génération n'a pas été facile. Pour atteindre ces chiffres, les ingénieurs du PCI-SIG ont dû développer quelques nouvelles façons innovantes de déplacer les électrons.
Signalisation PAM4
Il est fort probable que le changement le plus important apporté par PCIe 6.0 par rapport aux générations précédentes de l'interface réside dans la manière dont les données sont codées.
PCI Express 6.0 utilise PAM4, qui est l'abréviation de Modulation d'amplitude d'impulsion à quatre niveaux.Si vous connaissez quelque chose sur les formes d'onde électriques, vous saurez que «l'amplitude» de l'onde correspond à la distance parcourue. la crête de la vague est à partir de la ligne de base.
L'ancien codage PCIe NRZ (sans retour à zéro) n'avait que deux niveaux d'amplitude par impulsion au cours d'un cycle d'horloge. PCIe 6 double ce chiffre à quatre, augmentant la quantité de données codées à chaque cycle.
Correction directe des erreurs (FEC)
Bien que la méthode de codage PAM4 améliore considérablement les vitesses, elle augmente également considérablement les erreurs sur les bits. Autrement dit, on arrive à destination au lieu d'un zéro, et vice versa.
Pour lutter contre ce problème, PCIe 6.0 dispose d'une nouvelle fonctionnalité de correction directe des erreurs, qui vérifie que les données arrivent là où elles doivent aller sans être corrompues, à l'aide d'une implémentation robuste de CRC (Cyclic Redundancy Check).
L'un des dangers liés à l'ajout d'étapes de correction d'erreur supplémentaires dans le pipeline est que vous ajouterez plus de latence. La latence supplémentaire constitue une préoccupation croissante avec divers composants informatiques à grande vitesse. Même s'ils peuvent transférer de plus en plus de données, ils mettent plus de temps à réagir à une demande de données, ce qui peut en soi entraîner des problèmes.
FEC a été conçu pour ne pas ajouter plus de deux nanosecondes de latence par rapport aux versions précédentes de PCIe, ce qui représente un tout petit peu de latence supplémentaire qu'aucun humain ne peut détecter.
Mode FLIT
Le mode FLIT était une autre mesure introduite pour améliorer la correction des erreurs dans PCIe 6.0. Il organise les données en unités de taille uniforme à l’aide d’une unité de contrôle de flux embarquée dédiée. Ceci est nécessaire pour vérifier les erreurs dans les paquets, car vous pouvez appliquer un algorithme à chaque paquet de données et vérifier si le paquet donne toujours le résultat lorsqu'il atteint l'autre extrémité du pipeline..
Le fait est qu'il s'avère que le mode FLIT apporte également des gains d'efficacité significatifs dans d'autres endroits. Il permet de réduire la latence, rend l'utilisation de la bande passante plus efficace et permet à PCIe 6.0 de supprimer une grande partie de la surcharge d'encodage des versions précédentes. Ainsi, bien que PAM4 ajoute jusqu'à 2 ns de latence, le mode FLIT permet d'économiser de la latence dans d'autres domaines.
Mode L0p
Une fonctionnalité intéressante de PCIe 6.0 est le mode L0p. Ce mode réduit le nombre de voies utilisées par un périphérique pour envoyer et recevoir des données. Ainsi, si votre ordinateur portable fonctionne sur batterie et que le GPU n'a pas besoin de 16 voies pour faire son travail actuel, il n'utilisera que le nombre de voies dont il a besoin, économisant ainsi de l'électricité en augmentant l'efficacité énergétique.
Devez-vous attendre PCIe 6.0 ?
Si vous envisagez d'acheter ou de construire un nouvel ordinateur prochainement, devriez-vous attendre que les cartes mères PCIe 6.0 sortent en premier ? Il est toujours tentant d’essayer de construire un ordinateur évolutif. Que se passe-t-il si un nouveau GPU ou SSD nécessite PCIe 6.0 pour atteindre son plein potentiel ?
La réponse courte à cette question est que vous n'avez pas à vous soucier d'attendre PCIe 6.0. Au moment de la rédaction de cet article, les cartes mères PCIe 5.0 commencent tout juste à être déployées auprès des consommateurs, et même les GPU actuels les plus haut de gamme sont loin d'avoir besoin de PCIe 5.0.
Dans repères comparaison de cartes phares telles que la RTX 3080 ou la RTX 3090 fonctionnant sur PCIe 3.0 et 4.0, la différence de performances se situe entre rien et 3 %. Oui c'est vrai. Nous atteignons seulement maintenant les limites du PCIe 3.0, et ce uniquement avec les GPU les plus chers de la planète. Ne vous inquiétez pas, du moins pas avant quelques années.
N'oubliez pas que PCI-SIG n'a publié que sa spécification PCIe finale pour la version 6.0 sur papier. Même si la spécification finale ne changera pas, il faudra un certain temps avant de voir beaucoup de matériel la prendre en charge, du moins dans l'espace grand public.
PCIe 6.0 profite aujourd'hui aux centres de données
Cela ne veut pas dire que PCIe 6.0 n’est déjà pas avantageux pour quelqu’un. Dans les centres de données géants, nous dépendons tous de services basés sur le cloud, chaque bit de bande passante supplémentaire est précieux. À l’intérieur de ces racks d’ordinateurs, vous trouverez des systèmes dotés de dizaines ou de centaines de cœurs de processeur et de matrices de stockage SSD à haute vitesse. Les améliorations de la bande passante PCIe contribueront immédiatement à alléger la pression exercée sur ces canaux de données très sollicités..
Disposer de beaucoup plus de bande passante signifie que les applications d'IA et de machine learning peuvent analyser plus de données en moins de temps. Cela implique que les applications HPC (High-Performance Computing) qui effectuent des travaux complexes dans les domaines de la science, de l'ingénierie et de la physique peuvent élargir leurs horizons.
Même les systèmes IoT (Internet des objets) qui envoient un flot de données aux centres de données pour les traiter en temps réel bénéficieront massivement de la bande passante supplémentaire.
Qu'est-ce qui vient après PCI Express 6.0 ?
La technologie PCIe existera encore longtemps à moins que quelqu'un n'invente une technologie d'interconnexion périphérique radicalement meilleure. Des entreprises comme Intel, AMD et Apple font des choses passionnantes avec les technologies associées entre les puces au sein de leurs processeurs. Avec des processeurs comme le Ryzen d’AMD et l’Alder Lake d’Intel bourrés de cœurs de processeur, ils doivent déplacer une énorme quantité de données. Nous sommes sûrs que le PCI-SIG peut apprendre certaines choses de ce qui se passe à l'intérieur de ces processeurs.
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