PCI Express 4.0: todo lo que sabemos hasta el momento

A principios de año, el consorcio de estándares PCI-SIG ratificó y publicó la especificación PCI Express 4.0 en su versión 1.0. Esto marca la versión completa de PCIe 4.0, y sigue la publicación de la especificación de la revisión 0.9 de junio del año pasado. En este artículos vamos a analizar todo lo que se conoce hasta ahora sobre PCI Express 4.0.

PCI Express 4.0 duplica el ancho de banda de la actual especificación 3.0

PCI Express es actualmente el bus de alta velocidad usado por casi todos los componentes de alto rendimiento en los ordenadores. Tanto tarjetas gráficas, como SSDs NVMe, tarjetas de red y muchos otros dispositivos se conectan mediante esta avanzada interfaz, de ahí su gran importancia. PCI Express 4.0 duplica los 8 GT/s de ancho de banda por lane de PCIe 3.0, por lo que ofrece una tasa de transferencia de 16 GT/s por cada lane, lo que brinda importantes beneficios de E / S de rendimiento útiles para el almacenamiento y la red de alta velocidad, así como aplicaciones de inteligencia artificial. Al mismo tiempo, PCI-SIG se enfocó en el segundo trimestre de 2019 para lanzar la especificación PCIe 5.0 finalizada, por lo que PCIe 4.0 no será una versión tan duradera como lo ha sido PCIe 3.0.

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PCI-SIG ha mantenido previamente una cadencia de cuatro años para PCIe 1.0 (2003), PCIe 2.0 (2006) y PCIe 3.0 (2010). En lo que respecta a la demora de siete años, PCI-SIG observó que PCIe 3.0 proporcionaba suficiente ancho de banda por algún tiempo, antes de los desarrollos y las crecientes demandas de las cargas de trabajo informáticas AI, PCIe NVMe y 3D XPoint, y las velocidades de red, particularmente a medida que 10GbE se hace más y más accesible a los consumidores.

PCI Express 4.0 mantiene retrocompatibilidad, y los SSD NVMe se verán muy beneficiados de sus bondades

Para las GPU de cómputo, las limitaciones de ancho de banda de PCIe 3.0 ya habían impulsado a Nvidia a desarrollar su interconexión NVLink propietaria. En consecuencia, con PCI Express 4.0 y más allá, el PCI-SIG busca volver a una cadencia más normal, especialmente porque ahora han resuelto algunos de los principales obstáculos técnicos, para permitir tasas de transferencia más rápidas a través del estándar PCIe 4.0. El otro aspecto es la naturaleza de la organización. PCI-SIG tiene casi 800 compañías miembros, de las cuales anualmente eligen una junta directiva; para 2017-2018, la Junta incluye miembros de AMD, Intel y Nvidia. Al desarrollar y mantener las especificaciones PCI abiertas, los miembros colaboran en comités y grupos de trabajo técnicos, enviando y revisando cambios en las especificaciones. Parte de los trabajos recientes de PCI-SIG se está simplificando en este proceso.

Una vez que se finalicen las especificaciones, los miembros deben hacer que los productos pasen las pruebas de interoperabilidad, y cumplimiento en uno de los muchos Talleres de Cumplimiento de PCI-SIG durante todo el año, para que el producto se agregue a la Lista de Integradores, que los OEM e integradores de sistemas utilizan para elegir el hardware. Para PCIe 4.0, PCI-SIG ofreció talleres de cumplimiento previos a la publicación por primera vez, utilizando la versión anterior 0.9, pero solo en un nivel preliminar de «Prueba FYI». Para el resto del año, PCI-SIG ofrecerá Pruebas FYI PCIe 4.0 en talleres de cumplimiento; por el momento, PCIe 4.0 no figura en el Programa oficial de cumplimiento ni en la Lista de integradores.

Al igual que en las iteraciones anteriores de PCIe, PCIe 4.0 presenta compatibilidad con versiones anteriores, y las tarjetas PCIe 1.x, 2.xy 3.x se ajustan a las ranuras PCIe 4.0 y funcionan con normalidad. PCIe 4.0 también mantiene la codificación 128b / 130b de PCIe 3.0, que se seguirá utilizando en PCIe 5.0. Entre las otras mejoras, varias características son más relevantes para los diseñadores y desarrolladores que para los usuarios finales. A medida que aumentan las tasas de datos, aumenta la variación de rendimiento y la integridad de la señal se degrada.

Mayor rendimiento

Teniendo esto en cuenta, PCIe 4.0 ofrece un margen de lane en el receptor PHY, donde el controlador PCIe obtiene la información del margen eléctrico de cada lane PCIe para medir la tolerancia de variación. PCIe 4.0 también tiene etiquetas y créditos extendidos, características que trabajan juntas para enmascarar la latencia y promover la saturación del ancho de banda completo. Otras mejoras incluyen la reducción de la latencia general del sistema, la virtualización de E / S y la integración de la plataforma, y ​​la escalabilidad agregada de banda / ancho de banda, así como las capacidades mejoradas de confiabilidad, disponibilidad, y capacidad de servicio (RAS).

Si bien las tarjetas gráficas para juegos son el dispositivo PCIe más visible para los consumidores, es improbable que la sobrecarga adicional del ancho de banda PCIe afecte el rendimiento de los juegos, al menos de inmediato. Sin embargo, dada la limitada cantidad de ancho de banda PCIe disponible con la mayoría de las CPU de consumo, esto también contribuirá en gran medida a aliviar la presión que la combinación de GPU, un SSD NVMe, y las redes 10GigE pueden ubicarse en el ancho de banda de E / S del sistema. Lo que también puede ser relevante es una mayor capacidad de potencia de los conectores secundarios.

En cuanto a las soluciones de proveedores de PCIe 4.0, Synopsys y Cadence, entre otros, están desarrollando u ofreciendo PHY y controladores de 16 GT/s, herramientas de validación y muchas otras aplicaciones. El POWER9 de IBM cuenta con conexiones PCIe 4.0 y el Falcon Mesa FPGA de 10nm de Intel es compatible con PCIe 4.0 como un bloqueo de IP incorporado a través de EMIB. Mientras tanto, AMD ofrece soporte a PCIe 4.0 con sus nuevas Radeon Instinct MI50 y MI60. También se espera que Navi y Zen 2 sean compatibles con PCI Express 4.0.

La siguiente tabla resume las características más importantes de las diferentes versiones de PCI Express hasta la fecha:

Con esto finaliza nuestro artículo sobre el protocolo PCI Express 4.0, esperamos que te haya ayudado a comprender mejor la importancia de esta nueva versión de la interfaz de alta velocidad más usada en la actualidad.