В мае 2019 года PCI-SIG представила PCIe 5.0, удвоив скорость передачи данных с 16 ГТ/с до 32 ГТ/с на дорожку. PCIe 5.0 специально разработана для удовлетворения требований к объему данных в средах искусственного интеллекта (ИИ), высокопроизводительных вычислений (HPC) и центров обработки данных. В этой статье рассматриваются архитектурные усовершенствования PCIe 5.0, совместимость с более ранними стандартами и его применение в высокопроизводительных отраслях.

1. Архитектурные усовершенствования PCIe 5.0
PCIe 5.0 опирается на структуру PCIe 4.0 с относительно скромными изменениями, при этом достигается существенный прирост производительности. Скорость передачи данных 32 ГТ/с позволяет 16-канальной конфигурации достигать пропускной способности 128 ГБ/с, что позволяет использовать ее в приложениях с высокими требованиями к обмену данными, таких как рабочие нагрузки ИИ, игры и высокопроизводительные вычисления.

Как и в PCIe 4.0, в PCIe 5.0 используется схема кодирования 128b/130b, обеспечивающая эффективную передачу данных и обратную совместимость. Использование этой схемы в нескольких поколениях PCIe снижает сложность систем для производителей и повышает совместимость устройств. Кроме того, краевой разъем карты остается критически важным компонентом для поддержания целостности соединения, поскольку более высокая скорость передачи данных требует надежной конструкции разъема с низким уровнем потерь.

2. Улучшение целостности сигнала и обучения
Сохранение чистоты сигнала при скорости 32 ГТ/с является сложной задачей из-за увеличения сопротивления, вносимых потерь и перекрестных помех на более высоких частотах. В PCIe 5.0 эта проблема решается с помощью более совершенной техники выравнивания, что позволяет снизить задержки и повысить общее качество высокоскоростной передачи данных. В PCIe 5.0 роль краевого разъема карты становится еще более значительной, поскольку увеличение скорости может усугубить деградацию сигнала, если разъем не рассчитан на такие частоты.

Новая функция, появившаяся в PCIe 5.0, – режим обхода, который позволяет напрямую переходить от 2,5 ГТ/с к 32 ГТ/с. Этот обходной режим сокращает время инициализации соединения, что особенно полезно для встраиваемых систем, которым требуется высокая скорость соединения. В PCIe 5.0 также используется более совершенный метод тестирования «ширины и высоты глазка» для обеспечения целостности сигнала на этих более высоких частотах.

3. Области применения и промышленное внедрение
PCIe 5.0 оптимизирован для работы с большими объемами данных, что делает его идеальным для центров обработки данных, искусственного интеллекта и приложений 5G. Поскольку центры обработки данных обрабатывают огромные объемы данных в режиме реального времени, увеличенная пропускная способность PCIe 5.0 позволяет эффективно справляться с этими рабочими нагрузками, поддерживая высокоскоростные соединения, которые имеют решающее значение для облачных вычислений и выводов искусственного интеллекта.

Intel стала первой компанией, внедрившей PCIe 5.0 в процессоры, представив его на своей платформе Alder Lake. Этот шаг к внедрению PCIe 5.0 стал важным шагом для корпоративных вычислений, где высокопроизводительные соединения с низкой задержкой напрямую влияют на производительность и быстродействие.

4. Совместимость и будущее сосуществование с PCIe 6.0
PCIe 5.0 обратно совместим с PCIe 4.0 и PCIe 3.0, что позволяет производителям интегрировать оборудование PCIe 5.0 в существующую инфраструктуру. По прогнозам PCI-SIG, PCIe 4.0 и PCIe 5.0 будут сосуществовать, удовлетворяя каждый из них свои потребности рынка. Например, PCIe 5.0 ориентирован на высоковостребованные приложения, такие как центры обработки данных, в то время как PCIe 4.0 по-прежнему подходит для настольных компьютеров и игровых приложений, которые не обязательно требуют максимальной пропускной способности PCIe 5.0.

В перспективе недавний выпуск PCIe 6.0 обеспечивает еще большую пропускную способность, но PCIe 5.0, скорее всего, останется стандартом для высокопроизводительных приложений, обеспечивая достаточную скорость и эффективность для рабочих нагрузок AI и HPC.

Заключение
PCIe 5.0 представляет собой значительный шаг вперед для PCI Express, обеспечивая новые уровни скорости и эффективности при сохранении совместимости между поколениями. Благодаря расширению возможностей передачи данных PCIe 5.0 отвечает требованиям центров обработки данных, искусственного интеллекта и высокопроизводительных вычислений, поддерживая прогресс в таких областях, как 5G, облачные вычисления и высокопроизводительное обучение искусственному интеллекту. Благодаря надежной конструкции разъемов на границе карты и высокой целостности сигнала PCIe 5.0 станет основным элементом высокопроизводительных вычислительных сред на долгие годы.