2019年5月、PCI-SIGはPCIe 5.0を発表し、1レーンあたりのデータ転送速度を16GT/秒から32GT/秒に倍増させた。PCIe 5.0は、人工知能（AI）、ハイパフォーマンス・コンピューティング（HPC）、データセンター環境におけるデータ集約的な要求を満たすために特別に設計されている。この記事では、PCIe 5.0のアーキテクチャのアップグレード、以前の規格との互換性、およびハイパフォーマンス分野でのアプリケーションについて説明します。

1. PCIe 5.0 のアーキテクチャの強化
PCIe 5.0は、PCIe 4.0のフレームワークをベースに比較的緩やかな変更を加えながら、大幅な性能向上を実現しています。32GT/秒のデータレートは、16レーン構成で128GB/秒のスループットを可能にし、AIワークロード、ゲーム、HPCなど、データ交換要件の重いアプリケーションに対応します。

PCIe 5.0はPCIe 4.0と同様に128b/130bエンコーディング方式を採用し、効率的なデータ転送と下位互換性を確保している。複数のPCIe世代にわたってこの方式を使用することで、メーカーのシステムの複雑さを軽減し、デバイス間の相互運用性を高める。さらに、カード・エッジ・コネクタは、接続の完全性を維持する上で重要なコンポーネントであり続け ています。高いデータ転送速度を実現するには、堅牢で低損失のコネクタ設計が必要になるからです。

2. シグナル・インテグリティとトレーニングの改善
32GT/s での信号の明瞭性の維持は、高周波数での抵抗、挿入損失、クロストークの増加により困難です。PCIe 5.0は、より高度なイコライゼーション技術でこれに対処し、レイテンシを低減して高速データ転送の全体的な品質を向上させます。カード・エッジ・コネクタの役割はPCIe 5.0ではさらに顕著になり、コネクタがそのような周波数に対応するように設計されていない場合、高速化によって信号の劣化が悪化する可能性があるからです。

PCIe 5.0で導入された新機能はバイパス・モードで、2.5GT/sから32GT/sへのダイレクト・トレーニングが可能です。このバイパスはリンクの初期化時間を短縮し、高速接続を必要とする組み込みシステムに特に有益です。また、PCIe 5.0では、より洗練された「アイ幅と高さ」のテスト方法が組み込まれ、これらの高周波数におけるシグナルインテグリティを保証しています。

3. アプリケーションと業界への採用
PCIe 5.0はデータ集約的な環境向けに最適化されており、データセンター、AI、5Gアプリケーションに最適です。データセンターがリアルタイムで膨大な量のデータを処理する中、PCIe 5.0の帯域幅の向上により、これらのワークロードの効率的な処理が可能になり、クラウドコンピューティングやAIの推論に不可欠な高速接続がサポートされる。

インテルは、CPUにPCIe 5.0を採用した最初の企業となり、Alder Lakeプラットフォームで導入した。PCIe 5.0採用へのこの一歩は、高スループット、低遅延接続が生産性とパフォーマンスに直接影響するエンタープライズコンピューティングにとって重要な動きとなった。

4. PCIe 6.0との互換性と将来の共存
PCIe 5.0はPCIe 4.0およびPCIe 3.0と下位互換性があるため、メーカーはPCIe 5.0ハードウェアを既存のインフラに統合することができます。PCI-SIGは、PCIe 4.0とPCIe 5.0は共存し、それぞれが異なる市場ニーズに対応すると予測しています。例えば、PCIe 5.0はデータセンターのような需要の高いアプリケーションに対応し、PCIe 4.0は必ずしもPCIe 5.0のトップエンドのスループットを必要としないデスクトップやゲームアプリケーションに適しています。

将来的には、最近リリースされたPCIe 6.0はさらに大きな帯域幅を提供するが、PCIe 5.0は高性能アプリケーションの標準として残る可能性が高く、AIやHPCワークロードに十分な速度と効率を提供する。

結論
PCIe 5.0は、PCI Expressの実質的な前進であり、世代間の互換性を維持しながら、新たなレベルの速度と効率を達成した。データ転送機能を強化することで、PCIe 5.0はデータセンター、AI、HPCの要求を満たし、5G、クラウドコンピューティング、高性能AIトレーニングなどの分野の進歩をサポートします。堅牢なカードエッジ・コネクタ設計と高いシグナルインテグリティにより、PCIe 5.0は今後何年にもわたって高性能コンピューティング環境の主役となることでしょう。