Las placas base PCIe 4.0^{(PCIe 4.0)} recién comienzan a enviarse a los clientes, pero eso no está ralentizando el desarrollo de este estándar crucial de conexiones periféricas. PCIe 6.0 ya está sobre la mesa, con mejoras concretas sobre el actual estándar de vanguardia.

Dado que PCIe se está volviendo fundamental en computadoras de todas las formas y tamaños, vale la pena hablar sobre qué es PCIe , para qué se usa y qué ofrecerá el nuevo PCIe 6.0 en el futuro.

Los fundamentos de PCIe

PCIe es la abreviatura de Peripheral Component Interconnect Express . Algunos de nuestros lectores que han estado alrededor de las computadoras por un tiempo pueden recordar el antiguo estándar PCI , pero PCIe es para el estándar PCI original lo que un avión de combate es para un avión de papel.

PCIe es tanto un protocolo como un estándar de conexión de hardware físico. El estándar de conexión de hardware PCIe^(PCIe) más común es la ranura de expansión de la placa base. Conecta tarjetas de expansión a estas ranuras y la comunicación ocurre a través de los pines de conexión. Sin embargo, es posible enviar señales de protocolo PCIe a través de otros tipos de conexiones.^(PCIe)

Los SSD NVME que usan el conector M.2 pueden usar ^(M.2)PCIe , y esto no parece diferente a la computadora de un SSD conectado a través de una ranura PCIe estándar. ^(PCIe)Los estándares Thunderbolt 3 y 4 también admiten el envío de señales PCIe a través de un cable. ^(PCIe)Así es como son posibles las eGPU^(eGPUs) (tarjetas gráficas externas).

Los dispositivos PCIe^(PCIe) envían datos en serie pero a través de múltiples carriles paralelos. Una ranura PCIe^(PCIe) x16 en la placa base de una computadora puede acomodar dieciséis canales de datos a la vez. PCIe también ofrece ranuras x8, x4 y x1. En general, las tarjetas gráficas usan la ranura x16 porque necesitan la mayor cantidad de ancho de banda posible. Si bien las ranuras más lentas suelen ser físicamente más cortas, es común que la longitud x16 además de la principal sea x8.

Las tarjetas PCIe^(PCIe) ofrecen compatibilidad con versiones anteriores y compatibilidad cruzada, por lo que puede colocar una tarjeta x4 en cualquier ranura PCIe que la acomode físicamente. Es solo que desperdiciará cualquier carril PCIe que la tarjeta x4 no use. Lo mismo ocurre con el uso de una tarjeta PCIe 5.0 en, por ejemplo, una ranura 4.0. Funcionará, pero se limitará al mínimo común denominador.

¿Quién decide sobre el estándar PCIe?

El estándar PCI Express está diseñado y aprobado por PCI Special Interest Group ( PCI-SIG ), un consorcio con miembros de la industria de la electrónica y la informática con intereses creados en la tecnología.

PCI-SIG se fundó en 1992 como un grupo encargado de ayudar a los fabricantes de computadoras a implementar correctamente el estándar Intel PCI . Hoy es una organización sin fines de lucro con más de 800 miembros.

La placa PCI-SIG^(PCI-SIG) tiene AMD , ARM , Dell , IBM , Intel , Nvidia , Qualcomm y más miembros. Es posible que reconozca estos nombres como los principales fabricantes de dispositivos informáticos, y tener un estándar compartido hace que su trabajo sea mucho más fácil, ¡sin mencionar la vida de sus clientes!

¿Para qué se utiliza PCIe?

Ya mencionamos las tarjetas de expansión y los SSD^(SSDs) anteriormente, por lo que probablemente tenga una idea general de los usos de PCIe.

El estándar PCIe conecta casi cualquier dispositivo periférico externo que puedas imaginar. Ofrece un ancho de banda mucho más amplio que USB , especialmente cuando se mira en múltiples carriles. PCIe también proporciona una ruta directa a la CPU , lo que la hace perfecta para aplicaciones de alta velocidad y baja latencia.

Las GPU modernas^{(Modern GPUs)} usan dieciséis carriles de  ancho de banda PCIe para maximizar su rendimiento, pero no todos los periféricos necesitan tanto ancho de banda. Los últimos SSD ^(SSDs)PCIe 4.0 usan "solo" cuatro carriles, pero eso es suficiente para eliminar el estándar SATA . Mientras que SATA alcanza un máximo de 600 MB/sPCIe 4.0 de gama alta pueden mover más de 7000 MB/s .

^(PCIe)Las tarjetas de expansión PCIe también admiten tarjetas de sonido, tarjetas^{(sound cards)} de captura de video, adaptador Ethernet de 10 Gb, tarjetas ^(Ethernet)WiFi 6 ,  controladores Thunderbolt o USB , y más. Los periféricos que están integrados en la placa base de su computadora también usan PCI Express . Es solo que el cableado es permanente y no en forma de ranura.

¿ Cómo mejora ^(Improve)PCIe 6.0^{(Does PCIe 6.0)} en PCIe 5.0 ?

La mejora principal suele ser un gran salto en la velocidad de datos con cada revisión de PCIe . Esa es la cantidad de información que se puede mover a través del bus cada segundo.

En ese departamento, PCIe 6.0 no defrauda. Duplica por completo la ya enorme tasa de transferencia de datos de PCIe 5.0 de 32 Gigatransfers por segundo ( GT/s ) a 64 GT/s por carril. Mientras que PCIe 5.0^{(Whereas PCIe 5.0)} podría mover 63 Gigabytes por segundo ( GB/s ), 6.0 puede mover hasta 128 GB/s . Eso es más de una conexión x16, con más conexiones menores que se reducen. Significa que una ranura x8 PCIe 6.0 ahora tiene tanto rendimiento como una ranura x16 5.0.

Esto crea mucho margen para futuras GPU^(GPUs) y soluciones de almacenamiento ultrarrápidas. Sin mencionar el increíble alcance para dispositivos externos conectados a través de PCIe o tarjetas de expansión que ofrecen Thunderbolt y USB 4 .

Nuevas características en PCI Express 6.0

Dar un salto de rendimiento tan monumental en una sola generación no fue fácil. Para lograr estos números, los ingenieros de PCI-SIG^(PCI-SIG) tuvieron que desarrollar algunas formas nuevas e innovadoras de mover los electrones.

Señalización PAM4^{(PAM4 Signaling)}

Muy^(Quite) posiblemente, el cambio más significativo con PCIe 6.0 en comparación con las generaciones anteriores de la interfaz es cómo se codifican los datos. 

PCI Express 6.0 utiliza PAM4 , que es la abreviatura de  modulación de amplitud de pulso con cuatro niveles. ^{( Pulse Amplitude Modulation with four levels.)}Si sabe algo acerca de las formas de onda eléctricas, sabrá que la "amplitud" de la onda es qué tan lejos está la cresta de la onda de la línea de base.

La codificación PCIe NRZ ( sin retorno a cero^{(Non-return-to-zero)} ) más antigua^(PCIe) solo tenía dos niveles de amplitud por pulso durante un ciclo de reloj. PCIe 6 duplica eso a cuatro, aumentando la cantidad de datos codificados con cada ciclo. 

Corrección de errores hacia adelante (FEC)^{(Forward Error Correction (FEC))}

Mientras que el método de codificación PAM4 proporciona un impulso significativo a las velocidades, también brinda un gran impulso a los errores de bit. En otras palabras, uno llega a su destino en lugar de un cero, y viceversa.

Para combatir esto, PCIe 6.0 tiene una nueva función de corrección de errores de reenvío^{(Forward Error Correction)} , que verifica para asegurarse de que los datos lleguen a donde deben ir sin corromperse, con la ayuda de una implementación sólida de CRC ( Comprobación de redundancia cíclica^{(Cyclic Redundancy Check)} ).

Un peligro de agregar más pasos de corrección de errores en la canalización es que agregará más latencia. La latencia adicional^(Additional) ha sido una preocupación creciente con varios componentes informáticos de alta velocidad. Aunque pueden cambiar más y más datos, tardan más en reaccionar a una solicitud de datos, lo que puede causar sus propios problemas.

FEC se ha diseñado para apuntar a agregar no más de dos nanosegundos de latencia en comparación con las versiones anteriores de PCIe , que es una pequeña latencia adicional que ningún ser humano puede detectar.

Modo VUELO^{(FLIT Mode)}

El modo FLIT^(FLIT) fue otra medida introducida para mejorar la corrección de errores en PCIe 6.0 . Organiza los datos en unidades de tamaño uniforme utilizando una unidad de control de flujo integrada dedicada. Esto es necesario para verificar los paquetes en busca de errores, ya que puede aplicar un algoritmo a cada paquete de datos y verificar si el paquete aún da el resultado cuando llega al otro extremo de la tubería.

La cuestión es que resulta que el modo FLIT también brinda ganancias significativas de eficiencia en otros lugares. Ayuda a reducir la latencia, hace que el uso del ancho de banda sea más eficiente y permite que PCIe 6.0 elimine^{(PCIe 6.0)} gran parte de la sobrecarga de codificación de las versiones anteriores. Entonces, aunque PAM4 agrega hasta 2 ns de latencia, el modo FLIT ahorra latencia en otras áreas.

Modo L0p^{(L0p Mode)}

Una característica interesante de PCIe 6.0 es el modo L0p . Este modo reduce el número de carriles que utiliza un periférico para enviar y recibir datos. Entonces, si su computadora portátil funciona con batería y la GPU no necesita 16 carriles para hacer su trabajo actual, se reducirá para usar solo la cantidad de carriles que necesita, ahorrando electricidad al aumentar la eficiencia energética.

¿Deberías esperar a PCIe 6.0?

Si está pensando en comprar o construir una computadora nueva pronto, ¿debería esperar a que salgan primero las placas base PCIe 6.0 ? Siempre es tentador intentar construir una computadora preparada para el futuro. ¿Qué pasa si sale una nueva GPU o SSD que necesita PCIe 6.0 para alcanzar su máximo potencial?

La respuesta breve a esta pregunta es que no tiene que preocuparse por esperar a PCIe 6.0 . En el momento de escribir este artículo, las placas base PCIe 5.0 solo han comenzado a implementarse para los consumidores, e incluso las GPU^(GPUs) actuales de gama más alta no necesitan PCIe 5.0 .

En los puntos de referencia^(benchmarks) que comparan tarjetas emblemáticas como la RTX 3080 o la RTX 3090 que se ejecutan en PCIe 3.0 y 4.0, la diferencia en el rendimiento estuvo entre nada y un 3 %. Sí, eso es correcto. Recién ahora estamos alcanzando los límites de PCIe 3.0 , y eso solo con las ^{(PCIe 3.0)}GPU^(GPUs) más caras del planeta. No te preocupes, al menos no durante unos años. 

Recuerde^(Remember) que PCI-SIG solo ha publicado su especificación PCIe final para la versión 6.0 en papel. Si bien la especificación final no cambiará, pasará algún tiempo antes de que veamos mucho hardware que lo admita, al menos en el espacio del consumidor.

PCIe 6.0 beneficia a los^{(Benefits Data)} centros de datos de hoy

Eso no quiere decir que PCIe 6.0 ya no sea beneficioso para alguien. En los centros de datos gigantes, todos confiamos en los servicios basados ​​en la nube, cada bit adicional de ancho de banda es valioso. Dentro de esos bastidores de computadoras, encontrará sistemas con docenas o cientos de núcleos de CPU y matrices de almacenamiento ^(CPU)SSD de alta velocidad . Las mejoras en el ancho de banda de PCIe ayudarán de inmediato a aliviar la presión de esas tuberías de datos.

Tener mucho más ancho de banda significa que las aplicaciones de inteligencia artificial y aprendizaje automático podrían analizar más datos en menos tiempo. Implica que las aplicaciones HPC ( Computación de alto rendimiento^{(High-Performance Computing)} ) que realizan trabajos complejos en ciencia, ingeniería y física pueden ampliar sus horizontes.

Incluso los sistemas IoT ( Internet de las cosas^(Things) ) que envían una avalancha de datos a los centros de datos para procesarlos en tiempo real se beneficiarán enormemente del ancho de banda adicional.

¿Qué viene después de PCI Express 6.0?

La tecnología PCIe^(PCIe) existirá durante mucho tiempo a menos que alguien invente una tecnología de interconexión periférica que sea radicalmente mejor. Compañías como Intel , AMD y Apple están haciendo cosas emocionantes con las tecnologías relacionadas entre chips dentro de sus paquetes de procesador. Con CPU^(CPUs) como Ryzen de AMD y Alder Lake de Intel repletas de núcleos de CPU , necesitan mover una enorme cantidad de datos. Estamos seguros de que PCI-SIG puede aprender algunas cosas de lo que sucede dentro de estos procesadores.

What Is PCIe 6.0 and How Is It Different?

PCIe 4.0 motherboards are only now starting to ship to cuѕtomers, but that’s not slowing down the dеvelорment of this crucial peripheral сonnections standard. PCIe 6.0 is already on the table, with concrete improvements over the current cutting-edge standard.

Since PCIe is becoming fundamental in computers of all shapes and sizes, it’s worth talking about what PCIe is, what it’s used for, and what the new PCIe 6.0 will offer in the future.

The Basics of PCIe

PCIe is short for Peripheral Component Interconnect Express. Some of our readers who’ve been around computers for a while might remember the old PCI standard, but PCIe is to the original PCI standard as a fighter jet is to a paper airplane.

PCIe is both a protocol and a physical hardware connection standard. The most common PCIe hardware connection standard is the motherboard expansion slot. You connect expansion cards to these slots, and communication happens over the connecting pins. However, it’s possible to send PCIe protocol signals over other types of connections.

NVME SSDs using the M.2 connector can use PCIe, and this seems no different to the computer from an SSD connected through a standard PCIe slot. The Thunderbolt 3 and 4 standards also support sending PCIe signals over a cable. This is how eGPUs (external graphics cards) are possible.

PCIe devices send data in a serial fashion but across multiple, parallel lanes. An x16 PCIe slot on a computer’s motherboard can accommodate sixteen data channels at once. PCIe also offers x8, x4, and x1 slots. In general, graphics cards use the x16 slot because they need as much bandwidth as possible. While slower slots are usually physically shorter, it’s common for x16-length besides the primary one to be x8.

PCIe cards offer backward compatibility and cross-compatibility, so you can stick an x4 card in any PCIe slot that will physically accommodate it. It’s just that you’ll waste any PCIe lanes the x4 card doesn’t use. The same goes for using a PCIe 5.0 card in, for example, a 4.0 slot. It will work but be limited to the lowest common denominator.

Who Decides on the PCIe Standard?

The PCI Express standard is designed and approved by the PCI Special Interest Group (PCI-SIG), a consortium with members from the electronics and computer industry with a vested interest in the technology.

PCI-SIG was founded in 1992 as a group tasked with helping computer manufacturers correctly implement the Intel PCI standard. Today it’s a nonprofit organization with over 800 members.

The PCI-SIG board has AMD, ARM, Dell, IBM, Intel, Nvidia, Qualcomm, and more members. You might recognize these names as major computing device manufacturers, and having a shared standard makes their work much easier, not to mention the lives of their customers!

What Is PCIe Used For?

We’ve already mentioned expansion cards and SSDs above, so you’ve probably got a general idea of PCIe’s uses.

The PCIe standard connects just about any external peripheral device you can imagine. It offers a much wider bandwidth than USB, especially when looking at multiple lanes. PCIe also provides a direct path to the CPU, making it perfect for high-speed, low-latency applications.

Modern GPUs use sixteen lanes of  PCIe bandwidth to maximize their performance, but not every peripheral needs that much bandwidth. The latest PCIe 4.0 SSDs use “only” four lanes, but that’s enough to blow the SATA standard clear out of the water. While SATA tops out at 600 MB/s, high-end PCIe 4.0 drives can move more than 7000 MB/s.

PCIe expansion cards also accommodate sound cards, video capture cards, 10Gb Ethernet adapter, WiFi 6 cards,  Thunderbolt or USB controllers, and more. Peripherals that are integrated into your computer’s motherboard also use PCI Express. It’s just that the wiring is permanent and not in the form of a slot.

How Does PCIe 6.0 Improve on PCIe 5.0?

The headline improvement is usually a big leap in the data rate with every PCIe revision. That’s the amount of information that can be moved across the bus each second.

In that department, PCIe 6.0 does not disappoint. It fully doubles the already tremendous data transfer rate of PCIe 5.0 from 32 Gigatransfers per second (GT/s) to 64 GT/s per lane. Whereas PCIe 5.0 could shift 63 Gigabytes per second (GB/s), 6.0 can move up to 128 GB/s. That’s over an x16 connection, with more minor connections scaling down. It means an x8 PCIe 6.0 slot now has as much performance as an x16 5.0 slot.

This creates plenty of headroom for future GPUs and ultra-fast storage solutions. Not to mention incredible scope for external devices connected via PCIe or expansion cards that offer Thunderbolt and USB 4.

New Features in PCI Express 6.0

Making such a monumental performance leap in a single generation wasn’t easy. To achieve these numbers, the PCI-SIG engineers had to develop a few innovative new ways to move electrons around.

PAM4 Signaling

Quite possibly, the most significant change with PCIe 6.0 compared to previous generations of the interface is how data is encoded. 

PCI Express 6.0 uses PAM4, which is short for  Pulse Amplitude Modulation with four levels. If you know anything about electrical waveforms, you’ll know that the “amplitude” of the wave is how far the wave’s crest is from the baseline.

Older NRZ (Non-return-to-zero) PCIe encoding only had two amplitude levels per pulse during a clock cycle. PCIe 6 doubles that to four, increasing the amount of data encoded with each cycle. 

Forward Error Correction (FEC)

While the PAM4 encoding method provides a significant boost to speeds, it also provides a big boost to bit errors. In other words, one arrives at its destination instead of a zero, and vice versa.

To combat this, PCIe 6.0 has a new Forward Error Correction feature, which checks to make sure data is getting where it should go without getting corrupted, with the help of a robust CRC (Cyclic Redundancy Check) implementation.

One danger of adding more error correction steps into the pipeline is that you’ll add more latency. Additional latency has been a growing concern with various high-speed computer components. Although they can shift more and more data, they take longer to react to a request for data, which can cause issues of its own.

FEC has been designed to target adding no more than two nanoseconds of latency compared to previous versions of PCIe, which is a tiny bit of extra latency no human can detect.

FLIT Mode

FLIT mode was another measure introduced to improve error correction in PCIe 6.0. It organizes data into units of uniform size using a dedicated onboard flow control unit. This is necessary to check packets for errors since you can apply an algorithm to each data packet and check if the packet still gives the result when it reaches the other end of the pipeline.

The thing is, it turns out that FLIT mode also brings significant efficiency gains in other places. It helps lower latency, makes bandwidth usage more efficient, and lets PCIe 6.0 do away with much of the encoding overhead from previous versions. So although PAM4 adds up to 2ns of latency, FLIT mode saves on latency in other areas.

L0p Mode

One interesting feature in PCIe 6.0 is L0p mode. This mode reduces the number of lanes a peripheral uses to send and receive data. So if your laptop is running on battery power and the GPU doesn’t need 16-lanes to do its current job, it will drop down to only using the number of lanes it needs, saving electricity by increasing power efficiency.

Should You Wait for PCIe 6.0?

If you’re thinking about buying or building a new computer soon, should you wait for PCIe 6.0 motherboards to come out first? It’s always tempting to try and build a futureproof computer. What if a new GPU or SSD comes out that needs PCIe 6.0 to reach its full potential?

The short answer to this question is that you don’t have to worry about waiting for PCIe 6.0. At the time of writing, PCIe 5.0 motherboards have only started rolling out to consumers, and even the most high-end current GPUs are nowhere near needing PCIe 5.0.

In benchmarks comparing flagship cards like the RTX 3080 or RTX 3090 running on PCIe 3.0 and 4.0, the difference in performance was somewhere between nothing and 3%.  Yes, that’s right. We are only now reaching the limits of PCIe 3.0, and that’s only with the most expensive GPUs on the planet. Don’t sweat it—at least not for a few years. 

Remember that PCI-SIG has only published their final PCIe specification for version 6.0 on paper. While the final specification won’t change, it will be some time before we see much hardware that supports it, at least in the consumer space.

PCIe 6.0 Benefits Data Centers Today

That’s not to say PCIe 6.0 isn’t beneficial to someone already. In the giant data centers, we all rely on cloud-based services, every extra bit of bandwidth is precious. Inside those racks of computers, you’ll find systems with dozens or hundreds of CPU cores and arrays of high-speed SSD storage. The improvements in PCIe bandwidth will immediately help take the pressure off those straining data pipes.

Having so much more bandwidth means that AI and machine learning applications could analyze more data in less time. It implies that HPC (High-Performance Computing) applications that do complex work in science, engineering, and physics can broaden their horizons.

Even IoT (Internet of Things) systems that send a flood of data to data centers to process in real-time will benefit massively from the additional bandwidth.

What Comes After PCI Express 6.0?

PCIe technology will be around for a long time unless someone invents a peripheral interconnect technology that’s radically better. Companies like Intel, AMD, and Apple are doing exciting things with the related technologies between chips inside their processor packages. With CPUs like AMD’s Ryzen and Intel’s Alder Lake stuffed to the gills with CPU cores, they need to move a tremendous amount of data. We’re sure the PCI-SIG can learn a few things from what’s happening inside these processors.

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