PCIe 5.0

 
PCI Express 5.0 (PCIe 5.0) (Peripheral Component Interconnect Express 5.0) on viies suurem versioon laialdaselt kasutatavast suure jõudlusega sisend-/väljund (I/O) liidesest, mille töötas välja organisatsioon nimega PCI-SIG (Peripheral Component Interconnect Special Interest Group). Uus versioon toodi ametlikult turule 2019. aasta mais ning selle eesmärk on pakkuda oluliselt suuremat andmeedastusvõimekust võrreldes varasemate versioonidega. Täpsemalt öeldes kahekordistab PCIe 5.0 andmeedastuskiirust võrreldes oma eelkäija, PCIe 4.0-ga, saavutades 32 GT/s (gigaülekannet sekundis) ühe raja kohta, mis võimaldab kuni 128 GB/s läbilaskevõime x16 konfiguratsioonis (64 GB/s mõlemas suunas).
Kasutusvaldkonnad.
Selline jõudlus muudab PCIe 5.0 sobivaks mitmetes valdkondades, kus on vaja kiiret andmevahetust, nagu näiteks andmekeskused, tehisintellekti (AI) ja masinõppe süsteemid, suure jõudlusega salvestuslahendused ning järgmise põlvkonna graafikakaardid ja võrguliidesed. Ehkki spetsifikatsioon avaldati juba 2019. aastal, hakkasid esimesed kommertsiaalsed tooted ilmuma turule aastatel 2021–2022, mil Intel tõi välja oma Sapphire Rapids serveriprotsessorid ning AMD esitles Ryzen 7000 seeria platvorme, mis toetasid PCIe 5.0 ühendust.
Tagasiühilduvus.
PCIe 5.0 säilitab täieliku tagasiühilduvuse varasemate versioonidega (1.0–4.0), võimaldades vanemate seadmete kasutamist uutes süsteemides ilma ühilduvusprobleemideta. See tähendab, et PCIe 5.0 pesades saab kasutada vanemaid PCIe kaarte ja vastupidi, kuigi need töötavad vastavalt madalama versiooni kiirustele. See on just eriti oluline, et tagada sujuv üleminek uutele tehnoloogiatele ilma olemasolevaid seadmeid välja vahetamata.
Signaal.
Kuna PCIe 5.0 suurendab andmeedastuskiirust 32 GT/s-ni ühe raja kohta, toob see kaasa uusi väljakutseid signaaliterviklikkuse tagamisel. Kõrgemad kiirused muudavad signaalid tundlikumaks kaotustele, mürale ja muudele häiretele, eriti pikemate vahemaade ja mitme ühenduspunkti korral. Selle tulemusena on vaja täpsemat trükkplaadi (PCB) kujundust, paremat varjestust ning mõnikord ka aktiivseid kordistajaid (retimereid), et säilitada stabiilne signaal üle suurema vahemaa.
Retimerid.
Üheks oluliseks tehniliseks uuenduseks PCIe 5.0 juures on retimerite kasutamine signaali kvaliteedi säilitamiseks suure andmeedastuskiiruse korral. Retimer on aktiivne elektroonikakomponent, mis võtab vastu nõrgenenud signaali, taastoodab selle (tõlgendab ja sünkroonib ümber) ning saadab edasi järgmisele ühendusele.
PCIe 5.0 puhul, mille andmeedastuskiirus ulatub kuni 32 GT/s ühe raja kohta, võivad signaalid oluliselt nõrgeneda või häiruda, eriti kui signaal peab läbima pikemaid trasse, mitut liidest või madalama kvaliteediga trükkplaate. Sellistes olukordades võimaldavad retimerid:
Retimereid kasutatakse laialdaselt just andmekeskustes, serverites ja tehisintellekti platvormidel, kus ühenduste stabiilsus ja pikkus on eriti kriitilise tähtsusega. Tüüpiliselt paigutatakse need PCIe pesade ja protsessori või kiibistiku vahele, et vältida andmekadusid ja tagada standardi‑nõuetele vastav ühendus.
Arhitektuur ja topoloogia.
PCIe 5.0 kasutab hierarhilist punkt‑punkt ühenduste mudelit, mis koosneb järgmistest põhikomponentidest:
PCIe topoloogia võib olla järgnev:
Selline arhitektuur võimaldab elastset konfiguratsiooni nii tarbija‑ kui serveriturgudel, kohandudes erinevate latentsus- ja ribalaiuse nõuetega.
Ajalugu.
PCI Express (PCIe) areng ulatub 2003. aastasse, kui avaldati esmane PCIe 1.0 spetsifikatsioon, asendades traditsioonilise PCI ja PCI-X liideseid ning pakkudes sarjaühenduse eeliseid. Alljärgnevalt on toodud peamised verstapostid PCIe versioonide ajaloos:
Kodeering.
PCIe 5.0 säilitab PCIe 3.0 ja 4.0-st tuntud 128b/130b kodeeringu, mis tähendab, et iga 128 andmebitti kodeeritakse 130-bitisesse raamistikku, et säilitada sünkroonsus ja tõrketaluvus. Võrreldes varasemate 8b/10b skeemidega (kasutusel PCIe 1.0 ja 2.0 puhul), on 128b/130b märkimisväärselt tõhusam, vähendades andmete kodeerimisel kaotatud bitti hulka ja tõstes seeläbi reaalset läbilaskevõimet.
Puudused.
Kuigi PCIe 5.0 toob kaasa märkimisväärse kiiruse ja läbilaskevõime kasvu, esineb sellega ka mitmeid puudusi ja rakenduslikke väljakutseid:
Eelised.
PCIe 5.0 õigustab keerukust ja lisakulusid mitmel viisil, pakkudes otseseid eeliseid varasemate PCIe-generatsioonide ees: