La quinta generación de la interfaz PCI Express va a popularizarse en su uso durante los próximos años, especialmente después de su adopción por parte de Intel en el caso de sus Core 12 en adelante y de su máximo rival con sus Ryzen 7000. Se espera que AMD y NVIDIA lancen sus próximas generaciones de tarjetas gráficas compatibles con este estándar, empezando por las RX 7000 y las RTX 40 respectivamente. ¿Qué novedades nos trae el PCIe 5.0?
Cada ciertos años hay una nueva versión de la interfaz PCI Express, la cual sigue las mismas normas que las anteriores, y que ya después de varias generaciones ya son tradición:
- Duplicar el ancho de banda respecto a la generación anterior.
- Mismo factor forma que la versión anterior del conector en todas su variantes.
- Retrocompatibilidad hacia atrás con periféricos pensados para generaciones anteriores.
No obstante, pese a la enorme monotonía que representa cada generación del PCIe Express. Es en la versión 5.0 donde ha habido una serie de cambios interesantes a destacar respecto a versiones anteriores. Las cuales pueden cambiar por completo varios aspectos en la forma en la que entendemos un ordenador desde la perspectiva del hardware. Por lo que no se trata del clásico aumento de rendimiento cada ciertos años, sino que va a traer muchos elementos que servirán para aumentar el rendimiento de las aplicaciones que usamos diariamente.
PCIe 5.0: novedades y características
El PCIe es una interfaz en paralelo, lo que significa que tiene varios pines o cables de conexión emitiendo y recibiendo datos al mismo tiempo. Las confiiguraciones pueden ser de 1, 4, 8 y hasta 16 pines distintos.
En cuanto a la cantidad de datos, las diferentes versiones del estándar pueden transmitir esto se puede ver en la siguiente tabla, que como se puede ver nos deja bien clara que cada generación duplica el ancho de la del anterior. Para saber cuál es el ancho de banda de una interfaz PCI Express la fórmula es bien sencilla, solo tenéis que hacer 2n donde la n representa la generación del PCIe a la que pertenece la interfaz. Coged entonces dicha cifra y multiplicarla por el número de líneas y dividirlo entre 8 para pasar de gigabits a gigabytes y tener por tanto el ancho de banda máximo.
El protocolo se anunció originalmente en 2019 y se esperaba para el 2021, pero al final será en 2022 cuando lo veremos aparecer por vez primera en el mercado.
Mejoras y novedades del PCIe 5.0
Las principales novedades de esta versión y por lo que es tan esperada son:
- Conector SMT mejorado.
- Mismo pinout que sus versiones anteriores.
- Duplicación de la señal hasta 32 GT/s.
- Solo se necesita habilitar la reducción de velocidad para cumplir las especificaciones.
- EIEOS.
- Mejoras en los bits de velocidad de los datos.
- Codificación permanente 128/130.
- Loss bugets entre 35 y 36 dB.
- Ecualización 8 GT -> 16 GT -> 32 GT/s.
- Scaled Flow Control.
Además de esto, no podemos olvidar la retro compatibilidad con todas las versiones anteriores de PCIe, pero si lo enfocamos de cara a redes y FPGA, las mejoras no terminan ahí:
- BER 10e-12.
- TX Presets P0-P10.
- Mismo enfoque para TX y RX en Gen 4.
- Mismos parámetros de voltaje TX y fluctuaciones que Gen4.
La topología de cada canal, clave en la adopción y velocidad
Lo primero que debemos de entender es que todas las compañías lo que necesitan actualmente y de cara al futuro más cercano es velocidad. Es el principal reclamo de PCIe 5.0, pero para ello todas van a tener que adaptarse a ciertos criterios en la topología que determinará más exigencia en cada canal.
Así, PCIe 5.0 especifica un canal más corto con una terminación de 50 ohmios para las mediciones de jitter, donde además el límite inferior del ancho de banda PLL se establece en solo 0,5 MHz para 16 GT/s.
Esto es vital para los sistemas de AI y ML, los cuales procesan gran cantidad de datos y como sabemos, el mercado está expandiéndose de forma abrupta en estos últimos años y nada hace pensar que no siga así. Con tasas diarias de datos que rondan los 4 TB, es entendible que se necesite un ancho de banda mayor.
Si a esto le sumamos el uso de CXL o CCIX como nuevos métodos de interconexión entre dispositivos de coherencia, podemos hacernos una idea de donde está el mercado actualmente y cuál será el futuro de la industria. En cuanto a escritorio, las tres grandes actualmente van sobradas en cuanto a velocidad con PCIe 4.0.
Ni siquiera se espera que Ampere G100 pueda llenar el ancho de banda completamente, así que las gráficas gaming es más que probable que sigan en Gen4 bastantes años, al menos hasta que PCIe 5.0 sea más asequible impulsado por la demanda de la industria.
Compute Express Link
Un superconjunto del PCIe 5.0 es el CXL o Compute Express Link, este se basa en una versión aumentada que proporciona coherencia con la RAM, lo que significa que los periféricos y la RAM del sistemas pasan a formar parte del mismo direccionamiento y evita el utilización de unidades DMA para la transferencia de datos de un direccionamiento a otro. Esto además permitirá cosas como poder ampliar la memoria RAM desde el puerto PCI Express o integrar en futuros diseños de procesador el controlador de la memoria flash con el tiempo.
También con el tiempo será clave para evitar los problemas de comunicación entre varias tarjetas gráficas al mismo tiempo, aunque por el momento el Compute Express Link va a limitar su uso al mundo de la computación de alto rendimiento donde se sitúan los servidores y superordenadores. En todo caso tenemos que aclarar el hecho de que el direccionamiento de la memoria RAM y el almacenamiento se unifique no significa que ambos se hagan igual de rápidos en el acceso, solo nos estamos refiriendo a que de cara a las aplicaciones el espacio de RAM pasa a ser común, pero es relativo, ya que si por ejemplo tenemos una tarjeta gráfica en un puerto CXL, por mucha coherencia que haya entre estos a a nivel de aplicación, en realidad el mecanismo de copia de datos se seguirá haciendo a nivel de hardware. Eso si, de forma totalmente transparente.