5nm加持PCIe 6.0来了，带宽翻番用途意想不到
大老客大大
2021-03-24 11:10
对于现今的大部分电脑来说，PCIe 4.0还处于普及阶段，PCIe 5.0尚未到来，而PCIe 6.0标准规范还没能彻底完成——预期是今年下半年正式发布，但已经有厂商迫不及待地推出相关方案，产品也初见雏形。
作为电脑行业最通用的总线标准，PCIe 3.0用了足足7年都没有过时，眼下PCIe 4.0还没有全面普及，三大核心芯片厂商中，AMD的处理器和显卡已经全面支持PCIe 4.0，是行动最快的，同时B550也成为了性价比最高的PCIe 4.0主板，让入门级玩家也能享受到PCIe 4.0的高速。NVIDIA的新一代安培架构GPU同样支持PCIe 4.0，如今出现了一卡难求的局面倒是令人有些唏嘘。英特尔呢？尽管曾多次强调PCIe 4.0对游戏没啥用，但第11代桌面酷睿Rocket Lake-S最终还是会加入支持，早期Z490主板部分已在硬件上做好准备，而服务器领域即将发布的10nm Ice Lake-SP也会加入PCIe 4.0大家庭。
至于PCIe 5.0，其实英特尔真的是表里不一的典范，早在2019年8月，英特尔出货的首款Agilex FPGA就支持PCIe 5.0了，根据泄露的路线图，英特尔再下一代服务器平台Sapphire Rapids就会支持PCIe 5.0，同时还有望支持DDR5内存，AMD则可能要等到Zen 4架构才实现PCIe 5.0时代。
接下来说说PCIe 6.0。
PCIe 6.0 v5.0初始版草案是2020年2月完成的，1.0正式版本最快会在今年年中发布。
作为翻倍传统的延续，PCIe 6.0能让I/O带宽翻番，达到64GT/s，在实际应用中，PCIe 6.0 x1单向带宽为8GB/s，PCIe 6.0 x16单向带宽为128GB/s，双向带宽达到了256GB/s。
同时，PCIe 6.0将延续PCIe 3.0时代就引入的128b/130b编码方式，但加入了全新的脉冲幅度调制PAM4，以取代PCIe 5.0的NRZ，可以在单通道、单位时间封包更多的数据，并低延迟前向纠错(FEC)和相关机制，从而改进带宽效率。
虽然规范还没有最终成型，厂商已经迫不及待了。
今天Synopsys（新思科技）宣布推出全球首个完整的PCIe 6.0 IP方案，全套方案包括控制器、PHY物理层和验证IP，可供PCIe 6.0 SoC设计早期开发之用，也为规范的最终版提供了实验支持。
新方案基于Synopsys广受好评的DesignWare IP PCIe 5.0方案，可完整支持PCIe 6.0的各项标准特性，包括64GT/s PAM-4信号调制、FLIT模式以及L0p低功耗模式等等，能够满足HPC高性能计算、AI、存储SoC等应用领域对于延迟、带宽、能效的各种复杂需求。
为了实现吞吐量的最大化和延迟的最小化，Synopsys PCIe 6.0控制器采用了“MultiStream”（多流）架构，性能可达单流架构的两倍，并且还有1024-bit宽度架构，可在关闭1GHz时序的同时，达到64GT/s x16的高带宽，还优化了多数据源、多虚拟通道环境。
再者，新方案还使用了独特的自适应DSP算法，从而支持早期的SoC开发，优化模拟和数字均衡，无论何种通道下，新方案都能获得最佳能效。
值得一提的是，Synopsys PCIe 6.0解决方案的PHY物理层还使用了当前最先进的5nm工艺，搭配自创的模拟DSP技术，可以将功耗降低20％。目前，新解决方案的验证IP现已可用，而控制器、PHY物理层则计划在今年第三季度提供早期试用，届时PCIe 6.0规范应该已经正式公布了。
最后，可能有很多人会问，如今PCIe 3.0的带宽很多时候都用不完，PCIe 4.0只有顶级发烧友才能感受到个中差异，PCIe 5.0尚未流行，那么更先进的PCIe 6.0有什么用呢？
事实上，PCIe 6.0显然不是给消费级市场准备的，甚至连一般的企业级、数据中心级应用都会显得杀鸡用牛刀。PCIe 6.0有着更高的发展愿景，这是针对云端、AI人工智能、机器学习和边缘计算等需要超高带宽的领域而打造的，因为单个PCIe 6.0 x16就可以支持800G以太网，超过了现有技术的顶峰，还有各种加速器、FPGA、ASIC、存储等领域。换句话说，也许普通人桌面电脑上很长时间都不会出现PCIe 6.0的身影，但最快从明年开始，这项技术就会和我们的工作、娱乐息息相关，就像运营商的基站一样。
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