Lunes 25 de septiembre de 2017
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PCI Express, capítulos 4 y 5

La versión 3.0 del estándar PCI Express fue liberada en el año 2010, y salió al mercado montada en la tanda de nuevas motherboards que surgieron en 2011. La versión 4 debería haber estado disponible en 2013, si el grupo especial de interés PCI (PCI-SIG) hubiera podido mantener el ritmo de trabajo anterior, pero las demoras y ciertas dificultades asociadas con el diseño la mantuvieron en suspenso durante varios años.

Finalmente, en junio de este año el PCI-SIG anunció la conclusión del trabajo sobre la especificación PCIe 4.0. Para demostrar que se trataba de una realidad, las empresas Synopsys y Mellanox mostraron (en el marco del evento PCI-SIG Developers Conference de este año) la interoperabilidad exitosa entre dos soluciones PCIe 4.0 independientes: un sistema anfitrión con un controlador DesignWare, de Synopsys, conectado a un adaptador de red Mellanox ConnectX-5. La demostración exhibió una inicialización completa de la interfaz PCI Express 4.0, incluyendo vinculación, configuración y enumeración a 16 gigatransferencias por segundo (GT/s). Adicionalmente, las dos compañías usaron la funcionalidad de marginación de líneas entre host y dispositivo, para evaluar la calidad del vínculo para un diseño más robusto.

Hoja de ruta de PCI Express dada a conocer por el PCI-SIG

PCI Express 4.0 promete una duplicación del ancho de banda disponible. Mientras que PCIe 3.0 brinda un máximo de 8GT/s, 8 Gb/s de ancho de banda de vínculo por línea y un máximo de 32 GB/s por cada slot de 16 líneas, PCIe 4.0 ofrece 16 GT/s y 16 Gb/s de ancho de banda, logrando un máximo de 64 GB/s por cada slot de 16 líneas. Estas cifras, sin embargo, son máximos teóricos soportados por el estándar, y no necesariamente las tasas de transferencia que los usuarios verán en las implementaciones reales. Según el PCI-SIG, las mejoras en ancho de banda se verán acompañadas por configuraciones extendidas de ancho de líneas para más flexibilidad, menores velocidades mínimas para operación de bajo consumo, reducciones de latencia y mejoras en escalabilidad.

Curva de crecimiento hist+¦rica del ancho de banda de PCI

CAPÍTULO 5

Además de presentar la versión 4.0, el PCI-SIG anunció sus planes de lanzar PCIe 5.0 en el año 2019. Si a PCIe 4.0 le lleva alrededor de un año popularizarse como ocurrió con la versión 3.0 (plazo requerido para que los fabricantes de motherboards y de placas puedan desarrollar y certificar sus productos), entonces el estándar 4.0 sólo tendrá uno o dos años para estar en el mercado. Luego de eso, la industria optará por esperar a la siguiente versión de la especificación.

“En nuestra historia de 25 años, el PCI-SIG mantuvo su compromiso con nuestro riguroso proceso de desarrollo de especificaciones, brindando a la vez especificaciones que están en sincronía con los requerimientos de la industria para E/S de alta performance”, dijo Al Yanes, presidente del PCI-SIG. “La tecnología PCIe 5.0 es la siguiente evolución que establecerá el estándar de velocidad, y confiamos en que sus 32 GT/seg. de ancho de banda superarán las necesidades de la industria”.

La arquitectura PCIe 4.0 está orientada hacia una performance eficiente en cuanto al consumo, con características tales como tags extendidos y créditos para dispositivos de servicio, latencia reducida, marginación por línea, capacidades RAS mejoradas, escalabilidad para mayor cantidad de líneas y de ancho de banda, junto con virtualización de E/S mejorada e integración de plataforma.

A su vez, la especificación PCIe 4.0 fue diseñada con mejoras funcionales clave que prepararán el estándar para el futuro, lo cual (según el PCI-SIG) acelerará el desarrollo futuro de la especificación. La versión 5.0, por su parte, anuncia una importante mejora de performance.

MÁS RÁPIDO, MÁS FURIOSO

PCIe 5.0 duplicará el ancho de banda unidireccional de la versión 4.0, por lo que será cuatro veces más veloz que el estándar actual, superando incluso a la memoria DDR4 y la tecnología de alta velocidad NVLink, de Nvidia. Esto significa que los dispositivos que lo usen (básicamente GPUs y SSDs) podrán transferir información a velocidades mucho más altas.

Lo que proponen las futuras versiones de PCI Express es de suma importancia para resolver los típicos cuellos de botella que afectan a la arquitectura x86. Las GPUs utilizadas para cosas tales como inteligencia artificial, aprendizaje de máquina o supercomputación se conectan a slots PCIe, y lo mismo ocurre con los SSDs más veloces. Es por eso que los incrementos de velocidad en el bus PCIe serán bien recibidos por todos los rubros de la industria.

Naturalmente, llevará tiempo para que estos productos lleguen al mercado y, particularmente, a los centros de datos. Si el PCI-SIG consigue su objetivo de finalizar la especificación PCI Express 5.0 para el año 2019, los productos basados en el nuevo estándar podrían estar en el mercado entre 2020 y 2021. Después comenzará la fase de reemplazo del hardware antiguo, la cual se desarrollará entre 2021 y 2022.

CUESTIONES DE ADOPCIÓN

Una rápida progresión desde PCIe 4.0 a 5.0 podría dar como resultado que el hardware de la versión 4.0 para el segmento de consumidores no permanezca mucho tiempo en el mercado. Pero el incremento de ancho de banda para periféricos y dispositivos será gigantesco al llegar la versión 5.0.

PCIe 5.0 ofrecerá más ancho de banda que DDR4-3200, aunque con latencias mucho más elevadas, por lo que a nadie se le ocurrirá crear memoria RAM conectada directamente al bus PCIe; al menos en el futuro próximo. Si bien las GPUs son prácticamente los únicos dispositivos que usan slots x16, al cuadruplicarse el ancho de banda por línea, incluso los dispositivos x1 y x4 obtendrán los beneficios de la nueva versión de PCIe.

A las redes de alta performance y a las soluciones de almacenamiento de estado sólido les vendrá muy bien el ancho de banda aume/ntado. PCIe 5.0 hará posible las soluciones Ethernet de 400 Gb, lo que significa un ancho de banda de 50 GB/s en ambas direcciones.

Los fabricantes de motherboards recién comenzarían a integrar PCIe 4.0 en sus placas a partir de 2018, y la espera podría prolongarse en función de las decisiones de AMD e Intel para incorporar en sus productos el soporte para la nueva especificación. Dado que prácticamente todas las CPUs actuales cuentan con controladores PCI Express incorporados en los chips, la inclusión de compatibilidad PCIe 4.0 en las PCs tiene más que ver con las estrategias de los fabricantes de CPUs que con las de los fabricantes de motherboards, si bien estos últimos necesitan validar sus diseños. En caso de que el PCI-SIG cumpla su objetivo de finalizar PCIe 5.0 en 2019, esta nueva versión podría salir al mercado recién en 2020 ó 2021.

Acerca de Gustavo Dumortier

Gustavo Dumortier
Analista en Computación y periodista especializado en informática. Trabajó en diversas publicaciones de tecnología y negocios y es autor de libros sobre algoritmos y programación. Actualmente es socio de la consultora argentina MasterSoft, en la que se desempeña como analista funcional.

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