ช่องเชื่อมต่อที่ใช้มาตรฐาน PCI Express (PCIe) ในเครื่องคอมพิวเตอร์ นับเป็นช่องเชื่อมต่ออุปกรณ์ที่สำคัญมาก เพราะมีจุดเด่นในด้านของแบนด์วิธที่กว้าง รับส่งข้อมูลได้รวดเร็ว เราจึงได้เห็นการนำช่อง PCIe มาติดตั้งบนเมนบอร์ดเพื่อใช้เป็นจุดเชื่อมต่อกับฮาร์ดแวร์ชิ้นอื่นมากมาย ที่คุ้นเคยกันหน่อยก็เช่น การ์ดจอ การ์ด Wi-Fi การ์ดเสียง ไปจนถึงการ์ดที่ช่วยเพิ่มการเชื่อมต่อกับอุปกรณ์เก็บข้อมูล อาทิ การ์ดสำหรับติดตั้ง SSD เป็นต้น ซึ่งก็ได้มีการพัฒนามาอยู่เรื่อย ๆ จนในปัจจุบันก็มีออกมาถึง PCIe 6.0 แล้ว
เมื่อช่วงปลายปี 2023 ที่ผ่านมา ก็มีข่าวว่าบริษัท Alphawave ที่เป็นผู้ออกแบบหน้าสัมผัสชิปได้จับมือกับ Keysight บริษัทผู้ผลิตอุปกรณ์สำหรับตรวจสอบมาตรฐานต่าง ๆ ในการทดสอบชิปควบคุมของมาตรฐาน PCIe 6.0 และได้ความเร็วในการรับส่งข้อมูลสูงถึงระดับ 64 GT/s ทำให้ทาง Alphawave มั่นใจว่าจะสามารถเริ่มกระบวนการผลิตชิปคอนโทรลเลอร์สำหรับ PCIe เวอร์ชันใหม่นี้ และคาดว่าจะเริ่มมีผลิตภัณฑ์ที่รองรับการเชื่อมต่อ PCIe เวอร์ชัน 6.0 ออกมาสู่ท้องตลาดได้ภายในปี 2024 นี้ด้วย
PCIe 6.0 คืออะไร ต่างจากเดิมขนาดไหน
ชื่อของ PCIe คือมาตรฐานการรับส่งข้อมูลที่ผ่านการออกแบบและสร้างข้อกำหนดขึ้นมาโดยองค์กร PCI-SIG เพื่อใช้เป็นมาตรฐานในการรับส่งข้อมูลข้ามอุปกรณ์ภายในระบบคอมพิวเตอร์ ซึ่งในปัจจุบันก็รวมถึงกลุ่มยานยนต์ด้วย ส่วนที่ผู้ใช้ทั่วไปคุ้นเคยกันก็คือพวกพอร์ตที่ใช้เสียบการ์ดจอ เสียบ SSD NVMe แบบที่เป็นแท่งเล็ก ๆ พวกนี้ก็คือการเสียบอุปกรณ์เข้ากับพอร์ตที่รองรับมาตรฐาน (โปรโตคอล) PCIe กันทั้งนั้น
ส่วนตัวเลขต่อท้ายคือเลขเวอร์ชันของมาตรฐาน ซึ่งมีการพัฒนามาอยู่ตลอด ยิ่งเลขสูงขึ้นก็ยิ่งรับส่งข้อมูลได้เร็วขึ้น และมีความสามารถมากขึ้นตามไปด้วย ในปัจจุบันเราจะอยู่กันที่ PCIe 4.0 หรือ PCIe Gen 4 เป็นหลัก ยังเหลือ Gen 3 อยู่บ้างในอุปกรณ์ยุคก่อนหน้า ส่วน Gen 5 ก็เริ่มเข้าสู่ตลาดมากขึ้นเรื่อย ๆ แต่ยังจัดว่าน้อยอยู่ เพราะอย่างอุปกรณ์ที่ต้องใช้แบนด์วิธสูงอย่างการ์ดจอ ก็ยังไม่มีการ์ดจอที่ใช้ PCIe 5.0 ออกมาเลย จะมีออกมาบ้างก็เป็นกลุ่มของ SSD ระดับไฮเอนด์เท่านั้นเอง
ด้านของมาตรฐานที่ใหม่กว่าขึ้นมาอีกอย่าง PCIe 6.0 ที่จริงแล้วมีการประกาศสเปค คุณสมบัติและข้อกำหนดออกมาอย่างเป็นทางการตั้งแต่เมื่อต้นปี 2022 แล้ว ซึ่งที่ผ่านมาก็เป็นช่วงที่อยู่ในระหว่างการทดสอบด้านฮาร์ดแวร์ก่อนที่จะเข้าสู่กระบวนการผลิตในเชิงพาณิชย์ได้ โดยจุดเด่นที่สำคัญ 3 ข้อของ PCIe Gen 6 มีดังนี้
1) มีแบนด์วิธเพิ่มขึ้นเป็นเท่าตัว
ทำให้สามารถรับส่งข้อมูลได้ที่ความเร็วสูงถึง 64 GT/s ต่อเลน ซึ่งเร็วกว่า Gen ก่อนหน้าถึงหนึ่งเท่าตัว (PCIe 5.0 ทำได้สูงสุดตามสเปคที่ 32 GT/s) และถ้าเปิดใช้งานแบบ x16 คือเต็ม 16 เลน จะสามารถรับส่งข้อมูลได้เร็วสูงสุดถึง 256 GB/s ซึ่งมากมายเหลือเฟือสำหรับการใช้งานในปัจจุบันที่ขนาดแบนด์วิธของ PCIe 5.0 ที่น้อยกว่านี้ครึ่งนึง เรายังใช้กันแทบไม่เต็มประสิทธิภาพกันเลย สำหรับการใช้งานทั่วไป
นอกจากนี้ ชิปคอนโทรลเลอร์ของ Alphawave ยังรองรับการทำงานร่วมกับโปรโตคอล CXL 2.0 เป็นรุ่นแรกอีกด้วย ซึ่ง CXL จะเป็นบัสสำหรับเชื่อมต่อ CPU ให้ทำงานร่วมกับตัวเร่งการประมวลผลเฉพาะทางอื่น ๆ (accelerator) เช่น ตัวประมวลผลด้าน AI รวมถึงการ์ดจอด้วย เพื่อให้สามารถทำงานร่วมกันได้ดีขึ้น สามารถแชร์หน่วยความจำร่วมกันได้ และคาดว่า PCIe Gen 6 น่าจะรองรับไปได้ถึง CXL 3.0 ในอนาคต ซึ่งจะมีความเร็วและแบนด์วิธที่สูงกว่าเดิมขึ้นไปอีก
2) มีความหน่วงต่ำ และมีความน่าเชื่อถือสูงขึ้น
ด้วยการเพิ่มความสามารถต่าง ๆ ได้แก่
Pulse Amplitude Modulation 4 ระดับ (PAM-4) ในกระบวนการรับส่งสัญญาณ ที่จะใช้การส่งสัญญาณไฟฟ้าที่มีแรงดันต่างกัน 4 ระดับเพื่อแทนค่าชุด 2 บิตคือ 00, 01, 10 และ 11 เพื่อใช้ในการบีบอัดและเข้ารหัสสัญญาณให้มีขนาดเล็กลง ช่วยให้สามารถรับส่งสัญญาณ (ข้อมูล) ได้เร็วขึ้น
Lightweight Forward Error Correct (FEC) และ Cyclic Redundancy Check (CRC) สำหรับตรวจสอบความผิดพลาดที่อาจเกิดขึ้นจากกระบวนการเข้ารหัสสัญญาณ PAM4 ในข้างต้น
flow control unit (Flit) จะมาช่วยควบคุมการทำงานของ PAM4, FEC และ CRC อีกที เพื่อทำให้ได้แบนด์วิธสูงกว่าเดิม มากสุดถึงสองเท่า
รวมถึงยังเพิ่มโหมดจัดการพลังงานระดับใหม่ขึ้นมาคือ L0p ซึ่งเป็นสถานะพลังงานระดับ Low Power ที่ออกแบบมารองรับการปรับระดับการใช้พลังงาน ให้เหมาะสมกับการใช้งานแบนด์วิธในขณะนั้น โดยไม่ส่งผลกระทบกับการรับส่งข้อมูล ซึ่งสถานะนี้จะยังคงเปิดเลนให้ใช้สำหรับรับส่งข้อมูลไว้อย่างน้อยที่สุด 1 เลน
3) รองรับการทำงานร่วมกับมาตรฐานเก่าได้
แม้จะเป็นมาตรฐานรุ่นใหม่ล่าสุด แต่อุปกรณ์ที่ใช้ PCIe Gen 6 ก็ยังสามารถทำงานร่วมกับอุปกรณ์ Gen ก่อนหน้าทั้งหมดได้อยู่ ไล่มาตั้งแต่ PCIe 1.x มาจนถึง 5.0 ช่วยลดต้นทุนในการเปลี่ยนอุปกรณ์ของลูกค้าได้ เพราะยังสามารถใช้งานอุปกรณ์เดิมได้อยู่ ไม่จำเป็นต้องเปลี่ยนใหม่แบบยกชุด
ส่วนถ้าสรุปแบบเชิงเทคนิคลงไปอีกนิดก็จะเป็นตามภาพด้านบนครับ ที่น่าสนใจก็คือตรงเรื่อง Latency ที่ระบุว่าจริง ๆ แล้วระบบจะมีความหน่วงเพิ่มขึ้นที่กระบวนการส่งและรับข้อมูลด้วย แต่จะเพิ่มขึ้นมาไม่ถึง 10ns เท่านั้น แต่ก็จะมีเรื่องประสิทธิภาพที่เพิ่มขึ้นมาชดเชยแทน สำหรับใครที่อยากอ่านรายละเอียดสเปคทั้งหมดแบบจริง ๆ ทาง PCI-SIG ก็มีเว็บไซต์รวมแหล่งข้อมูลไว้ให้เข้าไปศึกษากันได้ ส่วนถ้าเป็นคลิปสรุปจุดเด่น 3 ข้อหลัก ก็คลิกชมได้จากด้านล่างนี้เลย
สำหรับด้านการนำ PCIe Gen 6 มาใช้ จะมีข้อจำกัดอยู่บ้างก็คือเรื่องการใช้พลังงานที่มากขึ้นเมื่อเทียบกับ Gen 5 รวมถึงต้องมีการออกแบบแผง PCB ให้มีการรับส่งสัญญาณไฟฟ้าได้อย่างเต็มประสิทธิภาพเท่าที่จะเป็นไปได้ มีการ loss, crosstalk และค่าต่าง ๆ อยู่ในระดับที่เหมาะสม สามารถนำมาใช้งานได้จริงก่อน นั่นจึงทำให้ต้องใช้เวลาอีกพอสมควรกว่าที่ Gen 6 จะเข้าสู่ท้องตลาดอย่างเต็มตัว
นอกจากการนำมาใช้ในคอมพิวเตอร์ พีซีที่หลายท่านคุ้นเคยแล้ว PCIe 6.0 ยังจะถูกนำไปใช้กับงานอื่น ๆ อีกหลายประเภท เช่น งานประมวลผลด้าน AI และ machine learning รวมถึงกลุ่มดาต้าเซ็นเตอร์ กลุ่มเครื่องคำนวณประสิทธิภาพสูง (HPC) ไปจนถึงระบบคอมพิวเตอร์ในรถยนต์ ระบบ IoT และระบบงานเกี่ยวกับกองทัพและอากาศยานด้วย
เราจะได้ใช้ PCIe Gen 6 กันเมื่อไหร่
จากที่เพิ่งจะมีข่าวการผลิตชิปคอนโทรลเลอร์ที่รับส่งข้อมูลได้ตามมาตรฐานไปเมื่อช่วงปลายปีที่ผ่านมา ประกอบกับสินค้าในตลาดยังคงอยู่ที่ PCIe 4.0 เป็นหลักมากกว่า ดังนั้นจึงคาดกันว่าเราน่าจะต้องรอไปอีกไม่ต่ำกว่า 3-4 ปี กว่าจะได้เห็นสินค้าที่ใช้ PCIe 6.0 ลงสู่ท้องตลาดแบบเต็มตัว รวมถึงในช่วงแรก ๆ อาจจะยังเป็นสินค้ากลุ่มไฮเอนด์ หรือกับการใช้งานเฉพาะทางก่อนซะมากกว่า
สำหรับในการใช้งานของผู้ใช้งานทั่วไป เชื่อว่า SSD ที่ใช้ PCIe 5.0 ก็ยังแรงเหลือเฟืออยู่ กับความเร็วหลักหมื่น MB/s แถมราคาก็ยังสูง งานที่ต้องใช้ความเร็วถึงระดับนั้นก็ยังไม่ใช่กลุ่มใหญ่ของตลาด ดังนั้นเราคงน่าจะยังไม่ได้เห็น SSD PCIe 6.0 กันในเร็ว ๆ นี้แน่นอน ส่วนการ์ดจอนี่ยิ่งแล้วใหญ่เลยครับ เพราะขนาดการ์ดจอสุดแรงสายเล่นเกมอย่าง RTX 4090 หรือจะเป็นการ์ดจอสายทำงานตัวท็อปอย่าง RTX 6000 Ada Generation ก็ยังคงใช้ PCIe 4.0 อยู่เลย
