Le groupement PCI-SIG a finalisé et officialisé la nouvelle norme PCIe 6.0 offrant des performances doublées pour mieux servir les besoins volumétriques de données des applications modernes.

Alors que la norme PCIe 5.0 vient à peine de se concrétiser dans l’univers grand public avec le lancement de la 12ème génération de processeurs Intel Core-i (les premiers à supporter en standard PCIe 5.0), le groupement qui veille à l’évolution du principal bus d’interconnexion des composants au cœur de nos PC vient de finaliser PCIe 6.0.

Élaboré en 2003 et introduit en 2004 par Intel, le bus PCI-Express (ou PCIe) cherchait à remplacer et unifier les bus PCI et AGP qui permettaient jusqu’ici de relier le processeur aux ports d’entrées/sorties, aux unités de disque et à la carte graphique au sein des PC. La particularité de ce bus est d’être évolutif, de s’appuyer sur une interface série offrant des lignes bidirectionnelles, et de permettre à deux cartes PCIe de communiquer entre elles sans passer par le processeur.

Aujourd’hui, tous les PC du marché reposent sur la norme 4.0 de PCIe officialisée en 2017. Mais depuis quelques mois, on voit apparaître sur les serveurs et baies de stockage des équipements estampillés « PCIe 5.0 ». Avec l’annonce des processeurs Alder Lake (Intel Core i de 12ème génération) et la présentation lors du CES des premiers PC à en être équipés, la norme PCIe 5.0 sort en 2022 des datacenters pour entrer dans l’univers du grand public.

Mais le groupement PCI-IG a pour ambition de doubler la vitesse du PCIe tous les trois à quatre ans. La finalisation de la norme PCIe 6.0 donne le top départ pour le développement de composants et d’ordinateurs s’appuyant sur ce nouveau format de bus.

Sur le papier, la norme PCIe 6.0 double les performances avec une bande passante bidirectionnelle de 256 Go/sec sur 16 voies. En réalité, cela signifie qu’un bus PCIe 6.0 au format x16 propose une bande passante maximale de 128 Go/sec dans une direction donnée (soit 1024 Gb/s). En pratique, il faudra bien sûr s’attendre à des performances moindres. Typiquement les nouveaux disques SSD en PCIe 5.0 annoncés au CES de Las Vegas promettent par exemple des débits de 14 Go/sec (le double de ce qu’offraient les modèles en PCIe 4.0). On peut donc s’attendre dans les deux à trois ans à venir à voir des disques SSD affichant des taux de transferts de l’ordre de 28 Go/sec.

Ce doublement de la bande passante a été obtenu par l’adoption d’une nouvelle technologie d’encodage des données dénommée PAM-4 (Pulse Amplitude Modulation sur 4 niveaux) à la place du système NRZ utilisée depuis PCIe 3.0. Plus concrètement, PAM-4 permet de transporter deux fois plus d’information que le NRZ sur une même ligne de transmission. Ainsi, selon les données de PCI-SIG, PCIe 6.0 atteint les 64 GT/s contre 32 GT/s pour PCIe 5.0. Par « GT/s », ou « gigatransfers per seconde », PCI-SIG entend le nombre d’opérations de transfert de données par seconde, une donnée sensée refléter la réalité imposée par la surcharge issue de l’encodage.
Ce changement d’encodage en faveur de PAM-4 ne compromet toutefois pas la compatibilité de PCIe 6.0 avec les générations précédentes de cartes et extensions PCIe, puisque la technologie NRZ demeure embarquée. Mais cette modernisation de l’encodage a aussi ses revers. Elle accroit la complexité des puces et leur consommation.

La motivation derrière PCIe 6.0 est d’abord de servir l’explosion des analyses de données à base de Machine Learning, Deep Learning et autres technos IA. On sait que l’apprentissage des IA nécessite des volumes de données assez colossaux.
La problématique de consommation et de complexité induite par PAM-4 devrait finalement cantonner PCIe 6.0 au monde des datacenters dans un premier temps.
Il faudra probablement quelques années avant que cette technologie n’intègre directement les processeurs comme c’est le cas aujourd’hui de PCIe 5.0 avec les nouveaux Intel Alder Lake et les futurs AMD Ryzen 7000.
Dans le domaine des cartes graphiques aussi les besoins de bande passante enflent avec notamment l’introduction de traitements Ray-Tracing en temps réel dans les GPU mais aussi la démocratisation des moniteurs 4K et l’arrivée de la 8K. PCIe 6.0 y a donc sa place. Toutefois, là encore, la nouvelle architecture ne s’imposera pas de sitôt. Après tout, aucun GPU actuel ne supporte encore PCIe 5.0.

En attendant de pouvoir un jour profiter de l’accélération offerte par PCIe 6.0 sur nos ordinateurs, voici une petite présentation vidéo qui résume les avantages de la nouvelle norme :