มาตรฐาน PCIe คืออะไร ? พร้อมรู้จัก PCIe 7.0 และความแตกต่างจากรุ่นก่อน ?

PCIe คืออะไร ? พร้อมรู้จัก PCIe 7.0 และความแตกต่างจากรุ่นก่อน ?

ถ้าใครอยู่ในแวดวงไอที หรือเป็นผู้ที่ชื่นชอบการติดตามข่าวสารเกี่ยวกับการเปิดตัวเทคโนโลยีใหม่ ๆ ก็น่าจะได้เห็นข่าวการเปิดตัวมาตรฐานใหม่ PCIe 7.0 ผ่านตากันไปแล้ว เพราะทางสมาคม PCI-SIG (PCI Special Interest Group) ที่เป็นผู้ดูแล และพัฒนามาตรฐาน PCIe นั้นได้เผยสเปกของมันออกมาตั้งแต่ในช่วงปี ค.ศ. 2022 (พ.ศ. 2565) แล้ว พร้อมทั้งประกาศว่าจะเริ่มนำมาใช้งานกันในปี ค.ศ. 2025 (พ.ศ. 2568)

มาตรฐาน PCIe คืออะไร ? ในบทความนี้จะพาคุณผู้อ่านไปทำความรู้จักมันให้มากขึ้นกัน

มาตรฐาน PCIe คืออะไร ? (What is PCIe Standard ?)

ก่อนจะไปถึงเรื่อง PCIe 7.0 มาเริ่มจากการปูพื้นฐานกันก่อนว่า PCIe คืออะไร ?

มันมีชื่อเต็มยศว่า Peripheral Component Interconnect Express แต่มักเขียนโดยย่อว่า PCI Express หรือ (PCIe) เป็นมาตรฐานการเชื่อมต่ออุปกรณ์ต่อพ่วงความเร็วสูง (High-Speed Serial Computer Expansion Bus) บนคอมพิวเตอร์ ที่ถูกพัฒนาขึ้นมาเพื่อเพิ่มความสามารถในการทำงานของคอมพิวเตอร์ให้มีประสิทธิภาพมากยิ่งขึ้น

หากพูดถึง มาเธอร์บอร์ด (Motherboard) ในปัจจุบันนี้ ส่วนใหญ่จะมีการใส่พอร์ท PCIe ติดมาด้วยอย่างน้อย 2 พอร์ท เพื่อให้ผู้ใช้งานสามารถอัปเกรดคุณสมบัติการทำงานของคอมพิวเตอร์ให้สูงขึ้น ไม่ว่าจะเป็นการติดตั้ง การ์ดจอ (GPU), การ์ดเสียง (Sound Card), อุปกรณ์เก็บข้อมูลแบบ SSD ฯลฯ

ภาพจาก : https://www.digitaltrends.com/computing/pci-express-6-coming-2021/

ความเป็นมาของมาตรฐาน PCIe (History of PCIe Standard)

พอร์ต PCIe เป็นพอร์ตที่เกิดขึ้นจากความร่วมมือของบริษัทเทคโนโลยีชั้นนำอย่าง Dell, IBM, Intel และ HP ที่รวมตัวกันเป็นกลุ่มพันธมิตรที่ชื่อว่า PCI-SIG พัฒนามาตรฐานนี้ขึ้นมา เพื่อใช้งานแทนพอร์ตเก่าอย่าง PCI, PCI-X และ AGP

ภาพจาก : https://www.techpowerup.com/forums/threads/what-are-the-pcie-1-connectors.262550/

เดิมที ตอนแรกมันยังไม่ถูกเรียกว่า PCIe แต่ใช้ชื่อว่า High Speed Interconnect (HSI) ต่อมาได้เปลี่ยนชื่อเป็น 3^rd Generation I/O (3GIO) และท้ายที่สุด ทาง PCI-SIG ก็ได้เปลี่ยนชื่อมันเป็น PCI Express (PCIe)

PCIe เปิดตัวให้ใช้งานครั้งแรกในปี ค.ศ. 2003 (พ.ศ. 2546) ในปัจจุบันนี้การพัฒนา PCIe ก็ยังอยู่ในความดูแลของกลุ่ม PCI Special Interest Group (PCI-SIG) อยู่เหมือนเดิม แต่มีพันธมิตรเข้าร่วมมากขึ้น ไม่ว่าจะเป็น Agilent, AMD, Dell, HP, IBM, Intel, NVIDIA, Qualcomm, Synopsys รวมไปถึงกลุ่ม VTM Group และบริษัทอื่น ๆ กว่า 900 บริษัท

มาตรฐาน PCIe ทำงานอย่างไร ? (How does PCIe work ?)

Peripheral Component Interconnect Express (PCIe) เป็นการเชื่อมต่อที่ใช้ในการถ่ายโอนข้อมูลความเร็วสูงระหว่างชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ ซึ่งอันที่จริง ในปัจจุบันนี้จะไม่ได้ใช้งานแค่บนคอมพิวเตอร์เท่านั้น แต่ยังถูกใช้ในอุปกรณ์อื่น ๆ ด้วย อย่างในสมาร์ทโฟนก็จะใช้ในการแลกเปลี่ยนข้อมูลระหว่าง หน่วยประมวลผลกลาง (CPU) กับ ไวไฟ (Wi-Fi) โดยเรียกว่า Chip-to-Chip (C2C)

รูปแบบการทำงานที่ง่ายที่สุดของ PCIe จะเชื่อมต่อแบบจุดต่อจุดระหว่างอุปกรณ์ที่รองรับ PCIe สองตัว บนคอมพิวเตอร์ก็อย่างเช่น ระหว่างมาเธอร์บอร์ด กับการ์ดจอ หรือ SSD โดยการเชื่อมต่อนี้จะมีการแบ่งช่องส่งข้อมูลออกเป็น "เลน" (Lane) และสามารถรวมพลังทุกเลนเข้าด้วยกัน เพื่อเพิ่มความเร็วในการส่งข้อมูลให้สูงขึ้น

ซึ่งในเวอร์ชันล่าสุด PCIe 7.0 จะทำความเร็วได้ที่

• PCIe x1 Connections : 1 เลน 32 GB/s
• PCIe x2 Connections : 2 เลน 64 GB/s
• PCIe x4 Connections : 4 เลน 128 GB/s
• PCIe x8 Connections : 8 เลน 256 GB/s
• PCIe x16 Connections : 16 เลน 512 GB/s

ภาพจาก : https://pcisig.com/sites/default/files/files/PCI-SIG_Doubling%20Bandwidth_Final.png

สเปกของมาตรฐาน PCIe 7.0 (PCIe 7.0 Standard Specifications)

PCI-SIG ได้ประกาศที่งาน PCI-SIG Developers Conference 2022 เอาไว้ว่า มาตรฐาน PCIe 7.0 ที่จะเปิดตัวในปี ค.ศ. 2025 (พ.ศ. 2568) โดยตั้งเป้าหมายเอาไว้ว่าจะรองรับอัตราข้อมูลที่ 128 GT/s ซึ่งเป็นการเพิ่มความเร็วจากมาตรฐาน PCIe 6.0 ให้สูงกว่าเดิมถึงสองเท่า

เทคโนโลยี PCIe 7.0 ถูกออกแบบมาเพื่อเป็นโซลูชันการเชื่อมต่อสำหรับตลาดที่ต้องการรับส่งข้อมูลความเร็วสูง เช่น ปัญญาประดิษฐ์ (AI), การเรียนรู้ของเครื่อง (Machine Learning), ศูนย์ข้อมูล (Data Center), คลัสเตอร์คอมพิวติ้งประสิทธิภาพสูง (HPC), ยานยนต์ (Automobile), อุปกรณ์สมาร์ทโฮม (IoT Devices) ฯลฯ

ภาพจาก : https://pcisig.com/sites/default/files/files/PCI-SIG_Speeds%20and%20Feeds%20Graphic_Final.pdf

เป้าหมายคุณสมบัติของ PCIe 7.0 (PCIe 7.0 Specification Feature Goals)

• ทำความเร็วการในส่งข้อมูลดิบได้ 128 GT/s และสูงสุดถึง 512 GB/s ในการทำงานแบบ x16
• ใช้สัญญาณ Pulse Amplitude Modulation (PAM) เลเวล 4
• มุ่งเน้นการรักษาพารามิเตอร์ และระยะทางของช่องสัญญาณ
• รักษาความหน่วงต่ำ และเชื่อถือได้สูงเอาไว้เหมือนเดิม
• ปรับปรุงประสิทธิภาพใช้พลังงาน
• รักษาความเข้ากันได้แบบย้อนหลัง (Backward Compatibility) กับเทคโนโลยี PCIe ก่อนหน้าทุกเวอร์ชัน

GT/s หมายถึงอะไร ?

GT/s หรือ Gigatransfers per second เป็นหน่วยความเร็วในการรับ - ส่งข้อมูลที่ต่างจากหน่วย Gbps หรือ Gigabits per second ตรงที่มันจะมีการเข้ารหัสข้อมูล เนื่องจาก PCIe เป็น Serial bus (ช่องทางในการเชื่อมต่อ) ที่มี "Refclk (Reference clock)" ฝังอยู่ในตัวข้อมูล เพื่อเอาไว้ยืนยันให้แน่ใจว่าตัวผู้รับข้อมูลจะสามารถรับรู้ค่าความเปลี่ยนแปลง (Level transitions) ของ 1 ไป 0 และ 0 ไป 1 จาก Refclk ที่เกิดขึ้นเพื่อถอดรหัสข้อมูลออกมาได้อย่างถูกต้อง

หรือเรียกง่าย ๆ ว่า GT/s เป็นจำนวนของข้อมูลที่ผ่านการเข้ารหัสแล้วเป็นที่เรียบร้อย ในขณะที่ Gbps เป็นข้อมูลที่ยังไม่ผ่านการเข้ารหัส จึงทำให้ค่าของ GT/s มักจะมากกว่า Gbps เสมอ

เราควรอัปเกรดมาตรฐานเป็น PCIe 7.0 หรือเปล่า ? (Should we upgrade to PCIe 7.0 Standard ?)

ถึงแม้มาตรฐาน PCIe 7.0 จะมาภายในปีนี้ แต่ก็ใช่ว่ามันจะจำเป็นต่อการใช้งานของเรา โดยเฉพาะกับผู้ที่ยังใช้ PCIe 4.0 เพราะอันที่จริงแค่พอร์ท PCIe 4.0 ที่ส่วนใหญ่ยังใช้งานกันอยู่ในปัจจุบันนี้ก็เพียงพอเหลือเฟือแล้ว แม้แต่ GPU รุ่นล่าสุดอย่าง RTX 5090 ก็ยังคงเป็น PCIe 5.0 อยู่เลย ดังนั้น จึงไม่มีความจำเป็นต้องรีบเปลี่ยนแต่อย่างใด

แต่ถ้าใครใจร้อนอยากจะอัปเกรดเป็น PCIe เวอร์ชันใหม่ ก็ไม่ต้องกังวลว่าจะหาอุปกรณ์ที่ใช้งานด้วยได้ยาก เพราะ PCIe 7.0 ยังรองรับการใช้งานร่วมกับอุปกรณ์ที่ใช้มาตรฐานรุ่นที่ต่ำกว่าได้ (Backward Compatibility) แต่ความเร็ว และประสิทธิภาพในการทำงาน จะถูกหั่นออกเหลือเท่าสเปกของรุ่นเดิม