O PCI-SIG, organização responsável por desenvolver e manter as normas PCI Express, anunciou na semana passada um marco importante para o futuro do hardware. O rascunho 0.5 da especificação PCIe 8.0 já se encontra disponível para os membros do consórcio. Esta nova versão promete atingir a marca de 1 TB/s de largura de banda bidireccional numa configuração de dezasseis vias (x16), com a ratificação final prevista para o ano de 2028.
Segundo um artigo publicado pelo Tom’s Hardware, a versão 0.5 é o primeiro rascunho completo que define os alvos conceptuais e os mecanismos principais. Este documento delineia todos os aspectos vitais da arquitectura, desde os parâmetros eléctricos e lógicos até ao software e conformidade. Com esta base estabelecida, empresas de grande dimensão como a AMD, a Intel e a Nvidia podem começar a criar protótipos e a delinear as suas arquitecturas de próxima geração, mesmo a contar com possíveis ajustes futuros.
O salto no desempenho e as velocidades por geração
A norma PCIe 8.0 foi desenhada para duplicar as velocidades de transferência da geração anterior, uma tradição que a PCI-SIG tem conseguido manter ao longo das décadas. A nova iteração vai operar a 256 GT/s por via. Para compreender a magnitude desta evolução, é imperativo analisar a progressão das larguras de banda máximas bidireccionais desde a versão 5.0 até à futura versão 8.0, detalhando todas as configurações de vias disponíveis.
Na norma PCIe 5.0, que opera a 32 GT/s, as velocidades distribuem-se da seguinte forma: 8 GB/s numa via (x1), 16 GB/s em duas vias (x2), 32 GB/s em quatro vias (x4), 64 GB/s em oito vias (x8) e 128 GB/s em dezasseis vias (x16).
Com a norma PCIe 6.0, a operar a 64 GT/s, os valores duplicam para: 16 GB/s (x1), 32 GB/s (x2), 64 GB/s (x4), 128 GB/s (x8) e 256 GB/s (x16).
A futura norma PCIe 7.0, prevista para 2025 a 128 GT/s, vai oferecer: 32 GB/s (x1), 64 GB/s (x2), 128 GB/s (x4), 256 GB/s (x8) e 512 GB/s (x16).
Por fim, a norma PCIe 8.0, a 256 GT/s, vai disponibilizar velocidades extremas: 64 GB/s (x1), 128 GB/s (x2), 256 GB/s (x4), 512 GB/s (x8) e o impressionante valor de 1 TB/s (x16).
Na prática, as unidades de armazenamento SSD NVMe baseadas em PCIe 8.0 vão ser capazes de atingir velocidades sequenciais de 120.000 MB/s ou mais. Actualmente, a norma PCIe 5.0 já se mostra essencial para equipamentos avançados, como é o caso de sistemas NAS focados em inteligência artificial e processadores de última geração, mas a versão 8.0 vai elevar este patamar para dar resposta às exigências crescentes da computação de alto desempenho e das redes de alta velocidade. A publicação nota ainda que o processo de desenvolvimento continua focado em reduzir o consumo de energia e em cumprir metas rigorosas de latência, tudo isto sem quebrar a compatibilidade com as gerações anteriores.
Os limites físicos do cobre e as novas ligações
Atingir estas velocidades não é uma tarefa simples. O Tom’s Hardware refere que o PCI-SIG continua a avaliar novas tecnologias de ligação, o que significa que a actual camada física de cobre está a aproximar-se dos seus limites. Problemas como a diafonia (crosstalk), as reflexões de sinal e a perda de dados tornaram-se restrições severas nas versões 5.0 e 6.0. Com a taxa de 256 GT/s da versão 8.0, estes obstáculos vão aumentar drasticamente.
A estas velocidades, as ligações tradicionais e o encaminhamento nas motherboards podem não conseguir garantir a integridade do sinal sem um consumo excessivo de energia para equalização ou um aumento indesejado da latência. Como resultado, a organização poderá ter de redesenhar as ranhuras PCIe com materiais optimizados e tolerâncias mais rigorosas, ou encurtar os caminhos eléctricos ao aumentar o número de repetidores de sinal. Ainda assim, o objectivo principal passa por manter a compatibilidade, pelo que não se esperam alterações radicais no formato físico.
A complexidade tecnológica desde a versão 6.0
A história da tecnologia PCIe mostra que as primeiras gerações aumentavam a taxa de transferência quase sem esforço, ao duplicar os relógios e ao melhorar a eficiência da codificação. A versão 1.0 operava a 2.5 GT/s com codificação 8b/10b, a passar para 5 GT/s na versão 2.0. A versão 3.0 introduziu a codificação 128b/130b a 8 GT/s, seguida pela versão 4.0 a 16 GT/s e a versão 5.0 a 32 GT/s.
No entanto, a introdução da norma PCIe 6.0 em 2022 representou um ponto de viragem. Em vez de forçar a sinalização convencional de dois níveis para frequências mais altas, a especificação transitou para o PAM4, um método de modulação de quatro níveis que transporta dois bits por símbolo, e introduziu a codificação FLIT. Esta alteração permitiu duplicar a largura de banda sem duplicar a taxa de relógio, mas trouxe compromissos.
Os métodos de sinalização multinível como o PAM4 comprimem as margens de tensão, o que os torna muito mais sensíveis ao ruído eléctrico. Para garantir a estabilidade, a PCI-SIG tornou obrigatória a Correção Antecipada de Erros (FEC) e uma equalização muito mais complexa. Hoje em dia, os controladores PCIe assemelham-se a processadores de sinal misto, pois integram blocos DSP para processamento analógico de alta resolução e motores FEC para executar tarefas exigentes.
A versão 8.0 vai herdar e expandir todas estas características, ao utilizar a sinalização PAM4 com FEC e codificação Flit Mode, para além de incluir melhorias no protocolo. Com o rascunho 0.5 agora nas mãos dos engenheiros, a corrida para o futuro da transferência de dados a 1 TB/s já começou.
