Entwicklung der PCIe-Standards PCIe 3.0 bleibt die Mainstream-Wahl im Verbrauchermarkt, während 5.0 an Dynamik gewinnt

SSD PCIe-Standards

Einführung:

Die Kernleistung des PCIe-Busses liegt in seiner Übertragungsrate und Bandbreite. Um den wachsenden Anforderungen an die I/O-Bandbreite gerecht zu werden, wurde der PCIe-Busstandard fünf Generationen lang aktualisiert. PCIe hält mit den Fortschritten in der Datenübertragungstechnologie Schritt und entwickelt sich alle drei Jahre etwa um eine Generation weiter. In diesem Artikel werden wir die historische Entwicklung des PCIe-Standards untersuchen und die Dominanz von PCIe 3.0 auf dem Verbrauchermarkt sowie die beschleunigte Einführung von PCIe 5.0 diskutieren.

Entwicklung der PCIe-Standards:

1. PCIe 1.0: PCIe 1.0 wurde 2003 von PCI-SIG eingeführt und arbeitet mit einer Kanalfrequenz von 2,5 GHz und bietet eine Datenübertragungsrate von 250 MB/s.

2. PCIe 2.0: PCIe 2.0 wurde im Januar 2007 veröffentlicht und verdoppelte die Kanalfrequenz auf 5 GHz im Vergleich zum Vorgänger, was zu einer verdoppelten Übertragungskapazität von 500 MB/s führte.

3. PCIe 3.0: Die Spezifikation für PCIe 3.0 wurde im Jahr 2010 veröffentlicht. Aufgrund der damaligen technologischen Einschränkungen betrug die Effizienzsteigerung der dritten Generation jedoch nur etwa 60 %.

4. PCIe 4.0: Nach einer siebenjährigen Pause von der dritten Generation wurde die PCIe 4.0-Spezifikation offiziell eingeführt und bietet eine Datenübertragungsrate von 2 GB/s.

5. PCIe 5.0: Aufgrund der verzögerten Veröffentlichung der Spezifikation der vierten Generation wurde PCIe 5.0 nur zwei Jahre später eingeführt. Im Januar 2022 wurde auch die Spezifikation der sechsten Generation offiziell vorgestellt.

Der Wettbewerb mehrerer PCIe-Generationen:

PCIe 3.0 hält derzeit den größten Marktanteil als dominierende Wahl, wobei PCIe 3.0-SSDs laut Forward Insights im Jahr 2021 schätzungsweise 81 % des Marktes ausmachen werden. Kurzfristig benötigt die Mehrheit der Benutzer im Verbrauchermarkt keine häufigen Lese-/Schreibvorgänge für große Dateien. Daher wird das kostengünstige und ausgereifte PCIe 3.0 weiterhin die Allzweck-PCs und Peripheriegeräte dominieren. Forward Insights prognostiziert jedoch, dass PCIe 4.0 im Jahr 2021 19 % aller PCIe-SSDs in Rechenzentren ausmachen und bis 2025 auf 77 % ansteigen wird. Im gleichen Zeitraum wird der Marktanteil von PCIe 3.0-SSDs voraussichtlich auf 11 % sinken 2025. PCIe 5.0 ist gerade im Rechenzentrumssektor angekommen und konzentriert sich auf den Unternehmensservermarkt, um den hohen Durchsatzanforderungen von Hochleistungsgeräten gerecht zu werden, insbesondere im Cloud Computing und Edge Computing. Branchenexperten gehen davon aus, dass PCIe 5.0 bis 2023 70–80 % des Marktanteils erobern wird.

PCIe 3.0: Die Mainstream-Wahl im Verbrauchermarkt

PCIe 3.0 wurde 2010 eingeführt und hatte mit sieben Jahren den längsten Lebenszyklus der gesamten Serie. Seit seiner Einführung erfreut sich PCIe 3.0 bei PCs und Servern immer größerer Beliebtheit und hat sich zum ausgereiftesten Schnittstellenprotokoll auf dem Markt entwickelt. Während höhere Busstandards Leistungssprünge mit sich bringen, bedeuten sie auch höhere Kosten, Kompatibilitätsprobleme und die Notwendigkeit moderner Hardware. Daher bleibt PCIe 3.0 aufgrund seiner zufriedenstellenden Leistung für allgemeine Computeranforderungen die Mainstream-Wahl für die meisten Verbraucher.

PCIe 4.0: Übergang vom Rechenzentrum zum Verbrauchermarkt

PCIe 4.0 wurde 2017 veröffentlicht und fand aufgrund seiner verbesserten Geschwindigkeits- und Bandbreitenfunktionen zunächst seinen Platz in Rechenzentren und Unternehmensumgebungen. Mit der zunehmenden Einführung der PCIe 4.0-Unterstützung durch große Hardwarehersteller wie Intel und AMD hat sie jedoch begonnen, ihren Weg in den Verbrauchermarkt zu finden. PCIe 4.0 bietet doppelt so viel Bandbreite wie sein Vorgänger und ermöglicht so schnellere Datenübertragungsraten und verbesserte Leistung für High-End-Anwendungen wie Spiele, Inhaltserstellung und datenintensive Aufgaben. Da immer mehr PCIe 4.0-kompatible Komponenten verfügbar werden, werden Verbraucher mehr Möglichkeiten haben, seine Fähigkeiten zu nutzen und von der höheren Geschwindigkeit zu profitieren.

PCIe 5.0: Den Anforderungen des Hochleistungsrechnens gerecht

PCIe 5.0 wurde 2019 veröffentlicht und stellt die neueste Weiterentwicklung des PCIe-Standards dar. Mit einer Datenübertragungsrate von 4 GB/s bietet PCIe 5.0 die doppelte Bandbreite als PCIe 4.0. Der Hauptfokus von PCIe 5.0 liegt auf der Erfüllung der Anforderungen des Hochleistungsrechnens, insbesondere in Rechenzentren, Cloud Computing und Edge-Computing-Umgebungen. Sein erhöhter Durchsatz unterstützt den wachsenden Bedarf an schnellerer Datenverarbeitung und ermöglicht eine effizientere und schnellere Kommunikation zwischen Komponenten. Während PCIe 5.0 im Verbrauchermarkt noch nicht weit verbreitet ist, wird erwartet, dass es in den kommenden Jahren an Dynamik gewinnt, da immer mehr Hardwarehersteller PCIe 5.0-Unterstützung in ihre Produkte integrieren.

PCIe 6.0: Fortschritte zur Erreichung seiner Hochgeschwindigkeits-Datenübertragungsfähigkeiten.

Eine wesentliche Änderung ist der Übergang von der in früheren PCIe-Versionen verwendeten Non-Return-to-Zero-Signalisierung (NRZ) zur Pulsamplitudenmodulation mit 4-Stufen-Codierung (PAM-4). Die PAM-4-Kodierung ermöglicht höhere Datenraten durch die Übertragung von vier verschiedenen Spannungspegeln pro Symbol, wodurch sich die Datenkapazität pro Zeiteinheit im Vergleich zu NRZ effektiv verdoppelt.

Darüber hinaus verfügt PCIe 6.0 über Forward Error Correction (FEC), um die Signalintegrität zu verbessern und Fehler während der Übertragung zu reduzieren. FEC fügt dem Datenstrom redundante Informationen hinzu, sodass der Empfänger Übertragungsfehler erkennen und korrigieren kann, was zu zuverlässigeren Datenübertragungen führt.

Die Einführung von PCIe 6.0 wird voraussichtlich schrittweise erfolgen und zunächst in Rechenzentren, Cloud-Computing-Umgebungen und anderen Hochleistungs-Computing-Anwendungen beginnen. Wenn die Technologie ausgereifter und kosteneffizienter wird, wird sie schließlich auch auf Verbrauchergeräte durchsickern und eine noch schnellere und effizientere Datenübertragung für anspruchsvolle Aufgaben ermöglichen.

Der allgemeine Markttrend geht dahin, dass sich das Verbraucherprodukt XG7000 Pro von KingSpec außergewöhnlich gut verkauft, während Yansen Industrial SSD die technologischen Fortschritte aufmerksam verfolgt. Im vierten Quartal 2022 stellte Yansen eine PCIe 4.0-Lösung vor und wird voraussichtlich im zweiten Quartal 2023 eine industrietaugliche PCIe 5.0-Lösung entwickeln, um den Marktanforderungen gerecht zu werden. Gleichzeitig ist die Entwicklung einer PCIe 6.0-Lösung auch in den langfristigen Plänen des Unternehmens enthalten.