PCIe over Optics: PCIe 6.0 utilizza il collegamento ottico per massimizzare le prestazioni

Le interconnessioni capaci di fornire un’ampia larghezza di banda risulteranno sempre più importanti nel prossimo futuro. I carichi di lavoro legati all’intelligenza artificiale e al machine learning, in particolare, hanno elevato significativamente i requisiti minimi per gestire volumi di dati importanti. PCIe 6.0 è la sesta generazione dell’interfaccia PCI Express, ampiamente utilizzata per collegare componenti come CPU, GPU e acceleratori. Le nuove schede madri e le soluzioni hardware stanno iniziando da qualche tempo a supportare PCIe 5.0 in ambito mainstream mentre le specifiche PCIe 6.0, approvate a gennaio 2022, sono ancora lontane da un utilizzo di massa.

Tuttavia, proprio per sostenere le moderne applicazioni, due aziende hanno annunciato la prima dimostrazione della tecnologia PCI Express 6.0 su connessione ottica. Si tratta di Nubis Communications, fornitore di interconnessioni ottiche ad alta densità e a bassa latenza, e di Alphawave Semi, leader globale nello sviluppo di tecnologie di comunicazione ad alta velocità. La nuova frontiera, che sta destando grandissimo interesse, si chiama PCIe over Optics.

PCIe over Optics: primo collegamento ottico PCIe 6.0 a 64 GT/s su singola corsia

Nubis e Alphawave hanno annunciato di essere in grado di muovere 64 GT/s per singola corsia su un collegamento ottico PCIe 6.0. L’utilizzo della fibra ottica anziché dei cavi in rame consente di estendere la distanza tra i componenti.

I fornitori di servizi in ambito data center stanno infatti esplorando l’utilizzo di PCIe su collegamenti ottici per espandere notevolmente la portata e la flessibilità dell’interconnessione per memoria, CPU, GPU e acceleratori personalizzati. L’obiettivo è quello di creare cluster più scalabili ed efficienti dal punto di vista energetico per le architetture di IA/ML.

Le due società si servono di un sottosistema PCIe realizzato da Alphawave Semi con controller PiCORE IP e PHY PipeCORE, che “guida” e riceve il traffico PCIe 6.0 attraverso un motore ottico lineare Nubis XT1600. Questo motore ottico supporta fino a 16 corsie di connettività ottica PCIe Gen 6.0 ad alta densità o Ethernet a 100 Gbps per corsia, senza l’uso di retimers (dispositivi che ripristinano il segnale).

Il motore ottico lineare (linear optical engine, in inglese) è un componente ottico progettato per trasmettere segnali ottici in modo lineare, senza applicare processi di modulazione o conversione del segnale in altri formati. Questa caratteristica è essenziale per le applicazioni informatiche e di intelligenza artificiale, in cui la precisione e l’integrità del segnale sono fondamentali.

Cosa significa 64 GT/s

Il riferimento a 64 GT/s, sta a significare che la velocità di trasferimento dati su ogni singola corsia del collegamento PCIe 6.0 è pari a 64 gigatransfers al secondo.

Si tratta di un’unità di misura piuttosto comune nei sistemi di comunicazione. La scelta di utilizzare “GT/s” anziché “Gbps” (gigabit al secondo) è legata alla natura del protocollo di comunicazione PCIe (Peripheral Component Interconnect Express) e alla sua architettura di trasmissione dati.

In PCIe, il termine “GT/s” è comunemente utilizzato per indicare la velocità di trasferimento in quanto si riferisce ai trasferimenti di simboli o di informazioni di stato, non direttamente alla quantità di dati effettivamente trasferiti. Un simbolo in PCIe può rappresentare più di un bit di dati, a causa ad esempio dell’uso di tecniche di codifica. Pertanto, l’unità di misura “GT/s” è spesso considerata più accurata e pertinente.

Poiché un simbolo in PCIe 6.0 può rappresentare 2 bit di dati (grazie alla tecnica di codifica PAM4, Pulse Amplitude Modulation 4), il tasso di trasferimento effettivo sarà di 128 Gbps per ciascuna corsia. Nelle configurazioni a 16 linee (x16) di PCIe 6.0 si parla di 2.048 Gbps ovvero 256 GB/s bidirezionali.