これだけは知っておきたい 最新テクノロジーキーワード 第1回

「PCI Express 3.0」Ivy Bridgeとともに花開く新世代I/F

伝送路速度アップと効率化で2倍の性能に

　ではPCI Express 3.0は、いかにして物理層の転送速度を上げずに実効転送速度を上げたのか？　それは「シリアル転送のブロック」を大きくすることで実現している。Gen2までのPCI Expressでは、8bitのデータを10bitのデータに変換する「8b/10b変換」でやり取りしていた。シリアル転送は本来、データとともに基準となるクロックが必要となるが、8b/10b変換をすることで転送効率が80％になる代わりに、クロックとデータをまとめて送れるようになる。

　それに対して3.0では、128bitのデータを130bitに変換する128b/130b変換でやり取りする(図1)。つまりGen2までの方法だと128bit(16オクテット)のデータをやり取りするためには、物理層に160bitのデータを送る必要があった。それが3.0では130bitと、必要なビット数を減らすことによって、トータルで約2倍にしたというわけだ。

図1 PCI Expressの世代による転送速度の向上

　例えがイマイチかもしれないが、「走行速度を2倍にするのは難しいので、小型トラックから大型トラックに代えて運搬効率アップ」を実現したのがPCI Express 3.0、と思うといいだろう。

　なお、ここまでGT/秒という単位を使ったが、これは物理層の周波数とデータ転送速度が8b/10b変換や128b/130b変換のために違うので、GHz単位の周波数とは一致しないからだ。Gen1では2.5GHz、Gen2では5GHz、3.0では8GHzの基準周波数が使われている。

メインメモリー以外のインターフェースは
シリアル化が完了しているが……

　さて、現代のパソコンのインターフェースは、ほとんどがパラレル方式からシリアル方式に代わっている。これは標準化と高速化のためと言ってもよいだろう。パソコンで最初にシリアル化されたメジャーなインターフェースと言えば、「USB」(1996年に仕様発行)だろう。こちらは「複数の外部インターフェースを共通化したい」という発想から生まれたが、高速化によって外部ストレージ用としても使われている。

　ディスプレーインターフェースに関しては、「DVI」や「HDMI」、「DisplayPort」などが使われているし、内部ストレージもシリアル転送の「SATA」や「SAS」が使われている。今回取り上げたPCI Expressも、その前にはパラレル転送の「PCI」バスだった。

　パラレル転送でも高速化は不可能ではないが、ひとつ問題がある。複数ビットのデータを同時に到着させなければならないので、高速化すると配線長が問題になるのだ。例えば、手持ちのマザーボードを見てほしい。メモリーコネクターの周りを見ると、妙にウネウネとしたパターンが這い回っていることに気づくだろう。これは配線長をそろえるために設けられている。

筆者手持ちのマザーボードの拡大写真。ややホコリっぽいのは恐縮だが、PCI Express周りの配線は素直なのがわかる

対して、今もパラレル転送のDDRメモリースロット周辺はウネウネとした一見ムダなパターンになっている。これはすべてのビットが同時に届くように、配線長を調整しているため

　パソコン用のメインメモリーとしてシリアルバスを採用した「RDRAM」もあったが、こちらの記事にあるとおり、結果的には失敗してしまった。しかし低容量のメモリーでも転送能力が高いシリアル転送メモリーは、主にゲームコンソールで使われており、現在もプレイステーション3で「XDR DRAM」が使われている。

■関連サイト

• PCI Express Base 3.0 Specification(英語サイト)