Старт эпохи PCIe 6.0: для чего нужны SSD со скоростью до 30 ГБ/с и кто их выпустит

Спецификация PCIe 6.0 была официально утверждена еще в начале 2022 года, однако первые серийные накопители на базе нового стандарта добрались до релиза только сейчас. Речь пока идет исключительно о корпоративных решениях, чья скорость передачи данных уже приближается к отметке 30 ГБ/с. В потребительском сегменте подобные устройства появятся нескоро: индустрия персональных компьютеров все еще осваивает потенциал PCIe 5.0.

Почему внедрение стандарта растянулось на несколько лет? Причина заключается не только в технической сложности реализации. До недавнего времени рынок попросту не испытывал потребности в накопителях с такой колоссальной пропускной способностью. Ситуацию переломил стремительный взлет генеративного ИИ: в серверах с десятками графических процессоров именно подсистема хранения данных стала превращаться в узкое горлышко. По этой причине интерфейс PCIe 6.0 дебютирует именно в инфраструктуре дата-центров, а не в клиентских ПК. Ниже разберем архитектурные особенности стандарта, ключевые сценарии его применения и перспективы масштабирования.

Что индустрия предлагает уже сегодня

Первопроходцем на корпоративном рынке стал накопитель Micron 9650, использующий четыре линии PCIe 6.0. Скоростные характеристики впечатляют: до 28 ГБ/с на чтение и до 14 ГБ/с на запись при производительности произвольного доступа до 5,5 млн IOPS. Micron выпускает модель в форм-факторах E1.S и E3.S емкостью до 30 ТБ, причем версия E1.S доступна и в конфигурации с жидкостным охлаждением. В основе 9650 лежат проприетарный контроллер Micron и флеш-память TLC девятого поколения. Такая связка ориентирована на центры обработки данных с высокой концентрацией ИИ-ускорителей и высокими требованиями к подсистеме хранения.

Вскоре свой ответ подготовила и южнокорейская корпорация: в июле состоялся анонс Samsung^® PM1763^®. Здесь заявленные показатели еще выше: чтение до 28 400 МБ/с и запись до 21 900 МБ/с при случайном чтении на уровне 6,8 млн IOPS. Первые партии представлены в объемах 4, 8 и 16 ТБ, а в перспективе линейка пополнится версиями до 61 ТБ. Накопитель оптимизирован для работы в плотных вычислительных стойках с СЖО. Как заявляет Samsung, подобная скорость позволяет передать языковую модель размером 40 ГБ всего за 1,4 секунды. Внутри установлены фирменный 4-нм контроллер и 3D-память V-NAND 9-го поколения.

Свою линейку PCIe 6.0 представила и компания Kioxia. Серия CM10 построена на 332-слойной памяти BiCS FLASH десятого поколения и предлагает емкости от 1,6 до 61,44 ТБ. По данным разработчиков, последовательное чтение выросло на 92% относительно решений прошлого поколения. Образцы устройств уже проходят валидацию у ключевых клиентов. Линейка нацелена на ЦОД, включает версии с ресурсом перезаписи 1 и 3 DWPD и опционально поддерживает прямое жидкостное охлаждение. В числе механизмов безопасности реализована аппаратная поддержка постквантовой криптографии.

Ключевые инженерные вызовы

Главная сложность при создании устройств стандарта PCIe 6.0 — двукратный прирост скорости передачи данных на линию. Чтобы этого добиться, инженеры перешли со схемы кодирования NRZ на PAM4. Это привело к резкому ужесточению требований к чистоте сигнала и топологии печатных плат. На сверхвысоких частотах сигнал сильнее затухает и искажается, поэтому разработчикам пришлось внедрять сложные механизмы коррекции ошибок (FEC), усложнять схемотехнику и с ювелирной точностью проектировать разводку дорожек. Доведение этих решений до стабильного уровня в серверных шасси заняло несколько лет.

Однако ускорения самого интерфейса PCIe было недостаточно. Чтобы накопитель выдавал около 30 ГБ/с, контроллер должен с аналогичной скоростью считывать и записывать данные в массив памяти. Разработчикам пришлось форсировать интерфейсы взаимодействия с NAND — в свежих чипах скорость передачи достигает 3600 МТ/с — и существенно наращивать вычислительную мощность контроллеров. Возросшая нагрузка потребовала переработки схем питания и более эффективного охлаждения. В итоге переход на PCIe 6.0 потребовал масштабной модернизации всей компонентной базы SSD.

Кроме того, требовалось дождаться серверных платформ, способных раскрыть потенциал нового интерфейса. Хотя сам стандарт PCIe 6.0 утвердили несколько лет назад, поддерживающие его процессоры и чипсеты появились со значительным опозданием. До их выхода запускать массовое производство дорогих накопителей нового поколения не имело коммерческого смысла. По этой причине поставки SSD начались синхронно с выходом совместимых серверных систем.

Бесплатное S3-хранилище на 30 дней

Для всех, кто ранее не использовал услугу в Selectel.

Оставить заявку →

Где востребована подобная пропускная способность

Для обычного ПК скорости порядка 28 ГБ/с на сегодняшний день избыточны. Совершенно иначе ситуация выглядит в вычислительных кластерах с десятками ускорителей, где необходимо непрерывно перемещать огромные массивы информации. При работе с большими языковыми моделями критически важна быстрая подгрузка весов, промежуточных состояний и KV-кэша — данных, которые модель сохраняет при обработке запроса для исключения повторных вычислений.

По мере роста контекстного окна до сотен тысяч токенов объем KV-кэша перестает помещаться в дорогостоящей набортной памяти HBM. Его приходится сбрасывать на более емкие внешние накопители. Если дисковая подсистема не справляется с потоком, вычислительные процессоры простаивают. Шина PCIe 6.0 как раз закрывает эту задержку: высокая линейная скорость позволяет бесперебойно снабжать данными параллельно работающие ускорители. Именно поэтому Micron, Samsung и Kioxia напрямую позиционируют свои новинки для задач AI-инференса и платформ вроде NVIDIA^® CMX™.

В процессе обучения моделей быстрые накопители решают другую ключевую задачу — регулярное сохранение чекпоинтов, отражающих текущее состояние нейросети. В крупных проектах объемы таких дампов колоссальны. Чем быстрее накопитель завершит запись контрольной точки, тем скорее сервер вернется к вычислениям, что напрямую сокращает совокупное время и стоимость обучения.

Стандарт PCIe 6.0 необходим и в суперкомпьютерных вычислениях (HPC), оперирующих терабайтами данных при физическом моделировании, климатических расчетах и анализе генетических последовательностей. Быстрый обмен данными напрямую определяет общее время решения задачи. Поскольку подобные нагрузки сосредоточены в дата-центрах, именно там PCIe 6.0 распространяется в первую очередь.

Для серверной инфраструктуры важна не только предельная скорость, но и энергоэффективность. Когда в стойках размещены тысячи накопителей, каждые несколько дополнительных ватт на устройство существенно увеличивают затраты на электроснабжение и охлаждение. По этой причине разработчики уделяют особое внимание оптимизации энергопотребления контроллеров. К примеру, Phison заявляет для своей платформы PCIe 6.0 эффективность до 4 ГБ/с на каждый затраченный ватт.

Еще одна важная деталь — соответствие современным спецификациям NVMe и требованиям консорциума OCP к серверным SSD. Среди поддерживаемых технологий выделяется Flexible Data Placement (FDP) — механизм гибкого размещения данных в блоках памяти силами хост-системы. Это снижает коэффициент усиления записи (WA) и замедляет износ ячеек памяти при интенсивных круглосуточных нагрузках.

Перспективы и независимые разработчики

Над собственными платформами активно работают независимые производители контроллеров. В их числе компания Phison с чипом Phison X3™, поддерживающим PCIe 6.0 x4 и протокол NVMe 2.3. Контроллер обеспечивает скорости до 28 ГБ/с, быстродействие до 6,8 млн IOPS и теоретически поддерживает накопители емкостью до 2 ПБ. Поставка первых тестовых чипов запланирована на декабрь 2026 года, а серийный выпуск стартует в середине 2027-го. X3™ ориентирован на форматы E1.S и E3.S с пиковым энергопотреблением в пределах 7 Вт.

Конкурирующие решения готовят и другие чипмейкеры. Silicon Motion проектирует серверный контроллер SM8466™ с расчетной скоростью до 28 ГБ/с и до 7 млн IOPS. Параллельно компания ведет разработку чипа Neptune, предназначенного уже для потребительских SSD, хотя до его массовой интеграции в клиентские устройства пройдет еще несколько лет.

В разработку включилась и Marvell: контроллер Bravera™ SC6 для корпоративных SSD удваивает пропускную способность по сравнению с предыдущей итерацией. Первые образцы микросхем будут отправлены вендорам накопителей в четвертом квартале 2026 года.

В ближайшие годы рынок SSD стандарта PCIe 6.0 будет стремительно расширяться. В данный момент ключевое преимущество удерживают вертикально интегрированные компании — Micron, Samsung и Kioxia, самостоятельно производящие и флеш-память, и контроллеры. Прочие бренды выйдут на рынок по мере готовности платформ от независимых разработчиков, таких как Phison, Silicon Motion и Marvell. Однако на начальном этапе стандарт останется прерогативой дата-центров, а в потребительском сегменте PCIe 6.0 закрепится со значительным опозданием.

 

Источник