Спецификацию PCIe 6.0 утвердили еще в начале 2022 года, но первые серийные SSD с новым интерфейсом появились только в этом году. Пока речь идет исключительно о серверных моделях, а их скорости уже вплотную приблизились к 30 ГБ/с. Для обычных компьютеров такие накопители пока остаются делом будущего: потребительский рынок все еще ограничен PCIe 5.0.

Почему на вывод нового стандарта на рынок ушло четыре года? Дело не только и не столько в сложности технологии. До недавнего времени рынку попросту не особенно нужны были SSD с такой пропускной способностью. Ситуацию изменил бум ИИ: в серверах с десятками ускорителей скорость хранилища сама начала становиться узким местом. Поэтому PCIe 6.0 сейчас приходит прежде всего в дата-центры, а не в домашние ПК. Но давайте разбираться, что это за стандарт, зачем он нужен и когда станет распространенным.

Что уже есть на рынке прямо сейчас

Первым к покупателю (правда, корпоративному) добрался Micron 9650. Серверный SSD получил четыре линии PCIe 6.0. Характеристики хороши — до 28 ГБ/с при чтении и до 14 ГБ/с при записи. Производительность на случайных операциях достигает 5,5 млн IOPS. Micron выпускает накопитель в форматах E1.S и E3.S с емкостью до 30 ТБ. К слову, есть даже версия E1.S с жидкостным охлаждением. В основе 9650 лежат собственный контроллер Micron и TLC-память девятого поколения. Такая конфигурация рассчитана прежде всего на дата-центры с большим количеством ускорителей и высокой нагрузкой на систему хранения.

Но это не все. Совсем недавно, в июле, появился новичок — Samsung^® PM1763^®. Здесь заявленные показатели еще чуть выше: почти 28 400 МБ/с на чтении и 21 900 МБ/с на записи. Случайное чтение — до 6,8 млн IOPS. Первые партии идут в объемах 4, 8 и 16 ТБ, хотя в планах уже значатся варианты до 61 ТБ. Накопитель тоже ориентирован на жидкостное охлаждение и оптимизирован под работу в плотных AI-серверах. Samsung подчеркивает, что такой темп позволяет перекинуть языковую модель на 40 ГБ примерно за 1,4 секунды. Внутри стоит 4-нм контроллер собственной разработки и девятое поколение V-NAND.

Но есть и другие производители. Так, собственную серию PCIe 6.0 представила Kioxia. Накопители CM10 получили 332-слойную память BiCS FLASH десятого поколения, а их емкость составляет от 1,6 до 61,44 ТБ. По данным компании, скорость последовательного чтения выросла на 92% по сравнению с предыдущим поколением. Первые образцы уже тестируются счастливыми клиентами. Как и прочие представители стандарта, серия рассчитана на дата-центры и включает модели с ресурсом записи 1 и 3 DWPD. Для некоторых версий предусмотрено жидкостное охлаждение, как и у конкурентов. Среди средств защиты данных заявлена и поддержка постквантовой криптографии.

Главные проблемы технологии

Главная сложность PCIe 6.0 — удвоенная скорость передачи данных. Чтобы ее получить, разработчики перешли с привычного NRZ на PAM4. Вместе с этим заметно выросли требования к качеству сигнала и самим платам. На таких скоростях сигнал сильнее искажается, поэтому разработчикам пришлось усложнять схемы его передачи и восстановления, а также гораздо внимательнее подходить к разводке платы. Все это нужно было заставить стабильно работать в реальном сервере, поэтому от утверждения стандарта до готового оборудования и прошло несколько лет.

Одного быстрого интерфейса PCIe было мало. Чтобы SSD действительно мог выдавать около 30 ГБ/с, контроллер должен с такой же скоростью получать и обрабатывать данные от флеш-памяти. Поэтому производителям пришлось одновременно ускорять обмен с NAND — в новых решениях его скорость достигает 3600 МТ/с — и повышать производительность самих контроллеров. Рост мощности потянул за собой и другие изменения: накопителям потребовались более эффективные питание и охлаждение. В итоге переход на PCIe 6.0 затронул практически всю начинку SSD, а не только интерфейс подключения.

Оставалось дождаться серверов, в которых такие накопители вообще можно использовать на полной скорости. Как говорилось ранее, спецификация PCIe 6.0 появилась четыре года назад, однако процессоры и серверные платформы с ее поддержкой вышли значительно позже. До этого выпускать дорогие SSD нового поколения большими партиями просто не имело смысла. Поэтому накопители PCIe 6.0 начали выходить на рынок только вслед за подходящими серверными платформами.

Бесплатное S3-хранилище на 30 дней

Для всех, кто ранее не использовал услугу в Selectel.

Оставить заявку →

Где такая пропускная способность действительно нужна

Домашнему компьютеру скорость в 28 ГБ/с пока практически ни к чему. Совсем другая ситуация в серверах с десятками ускорителей, где за короткое время приходится загружать и перемещать огромные объемы данных. Если говорить о больших языковых моделях, то речь идет прежде всего об их весах, промежуточных сохранениях и KV-кэше — данные, которые модель сохраняет в процессе обработки запроса, чтобы каждый раз не выполнять одни и те же вычисления заново.

Когда контекстное окно разрастается до сотен тысяч токенов, этот кэш перестает помещаться в HBM ускорителя. Его приходится выгружать на более емкий и дешевый носитель. Если носитель медленный, ускоритель простаивает, ожидая данные. PCIe 6.0 как раз закрывает этот разрыв: последовательный поток позволяет подпитывать несколько GPU без ощутимых пауз. Именно поэтому Micron, Samsung и Kioxia прямо говорят об AI-инференсе и системах вроде NVIDIA^® CMX™.

При обучении моделей накопители решают еще одну важную задачу — сохраняют чекпоинты, то есть текущее состояние модели. В крупных системах объем таких данных может быть огромным, и на их запись требуется время. Чем быстрее SSD справляется с этой задачей, тем скорее сервер может продолжить обучение. Особенно важна скорость при длительном обучении, когда промежуточные результаты приходится сохранять регулярно.

PCIe 6.0 пригодится и за пределами ИИ. Например, такие накопители нужны суперкомпьютерам, которые работают с огромными массивами научных данных — результатами моделирования, климатических расчетов или физических экспериментов. Чем быстрее эти данные загружаются и записываются, тем меньше времени занимает весь расчет. Пока подобные задачи встречаются в основном в дата-центрах и вычислительных центрах, поэтому именно там PCIe 6.0 получит распространение в первую очередь.

Для современных дата-центров важна не только скорость, но и энергопотребление. Когда в серверных стойках установлены тысячи накопителей, даже несколько лишних ватт на каждом заметно увеличивают расходы на электричество и охлаждение. Поэтому энергоэффективности новых контроллеров уделяют не меньше внимания, чем производительности. Например, для своего контроллера PCIe 6.0 компания Phison заявляет до 4 ГБ/с на ватт.

Еще один важный момент. Новые накопители поддерживают современные версии NVMe, а также требования OCP к серверным SSD. Среди полезных функций есть Flexible Data Placement — механизм, который позволяет системе лучше управлять размещением данных во флеш-памяти. Это помогает уменьшить лишние операции записи и замедлить износ накопителя, что особенно важно для серверов с постоянной высокой нагрузкой.

Прогресс не стоит на месте

Свои решения готовят и другие производители, включая независимых разработчиков контроллеров. Один из них — Phison X3™ с поддержкой PCIe 6.0 x4 и NVMe 2.3. Компания заявляет скорость до 28 ГБ/с и производительность до 6,8 млн IOPS, а максимальная емкость SSD на его основе теоретически может достигать 2 ПБ. Первые образцы X3™ партнеры получат в декабре 2026 года, а серийное производство запланировано на середину 2027-го. Контроллер предназначен прежде всего для серверных SSD форматов E1.S и E3.S, а его пиковое энергопотребление составляет около 7 Вт.

Похожие разработки есть и у конкурентов Phison. Silicon Motion готовит серверный контроллер SM8466™, рассчитанный на скорость до 28 ГБ/с и производительность до 7 млн IOPS. Отдельно компания работает над Neptune — контроллером PCIe 6.0 уже для потребительских SSD, хотя до его появления в серийных накопителях придется ждать несколько лет.

Работа ведется и у Marvell: контроллер Bravera™ SC6 предназначен для серверных SSD и, по данным компании, вдвое превосходит предыдущее поколение по пропускной способности. Первые образцы SC6 планируют отправить производителям накопителей в четвертом квартале 2026 года.

В ближайшие годы выбор PCIe 6.0 SSD будет быстро расти. Пока преимущество у Micron, Samsung и Kioxia: они сами разрабатывают контроллеры и выпускают память, поэтому меньше зависят от сторонних поставщиков. Остальным производителям приходится ждать готовых платформ от Phison, Silicon Motion, Marvell и других разработчиков. Когда эти контроллеры пойдут в серию, на рынке появится гораздо больше накопителей разных производителей. Впрочем, на первых порах почти все они останутся серверными — до обычных компьютеров PCIe 6.0 доберется заметно позже.