PCI Express 8.0: velocità fino a 1 TB/s e nuove sfide per l’hardware ad alte prestazioni

PCI Express (PCIe), acronimo di Peripheral Component Interconnect Express, è diventato lo standard di interconnessione ad alta velocità prevalente dal livello di scheda madre fino ai data center, sostituendo tecnologie legacy come PCI, PCI‑X e AGP. PCIe offre un’architettura seriale punto‑punto, in grado di fornire latenza ridotta, banda elevazione e un’economia di scala grazie alla continua innovazione guidata dal consorzio PCI‑SIG.

Che cosa si collega tramite PCIe?

Le connessioni PCIe collegano una vasta gamma di periferiche interne: schede grafiche nei formati x16, fondamentali per gaming, rendering e AI; adattatori di rete sia cablati che wireless, schede audio dedicate, controller RAID e schede di acquisizione video; unità di storage NVMe. A tale proposito, SSD installati su schede M.2, U.2 o slot PCIe dedicati, sfruttano direttamente corsie PCIe per offrire latenza bassissima e throughput elevato.

Da PCIe 3.0 a 4.0 e 5.0 sono cresciuti i tassi di trasferimento fino a oltre 32 GT/s per corsia, raggiungendo nel complesso decine di GB/s su slot x4 o x16. L’interfaccia M.2 NVMe ha inoltre permesso la diffusione di SSD compatti con accesso diretto PCIe, bypassando i limiti di SATA III (6 Gbps).

In ambito enterprise, formati come U.2 e U.3 consentono SSD hot‑swappable collegati fino a quattro corsie PCIe, con supporto a NVMe, SATA o SAS su un unico connettore.

Lo sviluppo di SD Express/microSD Express ha esteso PCIe e NVMe anche alle schede di memoria, portando throughput vicini a 985 MB/s sui formati rimovibili.

Oggi PCIe funge da ospite versatile per interfacce avanzate come CXL (Compute Express Link), abilitando scenari in cui gli SSD possono essere trattati come memoria con prestazioni simili a DRAM e scaling flessibile in ambienti cloud e HPC.

PCI Express 8.0: la nuova frontiera per le interconnessioni ad altissima velocità

Ad agosto 2025, il consorzio PCI-SIG ha ufficialmente annunciato l’avvio dello sviluppo della specifica PCI Express 8.0 (PCIe Gen8), un’evoluzione che promette di raddoppiare la velocità di trasferimento dati fino a 256 GT/s per corsia. Si tratta di un passo epocale che, su una configurazione x16, potrà garantire fino a 1 TB/s di banda bidirezionale.

Oltre all’aumento del throughput, PCIe 8.0 introdurrà ottimizzazioni di protocollo per sfruttare meglio la banda reale disponibile e ridurre i consumi energetici, mantenendo al contempo la compatibilità retroattiva con le generazioni precedenti.

Cosa sono i GT/s (GigaTransfer al secondo)?

Quando si parla di PCI Express e si leggono valori come 32 GT/s, 128 GT/s o, per la futura PCIe 8.0, 256 GT/s. L’unità di misura GT/s significa GigaTransfer al secondo e non esprime direttamente i gigabit o gigabyte trasferiti, ma il numero di operazioni di trasferimento di simboli effettuate da una singola corsia del bus ogni secondo.

Un “transfer” corrisponde al passaggio di un simbolo attraverso il canale di comunicazione; a seconda dello schema di codifica (es. NRZ o PAM4), un simbolo può rappresentare 1 bit o più bit di informazione.

PCI‑SIG preferisce i GT/s perché è una misura “fisica” del clock di trasferimento dei simboli, indipendente dallo schema di codifica e dall’overhead di protocollo.

La banda effettiva in GB/s dipende poi, come accennato, dalla codifica, dall’overhead del protocollo, dall’efficienza del segnale e dalla qualità della linea.

Architettura e tecnologie di base

Come per PCIe 6.0 e 7.0, anche PCIe 8.0 farà uso di:

• Segnalazione PAM4 (Pulse Amplitude Modulation a 4 livelli), che consente di trasmettere più bit per simbolo, incrementando la velocità senza raddoppiare la frequenza di clock.
• Forward Error Correction (FEC), fondamentale per mantenere l’integrità dei dati a velocità così elevate.
• Flit Mode Encoding, un approccio all’incapsulamento dei pacchetti dati che migliora l’efficienza della trasmissione.

Tuttavia, portare il segnale a 256 GT/s per corsia su interconnessioni in rame rappresenta una sfida ingegneristica senza precedenti: a oggi, nessuno standard di interconnessione in rame per distanze pari a decine di centimetri riesce a raggiungere queste velocità senza un degrado significativo del segnale.

Implicazioni per i settori ad alte prestazioni

Allo stato attuale, i destinatari primari di PCIe 8.0 non sono certamente gli utenti privati, bensì i segmenti ad altissimo fabbisogno di banda.

Si pensi ai server AI e machine learning: acceleratori GPU e ASIC richiederanno canali a bassissima latenza e throughput massimo per gestire training e inferenza su modelli sempre più grandi.

Allo stesso tempo, però, PCIe 8.0 si rivolge all’HPC (High Performance Computing): calcoli scientifici, simulazioni e modellazioni 3D potranno beneficiare di un accesso ai dati significativamente più veloce. Coinvolti, evidentemente, data center e hyperscaler nonché i settori automotive, aerospaziale e militare.

Per i PC client e il settore consumer, la diffusione di PCIe 8.0 potrebbe avvenire non prima del 2030, seguendo lo stesso trend osservato per le precedenti generazioni, che arrivano sul mercato “mainstream” solo dopo la maturazione in ambito enterprise.

Conclusioni

Con PCIe 8.0, PCI-SIG intende proseguire la tradizione di raddoppio della banda ogni tre anni, rispondendo alle richieste sempre crescenti di throughput nei settori più esigenti.

A differenza delle generazioni passate, tuttavia, la sfida non sarà solo incrementare la velocità, bensì ridefinire l’infrastruttura fisica che consente a questi segnali di viaggiare, aprendo la strada a un’adozione progressiva di soluzioni ibride rame-ottico.

Vero è che il mantenimento della compatibilità retroattiva implica la volontà di PCI-SIG di proseguire, almeno inizialmente, con interconnessioni in rame. Ma alle frequenze raggiunte con PCIe 8.0 si presentano problemi critici sul piano dell’integrità del segnale, delle distanze percorribili, dei materiali e componenti.

PCI-SIG ha già pubblicato specifiche “optical-aware” destinate a PCIe 6.x e 7.0, che saranno con ogni probabilità estese anche a PCIe 8.0.

Il percorso sarà lungo e complesso, ma il potenziale è chiaro: disporre di 1 TB/s su x16 di fatto abilita la prossima era del calcolo ad alte prestazioni.

Credit: Le immagini nell’articolo sono di PCI-SIG.