PCIe 4.0 - Vad är nytt och ska du uppgradera?

AMD säkrade äran att vara det första företaget som tog med PCIe Gen 4 på stationära datorer med sin lansering av X570-chipset i juni 2019 på Computex. PCIe 4.0 lovar att medföra en hel del förbättringar av PCI Express-gränssnittet eftersom det är den största förändringen av PCIe-standarden sedan 2010. I skrivande stund är PCIe Gen 4 fortfarande inte utbredd men det börjar få en omfattande antagande inte bara från processorer och moderkortstillverkare som AMD men också från grafikkortstillverkare som Nvidia och AMDs egen Radeon-division. Men behöver du verkligen PCIe Gen 4? Och i så fall, hur får du det? Innan vi svarar på dessa frågor måste vi dock förstå vad PCIe 4.0 egentligen är.

Vad är PCIe 4.0?

PCIe 4.0 är den senaste utvecklingen av ett allmänt implementerat, höghastighetskommunikationsgränssnitt som kallas PCI eller Peripheral Component Interconnect Express. Enkelt uttryckt är PCIe 4.0 nästa iteration av PCIe-gränssnittet som används för att ansluta tilläggskort som grafikkort och M.2-enheter till moderkortet. PCIes nuvarande generation, PCIe 3.0, har varit en standard på stationära datorer sedan 2010 och PCIe 4.0 ger nu en uppgradering till det. Jämfört med den äldre men ändå ganska snabba PCIe 3.0 ger den nya PCIe 4.0 i princip dubbelt så mycket genomströmning. Det vill säga att PCIe 4.0 ger dubbla bandbredden som PCIe 3.0, kommer in med jättestora 64 GB / s jämfört med knappa 32 GB / s PCIe 3.0 över en x16-länk. Följande diagram från PCI-SIG, kroppen som hanterar PCI-standarden, visar skillnaden i bandbredd mellan de olika PCIe-generationerna.

De två standarderna är dock fortfarande strukturellt lika. Nyckelskillnaden ligger bara i överföringshastigheterna och i vissa fall materialet som används för att uppnå en framgångsrik sändning av signalen med en högre hastighet. När PCIe 3.0 drivs med 8 GT / s (hastigheten på bitarna 0s och 1s) fungerade den nya PCIe 4.0 med 16 GT / s per fil. Detta fördubblar den totala bandbredden från 32 GB / s av PCIe 3.0-standarden till 64 GB / s av PCIe 4.0. Förutom bandbreddsfördelen är det dock väldigt lite som skiljer sig mellan de två generationerna som har någon betydelse för slutanvändaren. PCIe 4.0 har bättre signaltillförlitlighet och integritet för förbättrad prestanda.

Vad är nytt?

Tja, vi har redan diskuterat att det viktigaste som skiljer PCIe 4.0 från PCIe 3.0 är den stora ökningen av bandbredd. Om PCIe 3.0 hade en maximal bandbredd på 32 GB / s fördubblades PCIe 4.0 till 64 GB / s. Vad som är intressant är dock hur PCIe 4.0 lyckas fördubbla bandbredden. Kodningstekniken måste förstås för att bestämma den faktiska mängden data som kan överföras.

PCIe Gen 3.0 och PCIe Gen 4.0 använder en 128b / 130b-kodningsteknik medan de äldre generationerna som PCIe 2.0 använde en 8b / 10b-kodningsteknik. Denna kodningsteknik förvandlar 128-bitarsdata till en 130-bitars kodrad. Detta säkerställer inriktningen av dataströmmen och möjliggör också rimlig klockåterställning. Clock Recovery är processen att extrahera tidsinformation från en dataström. Allt detta innebär att den maximala teoretiska bandbredden i Gbps för varje PCIe Gen 4.0 ser ut så här:

16GT / s x (128b / 130b) = 15,754Gbps

Kodning tillåter oss att beräkna de omkostnader som krävs för att överföra PCIe-dataströmmar och detta hittas enligt följande formel:

([130b-128b] / 130b) x 100 = 1,54%

Fördubblingen i bandbredd möjliggörs sedan genom nya PCIe-kontroller som den på AMD X570 och B550 chipsets. Dielektriska material med låg förlust används också i processen som gör att signaler med högre hastighet kan spridas vidare genom kretskort.

PCIe 4.0 för spel

Men vad betyder dock hela denna beräkning och den teoretiska dubbla bandbredden för spelarna? Kan vi förvänta oss att GPU: s prestanda fördubblas på grund av ökad bandbredd? Du kanske antagligen har gissat nu att det helt enkelt inte är möjligt. Ja, PCIe 4.0 har förbättrat GPU: ns anslutningsbandbredd till moderkortet mycket, men detta kan inte översättas till spelprestanda i verkligheten. PCIe 4.0 GPU: er finns nu, med både AMD RX 5000-serien och 6000-serien samt Nvidia RTX 3000-serien av grafikkort som stöder PCIe Gen 4. Men även om du kopplar ihop de blanka nya PCIe Gen 4-grafikkorten med en PCIe Gen 4 moderkort som X570 och en PCIe Gen 4 CPU som Zen 3-baserade Ryzen 5000-serien från AMD, skulle du fortfarande inte se en märkbar bump i prestanda.

Men varför är det? Tja, den främsta anledningen till att den extra bandbredden inte hjälper till att förbättra prestandan är att även PCIe Gen 3.0-bandbredd inte används fullt ut av grafikkort idag. PCIe Gen 3.0 erbjuder fortfarande mycket bandbredd och även de mest avancerade grafikkorten har inte ens kommit nära att mätta den. Faktum är att många av de högsta korten som Nvidia GeForce RTX 3080 kan köras på nära till sin fulla prestanda även med en PCIe 3.0 x8-länk eller en PCIe 2.0 x16-länk. Att lägga till mer bandbredd till en anslutning som inte redan är mättad hjälper därför inte.

Om vi ​​försöker se in i framtiden kan vi dock se PCIe 4.0s extra bandbredd vara en fördel någon gång i framtiden. Videospels tillgångsstorlek och grafiska komplexitet fortsätter att öka dag för dag så att vi äntligen kan se några fördelar med den extra hastigheten för PCIe-länken om PCIe 3.0-gränssnittet bara inte kan hålla jämna steg. Speciellt med belastningskrävande applikationer som maskininlärning fortsätter att kräva större och större datamängder, kan PCIe 4.0 fortfarande spela en stor roll för att framtidens maskiner inte ska kunna hållas tillbaka av bristen på PCIe-länkbandbredd.

PCIe 4.0 för lagring

Nu kommer vi till huvudorsaken till att PCIe 4.0 faktiskt är en attraktiv uppgradering. PCIe 4.0 möjliggör mycket, mycket snabbare lagringsalternativ. Det finns PCIe Gen 4-enheter där ute som absolut krossar även de snabbaste NVMe PCIe Gen 3-enheterna när det gäller råa siffror, och bara sätter SATA-enheterna i absolut skam. Med PCIe Gen 4 ser vi äntligen enheter som korsar 5 GB / s-numret när det gäller sekventiella läsningar medan PCIe Gen 3 NVMe-enheter tenderar att fylla på cirka 3,5 GB / s. En särskilt snabb enhet, Gigabyte Aorus M.2 PCIe 4.0, slår hela 5 GB / s läser och 4,3 GB / s skriver, vilket är cirka 35-40% högre sekventiell prestanda än till och med den snabbaste M.2 PCIe Gen 3 SSD. Detta beror på att SSD-enheter på denna plattform, till skillnad från grafikkort, faktiskt kan dra nytta av den extra bandbredden.

Situationen blir ännu mer extrem om du lägger till RAID i mixen. Som vi förklarade i vår artikel om RAID-nivåer, RAID 0 fördubblar effektivt hastigheten för de två enheterna som sätts i RAID, samtidigt som enheternas redundans äventyras. Gigabyte använde ett PCIe 4.0-tilläggskort som innehöll fyra 2 TB PCIe M.2 SSD-enheter i RAID 0 och slog en ögonvattnande 15,4 GB / s läser och 15,5 GB / s skriver. Detta är en oöverträffad prestandanivå som, även om den visserligen är mycket dyr, har möjliggjorts uteslutande genom den stora bandbreddsförbättringen av PCIe Gen 4.

Hur får man PCIe 4.0?

Medan PCIe 4.0 låter mäktigt imponerande när man hör siffror som 15 GBps, finns det verkligen en speciell uppsättning krav som måste uppfyllas för att PCIe 4.0 ska vara igång. Det finns i princip tre saker som måste uppfyllas för att få PCIe Gen 4.

• Ett PCIe Gen 4-kompatibelt moderkort
• En PCIe Gen 4-kompatibel processor
• En PCIe Gen 4-kompatibel GPU / SSD

Om vi ​​pratar om moderkortet finns det två chipsets från AMD som för närvarande stöder PCIe Gen 4 i skrivande stund. X570-chipset och B550-chipset är de enda två chipsets i team Red som tillåter PCIe Gen 4-kompatibilitet och till och med mellan dessa två är det bara X570-chipset som möjliggör fullfjädrad PCIe Gen 4-funktionskompatibilitet. De äldre B450-, X470-, B350-, X370-, A320- och A520-chipseten stöder inte PCIe Gen 4 och kommer aldrig att göra eftersom PCIe-generationer inte är bakåtkompatibla. Dessutom stöder TRX40 Threadripper-plattformen och AMD EPYC Rome-serverplattformen också PCIe Gen 4.

På Intel-sidan stöder Z490-plattformen PCIe Gen 4, även om det för närvarande inte finns några Intel-processorer i skrivande stund som stöder funktionen. Det förväntas snart förändras eftersom det bekräftas att Intels 11^th Gen Rocket Lake Desktop-processorer fungerar inte bara med Z490-kort utan kommer också att stödja PCIe Gen 4 så det är positiva grejer från Team Blue. Mellanregistret B-serien och budgeten H-serien kort stöder inte PCIe Gen 4 alls.

När det gäller processorer stöder både AMD Ryzen 3000-serien och den nya AMD Ryzen 5000-serien PCIe Gen 4 officiellt. Intel har fortfarande inget stöd för PCIe Gen 4 på sina stationära processorer i skrivande stund men den kommande Rocket Lake 11^th Gen-CPU: er bekräftas att de har stöd för funktionen.

Slutligen, de produkter som du faktiskt kommer att lägga i PCIe-kortplatserna. När det gäller GPU: er stöder Nvidia RTX 3000-serien, AMD RX 5000-serien och AMD RX 6000-serien av grafikkort officiellt. För SSD-enheter har vi en mängd olika PCIe Gen 4 SSD-enheter att välja mellan av många olika tillverkare. Några anmärkningsvärda inkluderar Corsair Force MP600, Sabrent Rocket 4.0, Samsung 980 Pro, Seagate FireCuda och Gigabyte Aorus PCIe 4.0 SSD.

Kompromisser

Precis som med alla andra uppgraderingar finns det några kompromisser som går med fördelarna. Det finns inte många nackdelar med PCIe 4.0-uppgraderingen, men det finns några quirks här och där som du måste vara medveten om.

Först går PCIe Gen 4 varmt. Inte bara går de faktiska enheterna heta, men chipsetet på moderkortet går också ganska varmt på grund av PCIe Gen 4-implementeringen. För enheterna betyder det att nästan alla enheter vi hittills sett har inkluderat en kylflänskylare med dem. Kylflänsen ger passiv kylning på minneskretsarna och håller NAND-flashen vid en optimal temperatur. För chipset tyckte moderkorttillverkarna att det var bäst att inkludera aktiv kylning så att nästan alla X570-kort har en medföljande fläkt som snurrar och ger aktiv kylning över chipset under belastning. B550-korten blev dock av med fläkten till förmån för passiv kylning.

Förutom de hetkörande komponenterna finns det också en kompromiss som är förknippad med priset på moderkorten som innehåller PCIe 4.0-implementeringen. Det är ingen överraskning att X570-, B550- och Z490-korten är dyrare än B-serien och H-seriens alternativ i båda uppställningarna. Detta gör uppgraderingen till PCIe 4.0 lite komplicerad, eftersom köparen nu måste väga fördelarna med PCIe 4.0 mot den extra kostnaden för att fatta ett köpbeslut.

Ska du uppgradera?

Så finns det en anledning för dig att gå ut och köpa ett avancerat moderkort, en nyare CPU och en dyr SSD för att njuta av PCIe 4.0? Tja, förmodligen inte. Den största fördelen med PCIe 4.0 är för närvarande i lagringsavdelningen. Om du inte bygger en helt ny maskin från grunden verkar det inte finnas tillräckligt med incitament i PCIe 4.0 för att motivera en uppgradering från B450- eller X470-kort eller till och med äldre Ryzen- eller Intel-processorer till nyare om vi håller prestandan en sida. Som vi undvek tidigare har PCIe 4.0 liten eller ingen effekt på systemets spelprestanda, så uppgraderingen av grafikkortet inkluderar inte frågan om PCIe 4.0-stöd för närvarande.

Om inte lagring är av yttersta vikt för dig och NVMe Gen 3-enheter bara inte skär det längre, verkar PCIe 4.0 inte värt att uppgradera från äldre moderkort. PCIe Gen 4-enheter erbjuder betydande fördelar för användare som arbetar med stora filer över ett nätverk eller proffs som behöver högre hastigheter för professionella applikationer och videoredigering etc. Med det sagt, om du bygger ett helt nytt system, bör standardvalet vara PCIe-moderkort och processorer för att se till att systemet inte kommer att hålla tillbaka några framtida uppgraderingar om du känner för att släppa i en snabb Gen 4-enhet längs linjen. Därför finns det inte mycket incitament att uppgradera från ett äldre moderkort, men för nya byggare är vår standardrekommendation att gå med moderkort som stöder PCIe Gen 4-funktionen.