→ Pci Express 4.0 Gen4

PCI Express 4.0 ist dank der neuen Generation von AMD Ryzen Zen2 und des AMD X570- Chipsatzes bereits Realität in unseren Desktop-Computern. Der neue PCI-SIG-Standard ist seit 2017 bei uns, aber in dieser ersten Jahreshälfte war es für Hersteller eine Option, ihm die Verwendung zu geben, die er verdient. In diesem Artikel sehen wir alles, was wir über diese neue oder besser gesagt aktualisierte Kommunikationsschnittstelle wissen müssen.

Inhaltsverzeichnis

PCI Express Evolution und Neuigkeiten

Auch als PCI Express oder einfach als PCI-e bekannt, ist es ein Hochgeschwindigkeitsbus, der heutzutage in allen Desktop- und professionellen Computergeräten verwendet wird. Praktisch alle Hochleistungskomponenten in einem Computer senden Eingabe- und Ausgabedaten über einen solchen Bus.

Die Entität unter diesem Kommunikationsstandard ist PCI-SIG und hat diese Version 4.0 2017 zum ersten Mal freigeschaltet, aber sie hat uns und sogar unsere Desktops erst in diesem Jahr 2019 erreicht. Und der Grund ist bis jetzt sehr einfach : Sehr wenige Geräte haben eine höhere Bandbreite benötigt als PCIe 3.0, aber mit der Einführung der neuen NVMe-Solid-State-Speichereinheiten und einer höheren Dichte des Datenaustauschs zwischen CPU und Chipsatz ist dieser Bus von dort eingetreten in der Industrie verpackt.

Seit der Implementierung dieses Standards im Jahr 2003 haben wir insgesamt vier Aktualisierungen durchgeführt. In allen gab es eine Konstante, und das heißt, die Busbreite in jeder Iteration zu verdoppeln. Die Dauer jeder auf dem Markt befindlichen Version beträgt ungefähr 4 Jahre bis zur Einführung der Version 3.0, die bis 2017 mindestens 7 Jahre lang beibehalten wurde. PCI-SIG hat bereits das nächste Update, die PCIe 5.0, im selben Quartal 2019 freigeschaltet. Auf Desktops bleiben wir jedoch noch mindestens drei Jahre bei diesem Bus, da nur wenige Geräte noch eine solche Bandbreite benötigen.

Bandbreite

PCI Express basiert auf Fahrspuren oder Datenspuren, die der Fahrspur einer Autobahn ähneln, auf denen jedoch Autos in beide Richtungen fahren können, obwohl in diesem Fall Elektrizität. Insbesondere kann PCIe 4.0 die Übertragungsgeschwindigkeit von Version 3.0 verdoppeln und somit für jede dieser Auf- und Abwärtsspuren nicht weniger als 16 GT / s (Übertragungs-Gigabit) erreichen, da es bidirektional ist. Wenn wir diese Messung an Werte übergeben, mit denen wir täglich arbeiten, sehen wir uns einer Geschwindigkeit von 1969, 2 MB / s für jede Spur gegenüber, verglichen mit 984, 6 MB / s für den PCIe 3.0-Bus.

Ein weiterer Aspekt, der sich ebenfalls verbessert, ist die Latenz in der Kommunikation durch eine größere Busbreite und einen PHY-Empfänger, der dank des entsprechenden PCIe-Controllers die Informationen über den elektrischen Rand jeder der Spuren verwaltet. Aus praktischen Gründen werden ein besseres Bussättigungsmanagement und eine geringere Latenz bei der E / A-Kommunikation erreicht, wodurch die Skalierbarkeit in Abhängigkeit von den angeschlossenen Geräten verbessert wird.

PCI Express 4.0 ist heute noch nicht unverzichtbar, aber eine Möglichkeit, sich auf die nahe Zukunft vorzubereiten. Die Netzwerkkommunikation mit 10 Gbit / s wird immer häufiger, insbesondere mit der Einführung von 5 Gbit / s. Die hohe Nachfrage nach USB 3.1 Gen2- Konnektivität und bald nach USB 3.2 mit 20 Gbit / s sowie die neuen NVMe PCIe x4-SSDs , die bereits die Grenze von 3, 94 GB / s gefunden haben, waren eine der Hauptursachen für die Implementierung.

In der folgenden Tabelle sehen wir einen Vergleich zwischen den verschiedenen Versionen von PCIe, da die Geschwindigkeit von der verfügbaren Konfiguration abhängt:

V. V.	Einführung	Transfer auf der Fahrspur	Bandbreite
× 1	× 4	× 16
1.0	2003	2, 5 GT / s	250 MB / s (2 Gbit / s)	1, 0 GB / s	4, 0 GB / s (32 Gbit / s)
2.0	2007	5, 0 GT / s	500 MB / s (4 Gbit / s)	2, 0 GB / s	8, 0 GB / s (64 Gbit / s)
3.0	2010	8, 0 GT / s	984, 6 MB / s (7, 9 Gbit / s)	3, 94 GB / s	15, 8 GB / s (126 Gbit / s)
4.0	2017	16, 0 GT / s	1969 MB / s (15, 8 Gbit / s)	7, 88 GB / s	31, 5 GB / s (252, 1 Gbit / s)
5.0	2019	32, 0 GT / s	3938 MB / s (31, 6 Gbit / s)	15, 75 GB / s	63, 0 GB / s (32 Gbit / s)

Abwärtskompatibilität Benötigen wir PCI Express 4.0?

Derzeit ist die bekannteste Anwendung, von der wir alle wissen, dass sie die PCIe-Steckplätze verwendet, die Grafikkarte. An diesem Punkt wissen wir alle, dass wir für ein selbstbewusstes Spieleteam eine dedizierte Grafikkarte benötigen, die über PCIe 3.0 x16 funktioniert, dh wir haben einen 126-Gbit / s-Bus zum Übertragen von Daten. Aber wie viel brauchen wir wirklich? Bei einer Übertragung für ein Spiel mit 4K-Auflösung bei 144 Hz und 10-Bit-Farbtiefe benötigen wir einen Bus mit ungefähr 35, 8 Gbit / s.

Dies bedeutet, dass wir eine Busbreite von ca. 70% für die Übertragung von Bilddaten haben. Denken Sie daran, dass es sich um bidirektionale Daten handelt, sodass hier bereits die Berücksichtigung des vor- und nachgelagerten Busses erfolgt. Daher ist es derzeit definitiv nicht sinnvoll, beispielsweise PCie 4.0 auf einer Grafikkarte zu haben. Wenn wir über Multi-GPU sprechen, würde die Breite aufgrund der Parallelität erheblich mehr genutzt, aber immer noch mehr als genug.

Wir können aber auch sagen, dass wir es brauchen, und dies ist auf die Integration der neuen NVMe-SSDs zurückzuführen. Bis jetzt arbeiteten alle mit PCI 3.0 x4, aber in dieser Hinsicht fanden die Hersteller bald die Grenze und erreichten Leseraten, die sehr nahe an den verfügbaren 3, 94 GB / s lagen. Die Lösung besteht nicht darin, mehr Lanes in den M.2-Steckplatz einzuführen, indem einfach die Kapazität der CPU und des Chipsatzes begrenzt wird, sondern sie auf die doppelte Bandbreite zu erhöhen, da Hersteller wie AORUS oder Corsair bereits über einen eigenen M.2 PCie 4.0 a verfügen mehr als 4000 MB / s.

Was passiert nun mit Benutzern, die ihre PCIe 3.0 warten und ein Peripheriegerät 4.0 verwenden möchten? Nun, es wird kein Problem in Bezug auf die Konnektivität geben, da PCIe von Anfang an Abwärtskompatibilität mit früheren Standards angeboten hat. Tatsächlich werden 3.0, 4.0 und bald 5.0 weiterhin 128b / 130b-Codierung für ihre Übertragungen verwenden. Der einzige Nachteil ist, dass die Geschwindigkeit des Busses begrenzt wird.

PCI Express 4.0 auf SSD und Grafikkarte

Hervorzuheben ist vor allem die hervorragende Arbeit, die bei der Lagerung von Feststoffen geleistet wurde. Seitdem die M.2-Schnittstelle auf x4-Lanes und unter dem NVMe-Protokoll funktioniert, haben sich die Geschwindigkeiten innerhalb weniger Monate vervielfacht und benötigen mehr als 4000 MB / s für ihre auf 3D-NAND basierenden Speicherkonfigurationen.

Hersteller wie AORUS oder Corsair haben ihre neuen SSDs vorgestellt, die mit der NAND 3D TLC-Architektur von Toshiba mit theoretischen Geschwindigkeiten von 5000 MB / s beim sequentiellen Lesen und 4400 MB / s beim Schreiben arbeiten können. Diese Zahlen sind ungefähr 40% höher als die der vorherigen SSD-Generation und weit davon entfernt, das Limit erreicht zu haben, da, obwohl es der Weg zu 7 bleibt , 88 GB / s in nur 4 Spuren verfügbar sind.

Diese Änderung bringt einige Details mit sich, die bei der Installation dieser SSDs berücksichtigt werden müssen, z. B. die Notwendigkeit, die Schreibcache-Richtlinie zu aktivieren, um bessere Übertragungen zu erzielen. Ein weiteres, etwas wichtiges Detail ist natürlich eine PCIe-kompatible Karte, die derzeit nur von AMD bereitgestellt wird.

Wir empfehlen, beide Optionen zu aktivieren, um die beste Leistung mit der SSD zu erzielen

Das andere Gerät, das wir mit PCI Express 4.0 auf dem Markt haben, sind die neuen AMD Radeon RX 5700- und 5700 XT -Grafikkarten. Aus praktischen Gründen ist dies nicht wichtig, da wir deutlich gesehen haben, dass wir mit 3.0 übrig bleiben, aber es ist nicht falsch, den neuen Standard umzusetzen und den Weg zu weisen.

AMD Ryzen 3000 und AMD X570, die ersten, die mit PCI Express 4.0 kompatibel sind

Der erste Hersteller, der mit dieser neuen PCIe 4.0 in den Desktop-Markt einstieg, war AMD, dank seiner neuen Generation von Ryzen-Prozessoren. Einige CPUs mit Lithografie im 7-nm-FinFET wurden als Zen2 getauft und bieten jetzt 16-spurige PCIe 4.0 in ihrer Kommunikationsschnittstellen-E / A für Grafikkarten und insgesamt 24 Spuren. Sie sind nicht nur Prozessoren mit einer großen Leistungsverbesserung beim Umgang mit Anweisungen, sondern können auch mit einem viel größeren Datenvolumen arbeiten.

Tatsächlich verwenden die neuen Motherboards, die an diese neue Generation angepasst sind, einen AMD X570-Chipsatz mit nicht weniger als 20 PCI Express 4.0-Lanes. In einem Artikel, den wir bereits vorbereitet haben, werden wir den Vergleich zwischen X570- und X470-Chipsatz usw. sehen, und einer der wichtigsten ist dieser. Die Grundkonfiguration besteht aus 8 Lanes, die für PCIe 4.0 obligatorisch sind, und weitere 8 Lanes können für andere Geräte wie SATA oder Peripheriegeräte wie USB verwendet werden, wobei die Hersteller eine gewisse Zuordnungsfreiheit haben. Die verbleibenden 4 Lanes sind für Hersteller frei wählbar, obwohl sie im Prinzip für eine Konfiguration von 4x SATA 6 Gbit / s oder 2x PCIe 4.0 x2 vorgesehen sind.

Dank der Leistung dieser beiden Elemente besteht der Kommunikationsbus zwischen CPU und Chipsatz aus 4 PCI Express 4.0-Lanes. In Bezug auf die Zuweisung von Steckplätzen sehen wir im Vergleich zur vorherigen Generation auch einige neue Funktionen, da der Chipsatz selbst einige andere PCIe x1- und x16-Steckplätze (arbeitet mit x4) 4.0 und sogar zwei M.2 x4-Steckplätze für eingeführt hat diese neuen SSDs. Eine weitere wesentliche Änderung ist die Unterstützung von bis zu 8 USB 3.1 Gen2 10-Gbit / s-Ports, was bisher nicht möglich war.

Für andere mit PCI Express 4.0 kompatible Hardware können wir den IBM POWER9-Prozessor oder das Falcon Mesa FPGA mit Intels 10-nm-Fertigungsprozessor zitieren, der mit PCI Express 4.0 als integriertem IP-Block kompatibel ist EMIB. Die neue Generation von Intel-Prozessoren steht noch aus und es ist klar, dass sie auch PCI Express 4.0 implementieren wird.

NVME-Leistungsunterschied PCI Express 3.0 gegenüber PCI Express 4.0

Obwohl wir unsere Testberichte schnell durchsuchen können, werden wir das sequentielle Lesen und Schreiben einer PCI Express 3.0-SSD mit einer vierten Generation mit PCI Express 4.0 vergleichen. Die perfekten Kandidaten sind der Corsair MP510 vs. MP600.

Modell	Sequentielles Lesen (MB / s)	Sequentielles Schreiben (MB / s)
Corsair MP510	3, 480 MB / s	2.700 MB / s
Corsair MP600	4.950 MB / s	4.250 MB / s

Und hier unsere Tests:

Schlussfolgerungen und Zukunft der Branche

Wenn wir uns darüber im Klaren sein müssen, bietet PCI e 4.0 derzeit seinen maximalen Vorteil in Bezug auf Speichergeräte und die interne Kommunikation zwischen Geräten, z. B. CPU und Chipsatz. Hardware wie Grafikkarten sind noch weit davon entfernt, Probleme mit Version 3.0 und noch viel weniger mit Version 4.0 zu lösen. Für Gamer ist das Ergebnis daher in der Leistung praktisch identisch.

PCI-SIG hat seine PCIe 5.0-Schnittstelle bereits in diesem Jahr freigeschaltet, aber es ist klar, dass wir Motherboards mit diesem Bus erst mindestens 2022 sehen werden, um zu versuchen, die Lebensdauer des aktuellen Standards ein wenig zu verlängern, für heute noch diesen 4.0 Es gibt nicht viele Anwendungen für den normalen Benutzer.

Wir hinterlassen Ihnen folgende Artikel:

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