PCIe 4.0 - Wat is er nieuw en moet u upgraden?

AMD kreeg de eer om het eerste bedrijf te zijn dat PCIe Gen 4 in desktop-pc's introduceerde met de lancering van de X570-chipset in juni 2019 op Computex. PCIe 4.0 belooft veel verbeteringen aan de PCI Express-interface te brengen, aangezien het de grootste verandering is in de PCIe-standaard sinds 2010. Op het moment van schrijven is PCIe Gen 4 nog steeds niet wijdverspreid, maar het begint op grote schaal te worden toegepast, niet alleen van de CPU's en moederbordfabrikanten zoals AMD maar ook van grafische kaartfabrikanten zoals Nvidia en AMD's eigen Radeon-divisie. Maar heb je PCIe Gen 4 echt nodig? En zo ja, hoe kom je eraan? Voordat we die vragen beantwoorden, moeten we echter begrijpen wat PCIe 4.0 eigenlijk is.

Wat is PCIe 4.0?

PCIe 4.0 is de meest recente evolutie van een breed geïmplementeerde, snelle communicatie-interface die bekend staat als PCI of Peripheral Component Interconnect Express. Simpel gezegd, PCIe 4.0 is de volgende iteratie van de PCIe-interface die wordt gebruikt om uitbreidingskaarten zoals grafische kaarten en M.2-schijven aan te sluiten op het moederbord. De huidige generatie van PCIe, PCIe 3.0, is sinds 2010 een standaard in desktop-pc's en PCIe 4.0 biedt nu een upgrade daarvan. Vergeleken met de oudere maar nog steeds vrij snelle PCIe 3.0, biedt de nieuwe PCIe 4.0 in wezen een dubbele totale doorvoer. Dat wil zeggen dat PCIe 4.0 het dubbele van de bandbreedte biedt als PCIe 3.0, met maar liefst 64 GB / s versus een magere 32 GB / s PCIe 3.0 via een x16-link. De volgende grafiek van PCI-SIG, de instantie die de PCI-standaard beheert, toont het verschil in bandbreedte tussen de verschillende PCIe-generaties.

De twee standaarden lijken echter structureel nog sterk op elkaar. Het belangrijkste verschil ligt alleen in de overdrachtssnelheden en in sommige gevallen het materiaal dat wordt gebruikt om de succesvolle overdracht van het signaal met een hogere snelheid te bereiken. Waar PCIe 3.0 werkte met 8 GT / s (de snelheid van bits 0s en 1s), werkte de nieuwe PCIe 4.0 met 16 GT / s per baan. Dit verdubbelt de totale bandbreedte van de 32 GB / s van de PCIe 3.0-standaard tot 64 GB / s van PCIe 4.0. Afgezien van het bandbreedtevoordeel is er echter heel weinig dat verschilt tussen de twee generaties die enige betekenis hebben voor de eindgebruiker. PCIe 4.0 heeft een betere signaalbetrouwbaarheid en -integriteit voor verbeterde prestaties.

Wat is er nieuw?

Welnu, we hebben al besproken dat het belangrijkste dat PCIe 4.0 onderscheidt van PCIe 3.0 de grote toename in bandbreedte is. Waar PCIe 3.0 een maximale bandbreedte had van 32 GB / s, verdubbelt PCIe 4.0 dat tot 64 GB / s. Wat echter interessant is, is hoe PCIe 4.0 erin slaagt de bandbreedte te verdubbelen. De coderingstechniek moet worden begrepen om de werkelijke hoeveelheid gegevens te bepalen die kan worden overgedragen.

PCIe Gen 3.0 en PCIe Gen 4.0 gebruiken een 128b / 130b-coderingstechniek, terwijl de oudere generaties, zoals PCIe 2.0, een 8b / 10b-coderingstechniek gebruikten. Deze coderingstechniek zet de 128-bits gegevens om in een 130-bits coderegel. Dit zorgt voor de uitlijning van de datastroom en maakt ook redelijk klokherstel mogelijk. Clock Recovery is het proces waarbij timinginformatie uit een datastroom wordt gehaald. Dit alles betekent dat de maximale theoretische bandbreedte in Gbps van elke PCIe Gen 4.0 er als volgt uitziet:

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

Codering stelt ons in staat om de overhead te berekenen die nodig is om PCIe-gegevensstromen te verzenden en dit wordt gevonden door de volgende formule:

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

De verdubbeling in bandbreedte wordt vervolgens mogelijk gemaakt door nieuwe PCIe-controllers zoals die op de AMD X570- en B550-chipsets. Verliesarme diëlektrische materialen worden ook gebruikt in het proces waardoor hogere snelheidssignalen zich verder door PCB's kunnen voortplanten.

PCIe 4.0 voor gaming

Maar wat betekenen al deze berekeningen en de theoretische dubbele bandbreedte voor de gamers? Kunnen we verwachten dat de prestaties van GPU's verdubbelen door de toename in bandbreedte? Nou, je hebt waarschijnlijk al geraden dat dat gewoon niet mogelijk is. Ja, PCIe 4.0 heeft de connectiviteitsbandbreedte van de GPU met het moederbord aanzienlijk verbeterd, maar dit vertaalt zich niet in echte gameprestaties. PCIe 4.0 GPU's bestaan ​​nu, met zowel de AMD RX 5000-serie en 6000-serie als de Nvidia RTX 3000-serie grafische kaarten die PCIe Gen 4 ondersteunen. Maar zelfs als je die glimmende nieuwe PCIe Gen 4 grafische kaarten koppelt aan een PCIe Gen 4-moederbord zoals X570 en een PCIe Gen 4 CPU zoals Zen 3-gebaseerde Ryzen 5000-serie van AMD, je zou nog steeds geen noemenswaardige prestatieverbetering zien.

Maar waarom is dat? Welnu, de belangrijkste reden waarom de extra bandbreedte niet helpt om de prestaties te verbeteren, is dat zelfs de PCIe Gen 3.0-bandbreedte tegenwoordig niet volledig wordt benut door grafische kaarten. PCIe Gen 3.0 biedt nog steeds veel bandbreedte en zelfs de meest geavanceerde grafische kaarten zijn nog lang niet in de buurt van verzadiging. In feite kunnen veel van de meest geavanceerde kaarten, zoals de Nvidia GeForce RTX 3080, bijna hun volledige prestaties leveren, zelfs met een PCIe 3.0 x8-link of een PCIe 2.0 x16-link. Daarom zal het niet helpen om meer bandbreedte toe te voegen aan een verbinding die nog niet verzadigd is.

Als we echter in de toekomst proberen te kijken, kunnen we zien dat de extra bandbreedte van PCIe 4.0 ergens in de toekomst een voordeel zal zijn. De grootte en de grafische complexiteit van videogames blijven met de dag toenemen, dus we kunnen eindelijk enig voordeel zien van de extra snelheid van de PCIe-link als de PCIe 3.0-interface het gewoon niet kan bijhouden. Vooral bij belastingintensieve applicaties zoals Machine learning blijven steeds grotere datasets nodig hebben, kan PCIe 4.0 nog steeds een grote rol spelen door ervoor te zorgen dat de machines van de toekomst niet worden tegengehouden door het gebrek aan PCIe-linkbandbreedte.

PCIe 4.0 voor opslag

Nu komen we bij de belangrijkste reden waarom PCIe 4.0 eigenlijk een aantrekkelijke upgrade is. PCIe 4.0 zorgt voor veel, veel snellere opslagopties. Er zijn PCIe Gen 4-schijven die zelfs de snelste NVMe PCIe Gen 3-schijven absoluut verpletteren in termen van onbewerkte cijfers, en de SATA-schijven gewoon tot absolute schande maken. Met PCIe Gen 4 zien we eindelijk dat schijven het aantal van 5 GB / s overschrijden in termen van sequentiële leesbewerkingen, terwijl PCIe Gen 3 NVMe-schijven de neiging hebben om rond de 3,5 GB / s te toppen. Een bijzonder snelle schijf, de Gigabyte Aorus M.2 PCIe 4.0 haalt maar liefst 5 GB / s lees- en 4,3 GB / s schrijfbewerkingen, wat ongeveer 35-40% hogere sequentiële prestaties is dan zelfs de snelste M.2 PCIe Gen 3 SSD. Dit komt omdat, in tegenstelling tot grafische kaarten, de SSD's op dit platform daadwerkelijk kunnen profiteren van de extra bandbreedte.

De situatie wordt nog extremer als je RAID aan de mix toevoegt. Zoals we hebben uitgelegd in ons artikel over RAID-niveaus, RAID 0 verdubbelt effectief de snelheid van de twee schijven die in RAID worden geplaatst, terwijl de redundantie van de schijven in gevaar komt. Gigabyte gebruikte een PCIe 4.0-uitbreidingskaart met vier 2TB PCIe M.2 SSD's in RAID 0 en behaalde een verbluffende lees- en schrijfsnelheid van 15,4 GB / s. Dit is een ongekend prestatieniveau dat, hoewel weliswaar erg duur, uitsluitend mogelijk is gemaakt door de enorme verbetering van de bandbreedte van PCIe Gen 4.

Hoe PCIe 4.0 te krijgen?

Hoewel PCIe 4.0 indrukwekkend klinkt als je getallen als 15GBps hoort, is er inderdaad een bepaalde reeks vereisten waaraan moet worden voldaan om PCIe 4.0 operationeel te hebben. Er zijn in wezen 3 dingen waaraan moet worden voldaan om PCIe Gen 4 te krijgen.

• Een PCIe Gen 4-compatibel moederbord
• Een PCIe Gen 4-compatibele CPU
• Een PCIe Gen 4 compatibele GPU / SSD

Als we het hebben over de moederborden, er zijn twee chipsets van AMD die momenteel PCIe Gen 4 ondersteunen op het moment van schrijven. De X570-chipset en de B550-chipset zijn de enige twee chipsets in Team Red die PCIe Gen 4-compatibiliteit mogelijk maken en zelfs tussen deze twee is alleen de X570-chipset volledige compatibiliteit met PCIe Gen 4-functies mogelijk. De oudere B450, X470, B350, X370, A320 en de A520-chipsets ondersteunen PCIe Gen 4 niet en zullen dat ook nooit doen, aangezien PCIe-generaties niet achterwaarts compatibel zijn. Bovendien ondersteunen het TRX40 Threadripper-platform en het AMD EPYC Rome-serverplatform ook PCIe Gen 4.

Aan de Intel-kant ondersteunt het Z490-platform PCIe Gen 4, hoewel er momenteel geen Intel-CPU's zijn die de functie ondersteunen. Dat zal naar verwachting binnenkort veranderen, aangezien wordt bevestigd dat Intel's 11^th Gen Rocket Lake Desktop CPU's werken niet alleen met Z490-kaarten, maar ondersteunt ook PCIe Gen 4 dus dat zijn positieve dingen van Team Blue. De midrange B-serie en de budget H-serie boards ondersteunen PCIe Gen 4 helemaal niet.

Wat CPU's betreft, ondersteunen zowel de AMD Ryzen 3000-serie als de nieuwe AMD Ryzen 5000-serie officieel PCIe Gen 4. Intel heeft op het moment van schrijven nog steeds geen ondersteuning voor PCIe Gen 4 op zijn desktop-CPU's, maar de aanstaande Rocket Lake 11^th Gen-CPU's hebben ondersteuning voor de functie.

Eindelijk de producten die u daadwerkelijk in de PCIe-slots stopt. Wat betreft GPU's ondersteunen de Nvidia RTX 3000-serie, de AMD RX 5000-serie en de AMD RX 6000-serie grafische kaarten deze functie officieel. Voor de SSD's hebben we een verscheidenheid aan PCIe Gen 4 SSD's om uit te kiezen van veel verschillende fabrikanten. Enkele opmerkelijke zijn Corsair Force MP600, Sabrent Rocket 4.0, Samsung 980 Pro, Seagate FireCuda en de Gigabyte Aorus PCIe 4.0 SSD.

Compromissen

Net als bij elke andere upgrade, zijn er een paar compromissen die samengaan met de voordelen. Er zijn niet veel nadelen aan de PCIe 4.0-upgrade, maar er zijn hier en daar een paar eigenaardigheden waar je op moet letten.

Ten eerste wordt PCIe Gen 4 hot. Niet alleen de daadwerkelijke schijven worden heet, maar de chipset op het moederbord wordt ook behoorlijk heet vanwege de PCIe Gen 4-implementatie. Voor de schijven betekent dit dat bijna alle schijven die we tot nu toe hebben gezien, een koellichaam hebben. Het koellichaam zorgt voor passieve koeling van de geheugenchips en houdt de NAND Flash op een optimale temperatuur. Voor de chipset dachten de moederbordfabrikanten dat het het beste was om actieve koeling op te nemen, dus bijna alle X570-kaarten hebben een meegeleverde ventilator die draait en zorgt voor actieve koeling over de chipset onder belasting. De B550-borden hebben de ventilator echter weggedaan ten gunste van passieve koeling.

Afgezien van de hot-running componenten, is er ook een compromis dat verband houdt met de prijs van de moederborden die de PCIe 4.0-implementatie bevatten. Het is geen verrassing dat de X570-, B550- en Z490-kaarten duurder zijn dan de opties uit de B-serie en H-serie in beide series. Dit maakt de upgrade naar PCIe 4.0 een beetje ingewikkeld, aangezien de koper nu de voordelen van PCIe 4.0 moet afwegen tegen de extra kosten om een ​​aankoopbeslissing te nemen.

Moet je upgraden?

Dus, is er een reden voor u om een ​​high-end moederbord, een nieuwere CPU en een dure SSD aan te schaffen om van PCIe 4.0 te genieten? Nou, waarschijnlijk niet. Het belangrijkste voordeel van PCIe 4.0 zit momenteel in de opslagafdeling. Tenzij je vanaf het begin een geheel nieuwe machine bouwt, lijkt er in PCIe 4.0 niet genoeg stimulans te zijn om een ​​upgrade van B450- of X470-kaarten te rechtvaardigen, of zelfs oudere Ryzen- of Intel-CPU's naar nieuwere als we de prestaties op peil houden. een kant. Zoals we eerder hebben ontweken, heeft PCIe 4.0 ook weinig tot geen effect op de spelprestaties van het systeem, dus de upgrade van de grafische kaart omvat vanaf nu geen kwestie van PCIe 4.0-ondersteuning.

Tenzij opslag voor u van het grootste belang is en NVMe Gen 3-schijven het gewoon niet meer redden, lijkt PCIe 4.0 de upgrade van oudere moederborden niet waard. PCIe Gen 4-schijven bieden aanzienlijke voordelen voor gebruikers die met grote bestanden werken via een netwerk of voor professionals die hogere snelheden nodig hebben voor professionele toepassingen en videobewerking enz. Dat gezegd hebbende, als u een gloednieuw systeem bouwt, zou de standaardkeuze moeten zijn de PCIe-moederborden en CPU's om ervoor te zorgen dat het systeem toekomstige upgrades niet tegenhoudt als u een snelle Gen 4-schijf later wilt laten vallen. Daarom is er niet veel reden om te upgraden vanaf een ouder moederbord, maar voor nieuwe bouwers zou onze standaardaanbeveling zijn om te gaan met de moederborden die de PCIe Gen 4-functie ondersteunen.