PCIe 4.0 - Was ist neu und sollten Sie aktualisieren?

AMD sicherte sich die Ehre, das erste Unternehmen zu sein, das PCIe Gen 4 mit der Einführung des X570-Chipsatzes im Juni 2019 auf der Computex in Desktop-PCs einführte. PCIe 4.0 verspricht viele Verbesserungen an der PCI Express-Schnittstelle, da es die größte Änderung des PCIe-Standards seit 2010 darstellt. Zum Zeitpunkt des Schreibens ist PCIe Gen 4 noch nicht weit verbreitet, wird jedoch nicht allgemein angenommen nur von CPUs und Motherboard-Herstellern wie AMD, aber auch von Grafikkartenherstellern wie Nvidia und AMDs eigener Radeon-Division. Aber brauchen Sie wirklich PCIe Gen 4? Und wenn ja, wie bekommen Sie es? Bevor wir diese Fragen beantworten, müssen wir verstehen, was PCIe 4.0 eigentlich ist.

Was ist PCIe 4.0?

PCIe 4.0 ist die jüngste Entwicklung einer weit verbreiteten Hochgeschwindigkeitskommunikationsschnittstelle, die als PCI oder Peripheral Component Interconnect Express bekannt ist. Einfach ausgedrückt ist PCIe 4.0 die nächste Iteration der PCIe-Schnittstelle, mit der Add-In-Karten wie Grafikkarten und M.2-Laufwerke an das Motherboard angeschlossen werden. Die aktuelle Generation von PCIe, PCIe 3.0, ist seit 2010 ein Standard für Desktop-PCs, und PCIe 4.0 bietet jetzt ein Upgrade dafür. Im Vergleich zu der älteren, aber immer noch recht schnellen PCIe 3.0 bietet die neue PCIe 4.0 im Wesentlichen den doppelten Gesamtdurchsatz. Das heißt, PCIe 4.0 bietet die doppelte Bandbreite wie PCIe 3.0 und erreicht satte 64 GB / s gegenüber mickrigen 32 GB / s PCIe 3.0 über eine x16-Verbindung. Die folgende Tabelle von PCI-SIG, dem Gremium, das den PCI-Standard verwaltet, zeigt den Unterschied in der Bandbreite zwischen den verschiedenen PCIe-Generationen.

Die beiden Standards sind jedoch strukturell immer noch sehr ähnlich. Der Hauptunterschied liegt nur in den Übertragungsraten und in einigen Fällen in dem Material, das verwendet wird, um die erfolgreiche Übertragung des Signals mit einer höheren Rate zu erreichen. Während PCIe 3.0 mit 8 GT / s (der Rate der Bits 0s und 1s) betrieben wurde, arbeitete die neue PCIe 4.0 mit 16 GT / s pro Spur. Dies verdoppelt die Gesamtbandbreite von 32 GB / s des PCIe 3.0-Standards auf 64 GB / s von PCIe 4.0. Abgesehen von dem Bandbreitenvorteil gibt es jedoch kaum Unterschiede zwischen den beiden Generationen, die für den Endbenutzer von Bedeutung sind. PCIe 4.0 bietet eine bessere Signalzuverlässigkeit und -integrität für eine verbesserte Leistung.

Was gibt's Neues?

Nun, wir haben bereits besprochen, dass die Hauptsache, die PCIe 4.0 von PCIe 3.0 unterscheidet, die starke Erhöhung der Bandbreite ist. Während PCIe 3.0 eine maximale Bandbreite von 32 GB / s hatte, verdoppelt PCIe 4.0 diese auf 64 GB / s. Interessant ist jedoch, wie PCIe 4.0 die Bandbreite verdoppeln kann. Die Codierungstechnik muss verstanden werden, um die tatsächliche Datenmenge zu bestimmen, die übertragen werden kann.

PCIe Gen 3.0 und PCIe Gen 4.0 verwenden eine 128b / 130b-Codierungstechnik, während ältere Generationen wie PCIe 2.0 eine 8b / 10b-Codierungstechnik verwendeten. Diese Codierungstechnik wandelt die 128-Bit-Daten in eine 130-Bit-Codezeile um. Dies stellt die Ausrichtung des Datenstroms sicher und ermöglicht auch eine angemessene Taktwiederherstellung. Bei der Taktwiederherstellung werden Zeitinformationen aus einem Datenstrom extrahiert. All dies bedeutet, dass die maximale theoretische Bandbreite in Gbit / s jeder PCIe Gen 4.0 folgendermaßen aussieht:

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

Durch die Codierung können wir den Overhead berechnen, der für die Übertragung von PCIe-Datenströmen erforderlich ist. Dies ergibt sich aus der folgenden Formel:

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

Die Verdoppelung der Bandbreite wird dann durch neue PCIe-Controller wie den AMD X570- und B550-Chipsätzen ermöglicht. In dem Prozess werden auch verlustarme dielektrische Materialien verwendet, die es ermöglichen, dass sich Signale mit höherer Geschwindigkeit weiter durch Leiterplatten ausbreiten.

PCIe 4.0 für Spiele

Aber was bedeuten all diese Berechnungen und die theoretische doppelte Bandbreite für die Spieler? Können wir erwarten, dass sich die Leistung von GPUs aufgrund der Zunahme der Bandbreite verdoppelt? Vielleicht haben Sie inzwischen schon vermutet, dass dies einfach nicht möglich ist. Ja, PCIe 4.0 hat die Konnektivitätsbandbreite der GPU zum Motherboard erheblich verbessert, dies führt jedoch nicht zu einer realen Spieleleistung. Es gibt jetzt PCIe 4.0-GPUs, sowohl mit der AMD RX 5000-Serie und der 6000-Serie als auch mit der Nvidia RTX 3000-Serie von Grafikkarten, die PCIe Gen 4 unterstützen. Selbst wenn Sie diese glänzenden neuen PCIe Gen 4-Grafikkarten mit einer PCIe koppeln Gen 4-Motherboard wie X570 und eine PCIe Gen 4-CPU wie Zen 3-basierte Ryzen 5000-Serie von AMD würden immer noch keinen nennenswerten Leistungsabfall feststellen.

Aber warum ist das so? Der Hauptgrund, warum die zusätzliche Bandbreite nicht zur Verbesserung der Leistung beiträgt, ist, dass selbst die PCIe Gen 3.0-Bandbreite heutzutage von Grafikkarten nicht vollständig genutzt wird. PCIe Gen 3.0 bietet immer noch viel Bandbreite, und selbst die meisten High-End-Grafikkarten sind noch nicht einmal annähernd gesättigt. Tatsächlich können viele der High-End-Karten wie die Nvidia GeForce RTX 3080 selbst mit einer PCIe 3.0 x8-Verbindung oder einer PCIe 2.0 x16-Verbindung nahezu ihre volle Leistung erbringen. Daher hilft es nicht, einer Verbindung, die noch nicht gesättigt ist, mehr Bandbreite hinzuzufügen.

Wenn wir jedoch versuchen, in die Zukunft zu schauen, können wir sehen, dass die zusätzliche Bandbreite von PCIe 4.0 irgendwann in der Zukunft von Vorteil ist. Die Größe der Videospiel-Assets und die grafische Komplexität nehmen von Tag zu Tag weiter zu, sodass wir möglicherweise endlich einen Vorteil für die zusätzliche Geschwindigkeit der PCIe-Verbindung sehen, wenn die PCIe 3.0-Schnittstelle einfach nicht mithalten kann. Insbesondere bei lastintensiven Anwendungen wie maschinellem Lernen, die immer größere Datenmengen erfordern, spielt PCIe 4.0 möglicherweise immer noch eine große Rolle, damit die Maschinen der Zukunft nicht durch den Mangel an PCIe-Verbindungsbandbreite zurückgehalten werden.

PCIe 4.0 für die Speicherung

Nun kommen wir zum Hauptgrund, warum PCIe 4.0 tatsächlich ein attraktives Upgrade ist. PCIe 4.0 ermöglicht viel, viel schnellere Speicheroptionen. Es gibt PCIe Gen 4-Laufwerke, die selbst die schnellsten NVMe PCIe Gen 3-Laufwerke in Bezug auf die Rohzahlen absolut vernichten und die SATA-Laufwerke absolut beschämen. Mit PCIe Gen 4 sehen wir endlich Laufwerke, die die 5-GB / s-Zahl in Bezug auf sequentielle Lesevorgänge überschreiten, während PCIe Gen 3-NVMe-Laufwerke dazu neigen, etwa 3,5 GB / s zu erreichen. Ein besonders schnelles Laufwerk, das Gigabyte Aorus M.2 PCIe 4.0, erreicht satte 5 GB / s Lese- und 4,3 GB / s Schreibvorgänge, was einer um 35-40% höheren sequenziellen Leistung entspricht als selbst die schnellste M.2 PCIe Gen 3 SSD. Dies liegt daran, dass die SSDs auf dieser Plattform im Gegensatz zu Grafikkarten die zusätzliche Bandbreite tatsächlich nutzen können.

Die Situation wird noch extremer, wenn Sie dem Mix RAID hinzufügen. Wie wir in erklärt haben Unser Artikel über RAID-LevelRAID 0 verdoppelt effektiv die Geschwindigkeit der beiden in RAID gespeicherten Laufwerke und gefährdet gleichzeitig die Redundanz der Laufwerke. Gigabyte verwendete eine PCIe 4.0-Zusatzkarte mit vier 2 TB PCIe M.2-SSDs in RAID 0 und erzielte atemberaubende Lesevorgänge von 15,4 GB / s und Schreibvorgänge von 15,5 GB / s. Dies ist ein beispielloses Leistungsniveau, das, obwohl es zugegebenermaßen sehr teuer ist, ausschließlich durch die bloße Verbesserung der Bandbreite von PCIe Gen 4 ermöglicht wurde.

Wie bekomme ich PCIe 4.0?

Während PCIe 4.0 mächtig beeindruckend klingt, wenn man Zahlen wie 15 GBit / s hört, gibt es tatsächlich eine Reihe von Anforderungen, die erfüllt sein müssen, damit PCIe 4.0 funktioniert. Es gibt im Wesentlichen drei Dinge, die erfüllt sein müssen, um PCIe Gen 4 zu erhalten.

• Ein PCIe Gen 4-kompatibles Motherboard
• Eine PCIe Gen 4-kompatible CPU
• Eine PCIe Gen 4-kompatible GPU / SSD

Wenn wir über die Motherboards sprechen, gibt es zwei Chipsätze von AMD, die derzeit PCIe Gen 4 zum Zeitpunkt des Schreibens unterstützen. Der X570-Chipsatz und der B550-Chipsatz sind die einzigen zwei Chipsätze im Team Red, die PCIe Gen 4-Kompatibilität ermöglichen, und selbst zwischen diesen beiden Chipsätzen ermöglicht nur der X570-Chipsatz die vollständige Kompatibilität von PCIe Gen 4-Funktionen. Die älteren B450-, X470-, B350-, X370-, A320- und A520-Chipsätze unterstützen PCIe Gen 4 nicht und werden dies niemals tun, da PCIe-Generationen nicht abwärtskompatibel sind. Darüber hinaus unterstützen die TRX40 Threadripper-Plattform und die AMD EPYC Rome-Serverplattform auch PCIe Gen 4.

Auf der Intel-Seite unterstützt die Z490-Plattform PCIe Gen 4, obwohl zum Zeitpunkt des Schreibens derzeit keine Intel-CPUs vorhanden sind, die diese Funktion unterstützen. Dies wird sich voraussichtlich bald ändern, da bestätigt wird, dass Intel 11^th Gen Rocket Lake Desktop-CPUs funktionieren nicht nur mit Z490-Karten, sondern auch wird auch PCIe Gen 4 unterstützen Das ist also positives Zeug von Team Blue. Die Midrange-Boards der B-Serie und der Budget-H-Serie unterstützen PCIe Gen 4 überhaupt nicht.

In Bezug auf CPUs unterstützen sowohl die AMD Ryzen 3000-Serie als auch die neue AMD Ryzen 5000-Serie offiziell PCIe Gen 4. Intel hat zum Zeitpunkt des Schreibens noch keine Unterstützung für PCIe Gen 4 auf seinen Desktop-CPUs, außer für den kommenden Rocket Lake 11^th Es wurde bestätigt, dass Gen-CPUs diese Funktion unterstützen.

Schließlich die Produkte, die Sie tatsächlich in die PCIe-Steckplätze stecken. In Bezug auf GPUs unterstützen die Grafikkarten der Nvidia RTX 3000-Serie, der AMD RX 5000-Serie und der AMD RX 6000-Serie diese Funktion offiziell. Für die SSDs haben wir eine Vielzahl von PCIe Gen 4 SSDs zur Auswahl, die von vielen verschiedenen Herstellern angeboten werden. Einige bemerkenswerte sind Corsair Force MP600, Sabrent Rocket 4.0, Samsung 980 Pro, Seagate FireCuda und die Gigabyte Aorus PCIe 4.0 SSD.

Kompromisse

Wie bei jedem anderen Upgrade gibt es einige Kompromisse, die mit den Vorteilen einhergehen. Das PCIe 4.0-Upgrade hat nicht viele Nachteile, aber hier und da gibt es ein paar Macken, die Sie beachten müssen.

Erstens läuft PCIe Gen 4 heiß. Die tatsächlichen Laufwerke sind nicht nur heiß, sondern der Chipsatz auf dem Motherboard ist aufgrund der PCIe Gen 4-Implementierung auch ziemlich heiß. Für die Laufwerke bedeutet dies, dass fast alle Laufwerke, die wir bisher gesehen haben, einen Kühlkörperkühler enthalten haben. Der Kühlkörper sorgt für passive Kühlung der Speicherchips und hält den NAND-Blitz auf einer optimalen Temperatur. Für den Chipsatz hielten es die Motherboard-Hersteller für am besten, eine aktive Kühlung einzuschließen, sodass fast alle X570-Boards über einen Lüfter verfügen, der sich dreht und unter Last eine aktive Kühlung über den Chipsatz bietet. Die B550-Platinen haben jedoch den Lüfter zugunsten der passiven Kühlung abgeschafft.

Neben den heiß laufenden Komponenten gibt es auch einen Kompromiss, der mit dem Preis der Motherboards verbunden ist, die die PCIe 4.0-Implementierung enthalten. Es ist keine Überraschung, dass die Karten X570, B550 und Z490 in beiden Aufstellungen teurer sind als die Optionen der B-Serie und der H-Serie. Dies macht das Upgrade auf PCIe 4.0 etwas kompliziert, da der Käufer nun die Vorteile von PCIe 4.0 gegen die zusätzlichen Kosten abwägen muss, um eine Kaufentscheidung zu treffen.

Sollten Sie ein Upgrade durchführen?

Gibt es einen Grund für Sie, ein High-End-Motherboard, eine neuere CPU und eine teure SSD zu kaufen, um PCIe 4.0 zu genießen? Nun, wahrscheinlich nicht. Der Hauptvorteil von PCIe 4.0 liegt derzeit in der Speicherabteilung. Wenn Sie keine brandneue Maschine von Grund auf neu bauen, scheint PCIe 4.0 nicht genug Anreize zu bieten, um ein Upgrade von B450- oder X470-Karten oder sogar älteren Ryzen- oder Intel-CPUs auf neuere zu rechtfertigen, wenn wir die Leistung beibehalten eine Seite. Wie bereits erwähnt, hat PCIe 4.0 auch kaum oder gar keine Auswirkungen auf die Spieleleistung des Systems. Daher beinhaltet das Grafikkarten-Upgrade ab sofort nicht die Frage der PCIe 4.0-Unterstützung.

Wenn Speicherplatz für Sie nicht von größter Bedeutung ist und NVMe Gen 3-Laufwerke ihn nicht mehr schneiden, scheint PCIe 4.0 das Upgrade von älteren Motherboards nicht wert zu sein. PCIe Gen 4-Laufwerke bieten erhebliche Vorteile für Benutzer, die mit großen Dateien über ein Netzwerk arbeiten, oder für Profis, die höhere Geschwindigkeiten für professionelle Anwendungen und Videobearbeitung usw. benötigen. Wenn Sie jedoch ein brandneues System erstellen, sollte die Standardauswahl sein die PCIe-Motherboards und -CPUs, um sicherzustellen, dass das System zukünftige Upgrades nicht zurückhält, falls Sie Lust haben, ein schnelles Gen 4-Laufwerk zu verwenden. Daher gibt es keinen großen Anreiz, ein Upgrade von einem älteren Motherboard durchzuführen. Für neue Entwickler empfiehlt es sich jedoch standardmäßig, Motherboards zu verwenden, die die PCIe Gen 4-Funktion unterstützen.