AMD zapewniło sobie zaszczyt bycia pierwszą firmą, która wprowadziła PCIe Gen 4 w komputerach stacjonarnych, wprowadzając chipset X570 w czerwcu 2019 roku na targach Computex. PCIe 4.0 obiecuje wiele ulepszeń w interfejsie PCI Express, ponieważ jest to największa zmiana w standardzie PCIe od 2010 r. W chwili pisania tego tekstu PCIe Gen 4 nadal nie jest rozpowszechniony, ale zaczyna być szeroko stosowany, nie tylko od producentów procesorów i płyt głównych, takich jak AMD, ale także od producentów kart graficznych, takich jak Nvidia i własny oddział AMD Radeon. Ale czy naprawdę potrzebujesz PCIe Gen 4? A jeśli tak, jak to robisz? Zanim jednak odpowiemy na te pytania, musimy zrozumieć, czym właściwie jest PCIe 4.0.
Płyty X570, takie jak linia ASUS ROG X570, obsługują PCIe Gen 4 - Zdjęcie: ASUS
Co to jest PCIe 4.0?
PCIe 4.0 to najnowsza ewolucja szeroko stosowanego, szybkiego interfejsu komunikacyjnego znanego jako PCI lub Peripheral Component Interconnect Express. Mówiąc najprościej, PCIe 4.0 to kolejna iteracja interfejsu PCIe, który jest używany do łączenia kart rozszerzeń, takich jak karty graficzne i dyski M.2, z płytą główną. Obecna generacja PCIe, PCIe 3.0, jest standardem w komputerach stacjonarnych od 2010 roku, a PCIe 4.0 zapewnia teraz jego ulepszenie. W porównaniu ze starszym, ale wciąż dość szybkim PCIe 3.0, nowy PCIe 4.0 zasadniczo zapewnia dwukrotnie większą przepustowość. Oznacza to, że PCIe 4.0 zapewnia dwukrotnie większą przepustowość niż PCIe 3.0, osiągając imponujące 64 GB / s w porównaniu z marnymi 32 GB / s PCIe 3.0 przez łącze x16. Poniższa tabela z PCI-SIG, organizacji zarządzającej standardem PCI, przedstawia różnice w przepustowości między różnymi generacjami PCIe.
Poprawa przepustowości generacji PCIe - Zdjęcie: PCI-SIG
Jednak te dwa standardy są nadal strukturalnie bardzo podobne. Kluczowa różnica polega tylko na szybkości transmisji, aw niektórych przypadkach na materiale użytym do pomyślnej transmisji sygnału z wyższą szybkością. Tam, gdzie PCIe 3.0 działało z szybkością 8 GT / s (szybkość bitów 0 i 1), nowe PCIe 4.0 działało z prędkością 16 GT / s na linię. To podwaja całkowitą przepustowość z 32 GB / s standardu PCIe 3.0 do 64 GB / s PCIe 4.0. Oprócz przewagi w zakresie przepustowości, między dwiema generacjami niewiele się różni, które mają jakiekolwiek znaczenie dla użytkownika końcowego. PCIe 4.0 ma lepszą niezawodność i integralność sygnału, co poprawia wydajność.
Co nowego?
Cóż, już omówiliśmy, że najważniejszą rzeczą, która odróżnia PCIe 4.0 od PCIe 3.0, jest znaczny wzrost przepustowości. Tam, gdzie PCIe 3.0 miało maksymalną przepustowość 32 GB / s, PCIe 4.0 podwaja ją do 64 GB / s. Ciekawe jest jednak to, jak PCIe 4.0 podwoi przepustowość. Aby określić rzeczywistą ilość danych, które można przesłać, należy zrozumieć technikę kodowania.
PCIe Gen 3.0 i PCIe Gen 4.0 wykorzystują technikę kodowania 128b / 130b, podczas gdy starsze generacje, takie jak PCIe 2.0, wykorzystywały technikę kodowania 8b / 10b. Ta technika kodowania przekształca 128-bitowe dane w 130-bitową linię kodu. Zapewnia to wyrównanie strumienia danych, a także umożliwia rozsądne odzyskiwanie zegara. Odzyskiwanie zegara to proces wyodrębniania informacji o taktowaniu ze strumienia danych. Wszystko to oznacza, że maksymalna teoretyczna przepustowość w Gb / s każdego PCIe Gen 4.0 wygląda następująco:
16 GT / s x (128b / 130b) = 15,754Gbps
Kodowanie pozwala nam obliczyć narzut wymagany do przesyłania strumieni danych PCIe i można to znaleźć za pomocą następującego wzoru:
([130b-128b] / 130b) x 100 = 1,54%
Podwojenie przepustowości jest następnie możliwe dzięki nowym kontrolerom PCIe, takim jak ten w chipsetach AMD X570 i B550. W procesie stosowane są również materiały dielektryczne o niskiej stratności, które umożliwiają dalszą propagację sygnałów o większej prędkości przez PCB.
Ulepszenia generacyjne w standardach PCIe - Zdjęcie: PCI-SIG
PCIe 4.0 do gier
Ale co te wszystkie obliczenia i teoretyczna podwójna przepustowość oznaczają dla graczy? Czy możemy oczekiwać, że wydajność GPU podwoi się ze względu na wzrost przepustowości? Cóż, pewnie już zgadłeś, że to po prostu nie jest możliwe. Tak, PCIe 4.0 znacznie poprawiło przepustowość połączenia GPU z płytą główną, ale nie przekłada się to na rzeczywistą wydajność w grach. Obecnie istnieją procesory graficzne PCIe 4.0, zarówno z serii AMD RX 5000, jak i serii 6000, a także z serią kart graficznych Nvidia RTX 3000 obsługujących PCIe Gen 4. Jednak nawet jeśli połączysz te nowe, błyszczące karty graficzne PCIe Gen 4 z PCIe Płyta główna Gen 4, taka jak X570 i procesor PCIe Gen 4, taki jak seria Ryzen 5000 firmy AMD oparta na Zen 3, nadal nie zobaczysz znacznego wzrostu wydajności.
Seria Nvidia GeForce RTX 3000 obsługuje PCIe Gen 4
Ale dlaczego tak jest? Cóż, głównym powodem, dla którego dodatkowa przepustowość nie pomaga poprawić wydajności, jest to, że nawet przepustowość PCIe Gen 3.0 nie jest obecnie w pełni wykorzystywana przez karty graficzne. PCIe Gen 3.0 nadal oferuje dużą przepustowość, a nawet najbardziej zaawansowane karty graficzne nawet nie zbliżyły się do jej nasycenia. W rzeczywistości wiele z najwyższej klasy kart, takich jak Nvidia GeForce RTX 3080, może działać z niemal pełną wydajnością, nawet z łączem PCIe 3.0 x8 lub łączem PCIe 2.0 x16. Dlatego dodanie większej przepustowości do połączenia, które nie jest jeszcze nasycone, nie pomoże.
Jeśli jednak spróbujemy spojrzeć w przyszłość, zobaczymy, że dodatkowa przepustowość PCIe 4.0 będzie zaletą kiedyś w przyszłości. Rozmiar zasobów gier wideo i złożoność graficzna stale rosną z dnia na dzień, więc w końcu możemy dostrzec pewną przewagę nad dodatkową szybkością łącza PCIe, jeśli interfejs PCIe 3.0 po prostu nie nadąża. Szczególnie w przypadku aplikacji intensywnie obciążających, takich jak uczenie maszynowe, które nadal wymagają coraz większych zestawów danych, PCIe 4.0 może nadal odgrywać dużą rolę w umożliwieniu maszynom przyszłości, które nie będą hamowane przez brak przepustowości łącza PCIe.
PCIe 4.0 do przechowywania
Teraz dochodzimy do głównego powodu, dla którego PCIe 4.0 jest faktycznie atrakcyjną aktualizacją. PCIe 4.0 zapewnia dużo, dużo szybsze opcje przechowywania. Istnieją dyski PCIe Gen 4, które absolutnie miażdżą nawet najszybsze dyski NVMe PCIe Gen 3 pod względem surowych liczb i po prostu wprawiają dyski SATA w absolutny wstyd. W przypadku PCIe Gen 4 w końcu widzimy, że dyski przekraczają liczbę 5 GB / s pod względem odczytów sekwencyjnych, podczas gdy dyski PCIe Gen 3 NVMe zwykle osiągają około 3,5 GB / s. Jeden szczególnie szybki dysk, Gigabyte Aorus M.2 PCIe 4.0 osiąga imponujące odczyty 5 GB / s i zapisy 4,3 GB / s, co jest o około 35-40% wyższą wydajnością sekwencyjną niż nawet najszybszy dysk SSD M.2 PCIe Gen 3. Dzieje się tak, ponieważ w przeciwieństwie do kart graficznych dyski SSD na tej platformie mogą faktycznie skorzystać z dodatkowej przepustowości.
Prędkości dysków SSD PCIe Gen 4 - Image: HotHardware
Sytuacja staje się jeszcze bardziej ekstremalna, jeśli dodasz do miksu RAID. Jak wyjaśniliśmy w nasz artykuł o poziomach RAID RAID 0 efektywnie podwaja szybkość dwóch dysków umieszczonych w macierzy RAID, jednocześnie narażając ich nadmiarowość na ryzyko. Gigabyte użył dodatkowej karty PCIe 4.0 z czterema dyskami SSD PCIe M.2 2 TB w macierzy RAID 0 i uzyskał oszałamiające odczyty 15,4 GB / si zapisy 15,5 GB / s. Jest to bezprecedensowy poziom wydajności, który, choć trzeba przyznać, bardzo drogi, był możliwy wyłącznie dzięki poprawie przepustowości PCIe Gen 4.
AIC, którego Gigabyte użył do zwiększenia szalonych przepustowości - Image: PCWorld
Jak zdobyć PCIe 4.0?
Chociaż PCIe 4.0 naprawdę brzmi imponująco, gdy słyszy się liczby takie jak 15 GB / s, rzeczywiście istnieje szczególny zestaw wymagań, które muszą być spełnione, aby PCIe 4.0 działało. Istnieją zasadniczo 3 rzeczy, które należy spełnić, aby uzyskać PCIe Gen 4.
- Płyta główna zgodna z PCIe Gen 4
- Procesor zgodny z PCIe Gen 4
- GPU / SSD zgodny z PCIe Gen 4
Jeśli mówimy o płytach głównych, istnieją dwa chipsety AMD, które obecnie obsługują PCIe Gen 4 w momencie pisania. Chipset X570 i chipset B550 to jedyne dwa chipsety w drużynie Red, które zapewniają zgodność z PCIe Gen 4, a nawet między nimi tylko chipset X570 zapewnia pełną kompatybilność funkcji PCIe Gen 4. Starsze chipsety B450, X470, B350, X370, A320, a także chipsety A520 nie obsługują PCIe Gen 4 i nigdy nie obsługują, ponieważ generacje PCIe nie są wstecznie kompatybilne. Co więcej, platforma TRX40 Threadripper i platforma serwerowa AMD EPYC Rome również obsługują PCIe Gen 4.
Po stronie Intela platforma Z490 obsługuje PCIe Gen 4, chociaż obecnie nie ma procesorów Intel obsługujących tę funkcję. Oczekuje się, że wkrótce się to zmieni, ponieważ potwierdzono, że 11thGeneracja procesorów Rocket Lake Desktop będzie działać nie tylko z płytami Z490, ale będzie również obsługiwać PCIe Gen 4 więc to są pozytywne rzeczy od Team Blue. Płyty z serii B ze średniej półki i budżetowe płyty z serii H w ogóle nie obsługują PCIe Gen 4.
Potwierdzono, że procesory Intel Rocket Lake 11. generacji obsługują również PCIe Gen 4 - Zdjęcie: Intel
Jeśli chodzi o procesory, zarówno seria AMD Ryzen 3000, jak i nowa seria AMD Ryzen 5000 obsługują oficjalnie PCIe Gen 4. Intel nadal nie ma żadnego wsparcia dla PCIe Gen 4 na swoich procesorach desktopowych w momencie pisania tego tekstu, ale nadchodzący Rocket Lake 11thPotwierdzono, że procesory generacji obsługują tę funkcję.
Wreszcie produkty, które faktycznie umieścisz w gniazdach PCIe. Jeśli chodzi o układy GPU, karty graficzne z serii Nvidia RTX 3000, AMD RX 5000 i AMD RX 6000 oficjalnie obsługują tę funkcję. W przypadku dysków SSD mamy do wyboru różne dyski SSD PCIe Gen 4 od wielu różnych producentów. Niektóre z nich to Corsair Force MP600, Sabrent Rocket 4.0, Samsung 980 Pro, Seagate FireCuda i dysk SSD Gigabyte Aorus PCIe 4.0.
Corsair MP600 to jeden z najszybszych dysków PCIe Gen 4 - Zdjęcie: Corsair
Kompromisy
Podobnie jak w przypadku każdego innego ulepszenia, istnieje kilka kompromisów, które idą w parze z zaletami. Aktualizacja PCIe 4.0 nie ma wielu wad, ale jest tu i tam kilka dziwactw, o których musisz wiedzieć.
Po pierwsze, PCIe Gen 4 działa na gorąco. Nie tylko rzeczywiste dyski działają na gorąco, ale chipset na płycie głównej również działa bardzo gorąco ze względu na implementację PCIe Gen 4. W przypadku napędów oznacza to, że prawie wszystkie napędy, które widzieliśmy do tej pory, zawierały chłodnicę z radiatorem. Radiator zapewnia pasywne chłodzenie układów pamięci i utrzymuje NAND Flash w optymalnej temperaturze. W przypadku chipsetu producenci płyt głównych uznali, że najlepiej jest uwzględnić aktywne chłodzenie, więc prawie wszystkie płyty X570 mają dołączony wentylator, który obraca się i zapewnia aktywne chłodzenie chipsetu pod obciążeniem. Płyty B550 pozbyły się jednak wentylatora na rzecz chłodzenia pasywnego.
Gigabyte Aorus PCIe Gen 4 SSD jest wyposażony w radiator chłodzący - Zdjęcie: Gigabyte
Oprócz podzespołów pracujących na gorąco istnieje również kompromis związany z ceną płyt głównych z implementacją PCIe 4.0. Nic dziwnego, że płyty X570, B550 i Z490 są droższe niż opcje z serii B i H w obu wersjach. To sprawia, że aktualizacja do PCIe 4.0 jest nieco skomplikowana, ponieważ kupujący musi teraz rozważyć zalety PCIe 4.0 w stosunku do dodatkowych kosztów, aby podjąć decyzję o zakupie.
Czy powinieneś uaktualnić?
Czy jest więc powód, dla którego warto wyjść i kupić wysokiej klasy płytę główną, nowszy procesor i drogi dysk SSD, aby cieszyć się PCIe 4.0? Cóż, prawdopodobnie nie. Główną zaletą PCIe 4.0 jest obecnie w dziale przechowywania. O ile nie budujesz zupełnie nowej maszyny od zera, wydaje się, że w PCIe 4.0 nie ma wystarczającej zachęty, aby zagwarantować aktualizację z płyt B450 lub X470 lub nawet starszych procesorów Ryzen lub Intel do nowszych, jeśli utrzymamy wydajność jedna strona. Jak omijaliśmy wcześniej, PCIe 4.0 ma również niewielki lub żaden wpływ na wydajność systemu w grach, więc aktualizacja karty graficznej nie obejmuje obecnie kwestii obsługi PCIe 4.0.
O ile pamięć masowa nie jest dla Ciebie najważniejsza, a dyski NVMe Gen 3 po prostu już jej nie wystarczają, PCIe 4.0 nie wydaje się warta aktualizacji ze starszych płyt głównych. Dyski PCIe Gen 4 oferują znaczące korzyści użytkownikom pracującym z dużymi plikami w sieci lub profesjonalistom, którzy potrzebują wyższych prędkości do profesjonalnych zastosowań i edycji wideo itp. W związku z tym, jeśli budujesz zupełnie nowy system, domyślnym wyborem powinien być płyty główne i procesory PCIe, aby mieć pewność, że system nie wstrzyma żadnych przyszłych aktualizacji, jeśli masz ochotę skorzystać z szybkiego napędu Gen 4. Dlatego nie ma zbytniej zachęty do aktualizacji ze starszej płyty głównej, ale dla nowych konstruktorów naszą domyślną rekomendacją byłoby wybranie płyt głównych obsługujących funkcję PCIe Gen 4.
