Что такое PCIe 4.0 и стоит ли обновлять систему в 2024 году?

• PCIe 4.0 широко используется в современных компьютерах, соединяя такие компоненты, как графические процессоры, центральные процессоры и твердотельные накопители NVMe. Он поддерживает высокую скорость передачи данных и обратную совместимость с более ранними версиями PCIe.
• PCIe 4.0 предлагает высокую пропускную способность, масштабируемость и готовность к будущему. Он может передавать 16 ГТ/с на линию, а слоты поддерживают конфигурации, такие как x1, x4, x8 и x16. Будущие версии, такие как PCIe 5.0 и 6.0, обещают еще более высокие скорости.
• SSD-накопители PCIe 4.0 могут достигать скорости до 8 ГБ/с при настройке 4-полосной шины. Для графических процессоров разница между PCIe 4.0 и 3.0 обычно невелика. Использование нескольких SSD-накопителей NVMe может перегрузить полосу пропускания чипсета, что повлияет на производительность системы.

PCIe 4.0 — это четвертое поколение стандарта Peripheral Component Interconnect Express (PCIe). Этот высокоскоростной стандарт последовательной шины расширения используется практически в каждом современном компьютере. PCIe обеспечивает быстрые соединения между различными компонентами, такими как графический процессор, центральный процессор и твердотельные накопители на базе NVMe.

Хотя его медленно заменяет его преемник, слоты PCIe 4.0 можно найти практически на каждой материнской плате, выпущенной за последние несколько лет. Поскольку спрос на высокоскоростные вычисления растет, нам нужны более быстрые, надежные и масштабируемые соединения шины данных. Давайте подробнее обсудим сам стандарт PCIe;

Стандарт PCIe

PCIe использует последовательную полнодуплексную связь, при которой данные могут одновременно отправляться и приниматься отправителем и получателем. С точки зрения программного обеспечения PCIe обратно совместим со старым стандартом PCI, даже если поддержка недоступна. Аналогично, PCIe обратно совместим сам с собой, то есть вы можете использовать SSD PCIe Gen 4.0 в слоте PCIe 3.0.

Между любыми двумя устройствами PCIe поддерживает соединения между 1–16 полосами. Слот x1 передает данные со скоростью 1 бит в секунду, слот x4 передает данные со скоростью 4 бита в секунду и т. д.

На этапе инициализации количество используемых полос может быть уменьшено до максимального значения, поддерживаемого обоими устройствами. Можно разместить устройство x1 PCIe в слоте x16, но пропускная способность будет ограничена. Аналогично, также возможно использование карты x16 PCIe в слоте x8. Как правило, указаны соединения со следующей шириной;

• PCIe x1
• PCIe x4
• PCIe x8
• PCIe x16

Это позволяет поддерживать не только устройства с высокой пропускной способностью (GPU), но и легкие сетевые устройства, такие как Gigabit Ethernet. На вашей материнской плате вертикальные полосы, которые вы часто видите, — это слоты PCIe. Любое устройство, размещенное над этими слотами, напрямую подключается к ЦП или маршрутизируется через PCH к ЦП.

Слоты PCIe | HP

ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ: NVMe PCIe M.2 против SATA — что стоит купить и почему? ➜

Преимущества PCIe

Будучи официальным стандартом в каждом ПК, PCIe имеет много козырей в рукаве. Он высокомасштабируемый, быстрый, поддерживает горячее подключение, обратно совместим и ориентирован на будущее. Давайте обсудим эти преимущества по одному;

1) Высокая пропускная способность

PCIe обеспечивает значительно более высокую скорость по сравнению со старыми стандартами. Это достигается за счет многополосной системы для увеличения скорости передачи данных. Более того, каждая итерация PCIe удваивает скорость последнего поколения. PCIe 4.0 может передавать 16 ГТ/с (гигапередачи) на полосу или почти 32 ГБ/с по каналу x16.

Скорости PCIe | Intel

Таблица из Википедии показывает пропускную способность, скорость передачи данных и технологии, используемые во всех версиях PCIe;

ВерсияВведенныйЛинейный кодСкорость передачи
на полосу[i][ii]Пропускная способность[i][iii]х1х2х4х8х161.02003НРЗ8б/10б2.5 ГТ/с0.250 ГБ/с0,500 ГБ/с1,000 ГБ/с2,000 ГБ/с4,000 ГБ/с2,020075,0 ГТ/с0,500 ГБ/с1,000 ГБ/с2,000 ГБ/с4,000 ГБ/с8,000 ГБ/с3,02010128б/130б8.0 ГТ/с0.985 ГБ/с1.969 ГБ/с3.938 ГБ/с7.877 ГБ/с15.754 ГБ/с4.0201716.0 ГТ/с1.969 ГБ/с3.938 ГБ/с7.877 ГБ/с15.754 ГБ/с31.508 ГБ/с5.0201932.0 ГТ/с3.938 ГБ/с7.877 ГБ/с15.754 ГБ/с31.508 ГБ/с63.015 ГБ/с6.02022ПАМ-4
ФЭК1б/1б
242Б/256Б ФЛИТ64,0 ГТ/с
32,0 ГБд7,563 ГБ/с15,125 ГБ/с30,250 ГБ/с60,500 ГБ/с121,000 ГБ/с7,02025
(планируется)128,0 ГТ/с
64,0 ГБд15,125 ГБ/с30,250 ГБ/с60,500 ГБ/с121,000 ГБ/с242,000 ГБ/счерез Википедию

ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ: Объяснение изменяемого размера PCIe BAR и памяти AMD Smart Access ➜

2) Масштабируемость

Поставщики материнских плат могут конфигурировать слоты PCIe практически любого размера, при условии, что они соответствуют стандарту. Графические процессоры обычно устанавливаются в слот 1×16, тогда как NVMe SSD имеют выделенные для них слоты x4.

PCH на вашей материнской плате часто использует соединение x4/x8 для связи с ЦП. Это соединение позволяет различным устройствам, таким как контроллеры Ethernet, карты WiFi и дополнительные твердотельные накопители NVMe, взаимодействовать в одном слоте x4/x8. Мы обсудим подробнее о линиях ЦП и PCH в следующем разделе.

3) Подготовка к будущему

PCIe имеет несколько запланированных будущих ревизий, включая PCIe 6.0 и PCIe 7.0. Последняя версия — PCIe 5.0, которая обеспечивает 32 ГТ/с на линию или почти 64 ГБ/с на 16 линиях. Процессоры Intel 12-го поколения (Alder Lake) были первыми процессорами x86, в которых реализована поддержка PCIe 5.0.

Затем последовал Zen4 от AMD с более чем 24 линиями PCIe 5.0. На рынке графических процессоров текущий графический процессор NVIDIA GH100 обеспечивает поддержку PCIe 5.0. Китайский графический процессор, Moore Thread's MTT S80, технически является первым потребительским графическим процессором с поддержкой PCIe 5.0, однако поддержка и доступность крайне ограничены.

PCIe 6.0 и 7.0 планируют увеличить пропускную способность до 64 ГТ/с и 128 ГТ/с соответственно. В 16-полосной компоновке это дает 128 ГБ/с и 242 ГБ/с пропускной способности соответственно. В настоящее время NVIDIA Blackwell-based GB100 является первым в мире графическим процессором PCIe 6.0.

ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ: Как узнать, сколько лет вашему компьютеру — Windows и Mac ➜

CPU против PCH PCIe Lines

А что если мы скажем вам, что не все линии PCIe одинаковы? Типичный Z790 имеет 16 линий PCIe 5.0 и 4 линии PCIe 4.0, напрямую связанных с ЦП. Давайте сначала определимся с некоторыми основами. Данные передаются от вашего GPU/SSD/сетевых устройств к ЦП, это достигается с помощью стандарта PCIe.

↪ Различие

Продолжая тему, наряду с прямыми полосами существуют и другие полосы для устройств с низкой пропускной способностью, таких как WiFi, сетевые подключения и встроенный звук. Для размещения этих устройств чипсет или PCH на вашей материнской плате имеет дополнительные нисходящие полосы. Таким образом, данные передаются из вашего Ethernet в чипсет (PCH), который отправляет эти данные в ЦП.

Блок-схема Z790 | Intel

На схеме выше чипсет имеет 20 линий PCIe 4.0 и 8 линий PCIe 3.0 (слева), что кажется большим количеством, но они подключены к ЦП с помощью узкого канала x8 DMI 4.0 (16 ГБ/с). Любые данные, проходящие через эти каналы, сталкиваются с задержкой и могут легко перегрузить довольно узкий канал.

Вы также можете услышать термин «линии HSIO», которые являются высокоскоростными линиями ввода-вывода, используемыми для соединения всех линий PCIe в вашей системе. Они не представляют особого интереса для среднего потребителя. Для контекста, чипсет Z790 предлагает 38 высокоскоростных линий ввода-вывода, разделенных на 20 линий PCIe 4.0 и 8 линий PCIe 3.0, а также другие, зарезервированные для подключения.

↪ Влияние на реальный мир

На той же материнской плате Z790 вы можете использовать верхний слот (x16 PCIe 5.0) для графического процессора и нижний слот (x4 PCIe 4.0) для быстрого накопителя NVMe (до 8 ГБ/с). Любой другой SSD NVMe будет маршрутизироваться от PCH или через x8 DMI 4.0 (эквивалент x8 PCIe 4.0). Если вы подключите несколько SSD и других носителей, вы можете легко превысить ограничения канала DMI (16 ГБ/с).

Более того, на B660 среднего уровня соединение ограничено всего лишь x4 DMI 4.0 (8 ГБ/с). В случае X670E от AMD ЦП изначально имеет 24 линии PCIe 5.0 и 4 линии PCIe 4.0 общего назначения. Чипсет предлагает 12 дополнительных линий PCIe 4.0 и 8 линий PCIe 3.0. Однако, опять же, PCH и ЦП соединены недостающим соединением x4 PCIe 4.0 (8 ГБ/с).

Если вы, скорее всего, будете использовать более 2 твердотельных накопителей NVMe, попробуйте рассмотреть платформу HEDT/рабочая станция. AMD Threadripper 7000 PRO оснащен 128 линиями PCIe Gen 5.0, напрямую подключенными к ЦП.

ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ: 5 лучших твердотельных накопителей PCIe Gen 4 — самые производительные варианты M.2 ➜

Что такое PCIe 4.0?

В конце 2011 года PCI-SIG представила начальные спецификации для стандарта PCIe 4.0, который, как утверждается, должен был предложить 16 ГТ/с или 32 ГБ/с в 16-полосной конфигурации. Официальный запуск занял почти 6 лет, и в июне 2017 года PCI-SIG официально представила окончательные спецификации PCIe 4.0.

AMD стала первым производителем потребительских чипов, выпустившим процессоры с поддержкой PCIe 4.0, начав с Zen2 и флагманского чипсета X570E в 2019 году. Intel немного опоздала, и PCIe 4.0 появился в синей версии с Tiger Lake в следующем году.

PCIe 4.0 использует технологию кодирования 128b/130b для преобразования 128-битных данных в 130-битные. Это означает эффективность почти 98,46%, что намного эффективнее предыдущих итераций.

Формула для расчета пропускной способности со стандартом PCIe выглядит следующим образом: Количество полос × Скорость передачи данных в ГТ/с × Кодирование. На 4 полосах PCIe 4.0 может развивать скорость до 4 × 16 ГТ/с × 128/130 = 63 Гбит/с или 7,87 ГБ/с. Это дает почти 98,46% эффективности, что намного лучше, чем у PCIe 1.0 и 2.0, которые предлагают всего 80% эффективности.

↪ Влияние на SSD и GPU

С точки зрения реальной производительности, 4-полосный канал PCIe 4.0 для SSD обеспечивает максимальную скорость около 8 ГБ/с. Это соответствует тому, что обеспечивают большинство потребительских высокопроизводительных SSD PCIe 4.0, таких как Samsung 990 PRO и WD Black SN850X.

Большинство графических процессоров имеют интерфейс шины x8 или x16, которого вполне достаточно даже для старых версий PCIe. Однако исключением является Radeon RX 6500 XT с ограниченным интерфейсом x4. Если ваш ПК использует PCIe 3.0 для первого слота x16, ваша пропускная способность будет ограничена всего 4 ГБ/с с RX 6500 XT. Это приводит к разнице производительности почти в 70% в некоторых играх между PCIe 4.0 и PCIe 3.0.

Кроме того, вы можете упустить несколько кадров с картой x8/x16. Если вы не собирали свой ПК некоторое время назад, у вас, скорее всего, будет PCIe 4.0, как это было представлено с Rocket Lake-S (11-е поколение) для Intel и Zen2 (Ryzen 3000) для AMD, хотя вам понадобится как минимум B550 или X570.

ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ: RTX 3070 против RX 6700 XT: какую видеокарту купить в 2024 году? ➜

Страх, неуверенность и сомнение

Потребовалось всего несколько лет, чтобы рынок увидел внезапный переход от систем с PCIe 4.0 к системам с PCIe 5.0. Производители ЦП постепенно вводят больше слотов PCIe 5.0 с новыми чипсетами. Более того, SSD быстрее 8 ГБ/с технологически ограничены стандартом PCIe 4.0. Так что, пришло время для обновления?

Вообще говоря, все современные графические процессоры поддерживают не выше PCIe Gen 4.0. Можно подумать, что PCIe 4.0 и PCIe 3.0 будут иметь огромный разрыв в производительности, но это не так.

Gamer's Nexus провел некоторое тестирование, и, несмотря на двукратную разницу в пропускной способности, FPS улучшился незначительно — всего на 2–3% между Gen 3 и Gen 4. Само собой разумеется, что PCIe Gen 5.0 обеспечит еще меньшее улучшение.

Shadow Of The Tomb Raider, RTX 4090. PCIe 3.0 против 4.0 (x16) | Геймерский Nexus

Аналогично, в отделе SSD, первый аргумент заключается в том, что SSD с поддержкой PCIe 5.0 дороги. При эквивалентной емкости SSD Gen 5 почти в 2 раза дороже, чем SSD Gen 4. Во-вторых, улучшение скорости незначительно, поскольку технология PCIe 5.0 еще не достигла своего истинного потенциала. Вы бы заплатили в 2 раза больше за скорость в 1,5-1,6 раза больше (более 12000 МБ/с).

Наконец, SSD-накопители PCIe 5.0 работают очень жарко. Вам почти всегда требуется радиатор или даже активное охлаждение время от времени для устойчивой пиковой производительности. Если ваша рабочая нагрузка не может фактически использовать этот уровень пропускной способности, то это не стоит инвестиций.

↪ Потенциальная выгода от обновления

Однако весомым аргументом в пользу PCIe 5.0 является то, что некоторые из будущих разработок Intel Платы Z890 по слухам, они будут иметь слот x8 PCIe 5.0 (эквивалент x16 PCIe 4.0 для 32 ГБ/с) для GPU. Это оставляет 3 слота x4 PCIe 5.0 для SSD, напрямую к CPU вместе с еще одним слотом x4 PCIe 4.0. Таким образом, вы получаете лучшее из обоих миров, предоставляя более чем достаточную пропускную способность для GPU.

Утечка спецификаций процессоров Intel серии 800 LGA 1800 | Джейкин

Обратите внимание, что это всего лишь слух, и не все высокопроизводительные материнские платы Z890 будут поддерживать эту конфигурацию.

ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ: Расширенное руководство по покупке SSD – типы NAND, кэш DRAM, пояснения HMB ➜

Заключение

Вывод таков, что любая современная система должна быть оснащена как минимум одним слотом x16 PCIe 4.0, а дополнительный x4 должен быть на основе PCIe 4.0 или PCIe 3.0, в зависимости от модели вашей платы. В свете этих фактов можно легко сказать, что вам следует обновить свою систему на основе CPU, GPU и других компонентов, а не поколения PCIe.

Старые графические процессоры на ПК PCIe 3.0 могут не увидеть большого прироста производительности даже при обновлении до PCIe 4.0. То же самое можно сказать и о современных графических процессорах, хотя, как ни странно, ни один графический процессор пока не поддерживает PCIe 5.0. Если у вас ограниченный бюджет, то PCIe 4.0/3.0 вам подойдет.

Однако, если вам нужна высокопроизводительная система, будущие чипсеты могут довольно эффективно предоставить вам множество вариантов хранения (3 x4 PCIe 5.0 + 1 x4 PCIe 4.0) с достаточной пропускной способностью для графического процессора, хотя вам понадобится графический процессор PCIe 5.0 (x8), которого на данный момент не существует. Это связано с тем, что RTX 4090 будет работать на скоростях PCIe 4.0 x8 (16 ГБ/с, что эквивалентно PCIe 3.0 x16), поскольку он поддерживает только PCIe 4.0.

Часто задаваемые вопросы

Можно ли использовать твердотельный накопитель PCIe 4.0 на материнской плате PCIe 3.0?

Да, стандарт PCIe обратно совместим. SSD PCIe 4.0 будет отлично работать на материнской плате PCIe 3.0. Однако ваши скорости будут ограничены PCIe 3.0 x4 (4 ГБ/с).

Снизится ли производительность при использовании нескольких твердотельных накопителей NVMe?

Если ваши SSD-накопители подключены через PCH/чипсет, перегрузка DMI x4 довольно проста и может снизить производительность других компонентов, а также любых установленных SSD-накопителей.

Что такое полосы HSIO?

Концепция линий HSIO специфична для производителя платы. Потребители не могут изменить предварительно выделенные линии для таких устройств, как Ethernet, USB, Sound и WiFi. Для простоты лучше всего просмотреть общее количество линий PCIe (CPU+PCH).