PCIe 4.0 – что нового и нужно ли обновляться?

AMD удостоилась чести стать первой компанией, внедрившей PCIe Gen 4 в настольные ПК, запустив чипсет X570 в июне 2019 года на Computex. PCIe 4.0 обещает внести множество улучшений в интерфейс PCI Express, поскольку это самое большое изменение стандарта PCIe с 2010 года. На момент написания PCIe Gen 4 все еще не получил широкого распространения, но он начинает получать широкое распространение. только от производителей процессоров и материнских плат, таких как AMD, но также и от производителей видеокарт, таких как Nvidia и собственное подразделение AMD Radeon. Но действительно ли вам нужен PCIe Gen 4? И если да, то как вы это получите? Однако, прежде чем мы ответим на эти вопросы, нам нужно понять, что такое PCIe 4.0 на самом деле.

Платы X570, такие как линейка ASUS ROG X570, поддерживают PCIe Gen 4 – Изображение: ASUS

Что такое PCIe 4.0?

PCIe 4.0 – это последняя разработка широко применяемого высокоскоростного интерфейса связи, известного как PCI или Peripheral Component Interconnect Express. Проще говоря, PCIe 4.0 – это следующая итерация интерфейса PCIe, который используется для подключения дополнительных карт, таких как видеокарты и диски M.2, к материнской плате. Текущее поколение PCIe, PCIe 3.0, было стандартом для настольных ПК с 2010 года, а теперь PCIe 4.0 обеспечивает его обновление. По сравнению со старым, но все еще довольно быстрым PCIe 3.0, новый PCIe 4.0 по существу обеспечивает вдвое большую общую пропускную способность. То есть PCIe 4.0 обеспечивает вдвое большую пропускную способность, чем PCIe 3.0, достигая колоссальных 64 ГБ / с по сравнению с жалкими 32 ГБ / с для PCIe 3.0 по каналу x16. Следующая диаграмма из PCI-SIG, органа, который управляет стандартом PCI, показывает разницу в пропускной способности между различными поколениями PCIe.

Улучшения пропускной способности поколения PCIe – Изображение: PCI-SIG

Однако эти два стандарта по-прежнему очень похожи по своей структуре. Ключевое различие заключается только в скорости передачи и, в некоторых случаях, в материале, используемом для успешной передачи сигнала с более высокой скоростью. В то время как PCIe 3.0 работал со скоростью 8 ГТ / с (скорость битов 0 и 1), новый PCIe 4.0 работал со скоростью 16 ГТ / с на полосу. Это вдвое увеличивает общую пропускную способность с 32 ГБ / с для стандарта PCIe 3.0 до 64 ГБ / с для PCIe 4.0. Однако, помимо преимущества в пропускной способности, между двумя поколениями очень мало различий, которые имеют какое-либо значение для конечного пользователя. PCIe 4.0 действительно имеет лучшую надежность и целостность сигнала для повышения производительности.

Что нового?

Что ж, мы уже обсуждали, что главное, что отличает PCIe 4.0 от PCIe 3.0, – это значительное увеличение пропускной способности. В то время как PCIe 3.0 имел максимальную пропускную способность 32 ГБ / с, PCIe 4.0 удваивает ее до 64 ГБ / с. Что интересно, так это то, как PCIe 4.0 удается удвоить пропускную способность. Необходимо понимать технику кодирования, чтобы определить фактический объем данных, который может быть передан.

PCIe Gen 3.0 и PCIe Gen 4.0 используют технику кодирования 128b / 130b, тогда как более старые поколения, такие как PCIe 2.0, использовали технику кодирования 8b / 10b. Этот метод кодирования преобразует 128-битные данные в 130-битную строку кода. Это обеспечивает выравнивание потока данных, а также обеспечивает разумное восстановление тактовой частоты. Clock Recovery – это процесс извлечения информации о синхронизации из потока данных. Все это означает, что максимальная теоретическая пропускная способность в Гбит / с каждого PCIe Gen 4.0 выглядит следующим образом:

16GT / sx (128b / 130b) = 15,754 Гбит / с

Кодирование позволяет нам рассчитать накладные расходы, необходимые для передачи потоков данных PCIe, и это определяется по следующей формуле:

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

Затем удвоение пропускной способности становится возможным благодаря новым контроллерам PCIe, таким как тот, что установлен на чипсетах AMD X570 и B550. В процессе также используются диэлектрические материалы с низкими потерями, что позволяет более высокоскоростным сигналам распространяться дальше через печатные платы.

Улучшения стандартов PCIe от поколения к поколению – Изображение: PCI-SIG

PCIe 4.0 для игр

Но что все эти вычисления и теоретическая двойная пропускная способность означают для геймеров? Можно ли ожидать удвоения производительности графических процессоров из-за увеличения пропускной способности? Что ж, вы, наверное, уже догадались, что это просто невозможно. Да, PCIe 4.0 значительно улучшил пропускную способность графического процессора и материнской платы, но это не приводит к реальной игровой производительности. Графические процессоры с интерфейсом PCIe 4.0 существуют и сейчас: как серии AMD RX 5000, так и серии 6000, а также графические карты серии Nvidia RTX 3000, поддерживающие PCIe Gen 4. Однако, даже если вы соедините эти блестящие новые графические карты PCIe Gen 4 с PCIe Материнские платы Gen 4, такие как X570, и ЦП PCIe Gen 4, такие как Zen 3 на базе серии Ryzen 5000 от AMD, вы все равно не увидите заметного повышения производительности.

Серия Nvidia GeForce RTX 3000 поддерживает PCIe Gen 4

Но почему так? Что ж, основная причина, по которой дополнительная полоса пропускания не помогает повысить производительность, заключается в том, что в настоящее время даже пропускная способность PCIe Gen 3.0 не полностью используется видеокартами. PCIe Gen 3.0 по-прежнему предлагает большую пропускную способность, и даже самые высокопроизводительные видеокарты даже не приблизились к ее насыщению. Фактически, многие из высокопроизводительных карт, таких как Nvidia GeForce RTX 3080, могут работать с почти полной производительностью даже при использовании канала PCIe 3.0 x8 или канала PCIe 2.0 x16. Следовательно, добавление большей пропускной способности к еще не загруженному соединению не поможет.

Однако если мы попытаемся заглянуть в будущее, то увидим, что дополнительная пропускная способность PCIe 4.0 станет преимуществом в будущем. Размер ресурсов видеоигр и графическая сложность продолжают увеличиваться день ото дня, поэтому мы, наконец, можем увидеть некоторое преимущество в дополнительной скорости соединения PCIe, если интерфейс PCIe 3.0 просто не сможет справиться с этим. PCIe 4.0 может по-прежнему играть большую роль, позволяя машинам будущего не сдерживаться из-за отсутствия пропускной способности канала PCIe, особенно в условиях, когда приложениям с интенсивной нагрузкой, таким как машинное обучение, по-прежнему требуются все большие и большие наборы данных.

PCIe 4.0 для хранения

Теперь мы подошли к основной причине, по которой PCIe 4.0 на самом деле является привлекательным обновлением. PCIe 4.0 позволяет использовать гораздо более быстрые варианты хранения. Существуют накопители PCIe Gen 4, которые абсолютно сокрушают даже самые быстрые накопители NVMe PCIe Gen 3 с точки зрения необработанных чисел и просто приводят к полному стыду накопителей SATA. С PCIe Gen 4 мы, наконец, видим, что диски превышают число 5 ГБ / с с точки зрения последовательного чтения, в то время как диски PCIe Gen 3 NVMe, как правило, превышают около 3,5 ГБ / с. Один особенно быстрый накопитель, Gigabyte Aorus M.2 PCIe 4.0, обеспечивает колоссальные скорости чтения 5 ГБ / с и записи 4,3 ГБ / с, что примерно на 35-40% выше, чем у самого быстрого SSD M.2 PCIe Gen 3. Это связано с тем, что, в отличие от видеокарт, твердотельные накопители на этой платформе фактически могут использовать дополнительную пропускную способность.

Скорости твердотельных накопителей PCIe Gen 4 – Изображение: HotHardware

Ситуация станет еще более экстремальной, если вы добавите в систему RAID. Как мы объясняли в нашей статье об уровнях RAID, RAID 0 фактически удваивает скорость двух дисков, помещенных в RAID, при этом подвергая риску избыточность дисков. Gigabyte использовала карту расширения PCIe 4.0 с четырьмя твердотельными накопителями PCIe M.2 емкостью 2 ТБ в массиве RAID 0 и достигла невероятных результатов при чтении и записи 15,5 ГБ / с – 15,4 ГБ / с. Это беспрецедентный уровень производительности, который, хотя, по общему признанию, очень дорогой, стал возможным исключительно благодаря явному увеличению пропускной способности PCIe Gen 4.

AIC, который Gigabyte использовала, чтобы выдвинуть безумные цифры пропускной способности – Изображение: PCWorld

Как получить PCIe 4.0?

Хотя PCIe 4.0 действительно звучит впечатляюще, когда можно услышать такие цифры, как 15 Гбит / с, действительно существует определенный набор требований, которые необходимо выполнить, чтобы PCIe 4.0 был запущен и работал. Чтобы получить PCIe Gen 4, необходимо выполнить три основных требования.

• Материнская плата, совместимая с PCIe Gen 4
• Процессор, совместимый с PCIe Gen 4
• Графический процессор / твердотельный накопитель, совместимый с PCIe Gen 4

Если говорить о материнских платах, есть два набора микросхем от AMD, которые в настоящее время поддерживают PCIe Gen 4 на момент написания. Набор микросхем X570 и набор микросхем B550 – единственные два набора микросхем в команде Red, которые обеспечивают совместимость с PCIe Gen 4, и даже между этими двумя наборами микросхем только X570 обеспечивает полноценную совместимость функций PCIe Gen 4. Старые модели B450, X470, B350, X370, A320, а также наборы микросхем A520 не поддерживают PCIe Gen 4 и никогда не будут поддерживать, поскольку поколения PCIe не имеют обратной совместимости. Кроме того, платформа TRX40 Threadripper и серверная платформа AMD EPYC Rome также поддерживают PCIe Gen 4.

Что касается Intel, платформа Z490 поддерживает PCIe Gen 4, хотя на момент написания статьи нет процессоров Intel, поддерживающих эту функцию. Вскоре ожидается, что это изменится, поскольку подтверждено, что настольные процессоры Intel Rocket Lake 11-го поколения не только будут работать с платами Z490, но также будут поддерживать PCIe Gen 4, так что это положительный момент от Team Blue. Платы среднего уровня B-серии и бюджетные H-серии вообще не поддерживают PCIe Gen 4.

Подтверждено, что процессоры Intel Rocket Lake 11-го поколения также имеют поддержку PCIe Gen 4 – Изображение: Intel

Что касается процессоров, то и серия AMD Ryzen 3000, и новая серия AMD Ryzen 5000 официально поддерживают PCIe Gen 4. На момент написания статьи Intel по-прежнему не имеет поддержки PCIe Gen 4 на своих процессорах для настольных ПК, но подтверждено, что грядущие процессоры Rocket Lake 11-го поколения будут поддерживать эту функцию.

Наконец, продукты, которые вы фактически вставляете в слоты PCIe. Что касается графических процессоров, то видеокарты серии Nvidia RTX 3000, AMD RX 5000 и AMD RX 6000 официально поддерживают эту функцию. Что касается твердотельных накопителей, у нас есть широкий выбор твердотельных накопителей PCIe Gen 4 от множества разных производителей. Некоторые из них включают Corsair Force MP600, Sabrent Rocket 4.0, Samsung 980 Pro, Seagate FireCuda и твердотельный накопитель Gigabyte Aorus PCIe 4.0.

Corsair MP600 – один из самых быстрых накопителей PCIe Gen 4 – Изображение: Corsair

Компромиссы

Как и в случае с любым другим обновлением, есть несколько компромиссов, которые сочетаются с преимуществами. У обновления PCIe 4.0 не так много недостатков, но есть несколько причуд, о которых вам нужно знать.

Во-первых, PCIe Gen 4 перегревается. Не только сами диски нагреваются, но и набор микросхем на материнской плате также сильно нагревается из-за реализации PCIe Gen 4. Что касается приводов, это означает, что почти все приводы, которые мы видели до сих пор, включали в себя радиаторный охладитель. Радиатор обеспечивает пассивное охлаждение микросхем памяти и поддерживает оптимальную температуру флеш-памяти NAND. Что касается набора микросхем, производители материнских плат посчитали, что лучше всего было бы включить активное охлаждение, поэтому почти все платы X570 имеют встроенный вентилятор, который вращается и обеспечивает активное охлаждение набора микросхем под нагрузкой. Платы B550 отказались от вентилятора в пользу пассивного охлаждения.

Твердотельный накопитель Gigabyte Aorus PCIe Gen 4 оснащен радиатором-кулером – Изображение: Gigabyte

Помимо горячих компонентов, существует также компромисс, связанный с ценой на материнские платы, содержащие реализацию PCIe 4.0. Неудивительно, что платы X570, B550 и Z490 дороже, чем варианты B-серии и H-серии в обеих линейках. Это немного усложняет обновление до PCIe 4.0, поскольку покупатель теперь должен взвесить преимущества PCIe 4.0 с дополнительными затратами, чтобы принять решение о покупке.

Стоит ли обновляться?

Итак, есть ли у вас причина покупать высококачественную материнскую плату, новый процессор и дорогой SSD, чтобы насладиться PCIe 4.0? Ну, наверное, нет. Основное преимущество PCIe 4.0 на данный момент заключается в хранении данных. Если вы не создаете новую машину с нуля, в PCIe 4.0, похоже, недостаточно стимулов, чтобы гарантировать обновление с плат B450 или X470 или даже старых процессоров Ryzen или Intel на более новые, если мы сохраним производительность на уровне одна сторона. Как мы ускользали ранее, PCIe 4.0 практически не влияет на игровую производительность системы, поэтому обновление видеокарты на данный момент не включает вопрос о поддержке PCIe 4.0.

Если память не имеет для вас первостепенной важности и диски NVMe Gen 3 просто больше не подходят, PCIe 4.0, похоже, не стоит обновления со старых материнских плат. Диски PCIe Gen 4 действительно предлагают значительные преимущества для пользователей, работающих с большими файлами по сети или профессионалов, которым требуется более высокая скорость для профессиональных приложений и редактирования видео и т. Д. С учетом сказанного, если вы создаете совершенно новую систему, выбор по умолчанию должен быть материнские платы и процессоры PCIe, чтобы убедиться, что система не будет сдерживать никаких будущих обновлений, если вам захочется отказаться от быстрого накопителя Gen 4 в будущем. Следовательно, нет особых стимулов для обновления со старой материнской платы, но для новых сборщиков наша рекомендация по умолчанию будет заключаться в использовании материнских плат, поддерживающих функцию PCIe Gen 4.