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Ihr ultimativer Guide zum Verständnis von PCIe Gen 4.0

Von ·Kategorien: Technik erklärt·Published On: April 15th, 2022·5,1 min read·

Ist PCIe Gen 4 das Upgrade wert?

PCIe 4.0 ist die nächste Entwicklung einer weit verbreiteten Hochgeschwindigkeitsschnittstelle. Da nichts jemals schnell genug ist, wenn es um Technologie geht, ist es keine Überraschung, dass PCIe 4.0 viel besprochen wurde. Aber mit viel Diskussion kommen viele Missverständnisse und offene Fragen auf, die geklärt werden müssen. Deshalb sind wir hier, um genau das zu tun. Lassen Sie uns anfangen.

Wenn Sie mehr über PCIe im Allgemeinen erfahren möchten, sehen Sie sich unser Video zu den PCIe-Grundlagen in 60 Sekunden an.

Was ist PCIe Gen 4.0 und wie unterscheidet es sich von PCIe Gen 3.0?

Einfach ausgedrückt: PCIe 4.0 hat einen doppelt so hohen Durchsatz wie PCIe 3.0. Diese zwei Standards sind strukturell sehr ähnlich. Der Hauptunterschied ist die höhere Transferrate und in einigen Fällen, das verwendete Material, um eine erfolgreiche Übertragung des PCIe-Signals zu erreichen. PCIe 3.0 bietet eine Datenübertragungsrate von 8 GT/s, die Bitrate (0’en und 1’en), die pro Sekunde übertragen wird vom Host zum Endgerät oder Endpunkt. 

Schauen wir uns ein reales Beispiel eines NVMe-Laufwerks an, das mit PCIe 3.0 und PCIe 4.0 betrieben wird. 

  • NVMe-Laufwerke mit Industriestandard nutzen vier PCIe-Lanes. 
    • Ihre theoretische maximale Bitrate über PCIe 3.0 wäre:
      • 4 Lanes x 16 (GT/s / Lane) = 32 GT/s.
    • Ihre theoretische maximale Bitrate über PCIe 4.0 wäre:
      • 4 Lanes x 32 (GT/s/Lane) = 64 GT/s

PCIe 4.0 betrieben mit 16 GT/s pro Lane.

4 Lanes * 16 (GT/s/Lane)=64 GT/s

Die Bedeutung der PCIe-Verschlüsselung

Um die tatsächlich übertragbare Datenmenge zu bestimmen, muss die Verschlüsselungstechnik verstanden werden. PCIe Gen 3.0 und PCIe Gen 4.0 nutzen eine 128b/130b-Verschlüsselungstechnik. Ältere Generationen wie PCIe Gen 2.0 nutzen eine 8b/10b-Verschlüsselung. Diese Verschlüsselungstechnik transformiert 128-Bit-Daten in einen 130-Bit-Zeilencode. Dies ermöglicht eine vernünftige Taktrückgewinnung (d. h. den Prozess der Extraktion von Zeitinformationen aus einem Datenstrom) und gewährleistet die Anpassung des Datenstroms. Die zwei Extra-Bits enthalten eine Präambel, die bei der Taktrückgewinnung des Seriendatenstroms hilft, damit der Empfänger die übermittelten Signale dekodieren kann. Das bedeutet, die maximale theoretische Bandbreite in Gbps (Gigabit pro Sekunde) jedes PCIe Gen 4.0 sieht folgendermaßen aus:

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

Die Verschlüsselung zu kennen, ermöglicht uns, den für die Übertragung von PCIe-Datenströmen erforderlichen Aufwand zu berechnen.

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

Die Erhöhung der Bandbreite ermöglicht eine schnellere Datenübertragung zwischen dem PCIe und dem Endpunkt (SSD, GPU etc.). Die Verdopplung der Bandbreite wird durch neue PCIe 4.0 Controller möglich gemacht wie den, der im AMD X570 Chipsatz enthalten ist sowie durch verlustarme dielektrische Materialien. Letztere ermöglichen die weitere Ausbreitung von Signalen mit höherer Geschwindigkeit durch PCBs.

Um mehr über die Mathematik hinter dem PCIe 4.0 Prozess zu erfahren, sehen Sie sich diesen Artikel an.

Die Technik hinter PCIe 4.0 wird ziemlich kompliziert und beinhaltet eine Menge Wissenschaft. Lesen Sie diesen Artikel, um die Details hinter der Entwicklung von PCIe 4.0 zu erfahren.

Wie beeinflusst PCIe 4.0 meine Wahl von SSD, NVMe und GPU?

Wie PCIe 3.0 ist PCIe 4.0 vorwärts und rückwärts kompatibel. Wenn Sie jedoch eine PCIe 3.0-Karte an einen PCIe 4.0-Steckplatz anschließen, entspricht die Leistung der Karte den PCIe 3.0-Spezifikationen. Dennoch bietet PCIe 4.0 einen weiteren entscheidenden Vorteil zusätzlich zu seiner oben beschriebenen höheren Bandbreite und das ist die Möglichkeit für Designer und Systemintegratoren, die Menge der Erweiterungskarten auf einer Plattform zu erhöhen. Zum Beispiel erfordern Geräte, die bis zu 100 Gbps an Bandbreite benötigen nur acht Lanes mit PCIe 4.0 im Vergleich zu 16 Lanes mit dem älteren PCIe 3.0. Wenn Sie Chipsätze kaufen, die PCIe 4.0 unterstützen, erfahren Sie hier, wie sich dies auf Ihre Wahl und Verwendung von GPU und SSD auswirkt.

PCIe 4.0 GPU

Aufgrund der Vorwärts- und Rückwärtskompatibilität wird eine PCIe 3.0 GPU wie eine PCIe 3.0 GPU-Karte funktionieren bei einer Verbindung mit einem PCIe 4.0 (oder in der Zukunft mit einem PCie 5.0-Steckplatz). Die Spezifikationen Ihrer GPU-Karte ändern sich nicht. Der einzige Vorteil wäre die Möglichkeit, einen PCIe 4.0-Endpunkt wie den RX 5700XT von AMD zu nutzen. Dies würde eine schnellere Übertragung der Daten ermöglichen, die auf die GPU-Memory geladen werden und die Latenzzeit auf dem PCIe-Bus reduzieren. Da Videospiele in ihrer Dateigröße und grafischen Komplexität weiter zunehmen und Machine-Learning-Anwendungen immer größere Datensätze erfordern, wird PCIe 4.0 eine große Rolle bei der Erhöhung der Bildraten und der Reduktion der Rechenzeit spielen. 

Um weiter zu sehen, wie sich die Geschwindigkeiten von PCIe 4.0 gegenüber PCIe 3.0 unterscheiden, sehen Sie sich dieses Video an, das die Bildraten vergleicht.

PCIe 4.0 SSD

Die Verbindung einer PCIe 4.0 NVMe SSD resultiert in höheren Datenübertragungsraten und einer geringeren Latenz. Die Vorwärts-Rückwärts-Kompatibilität gilt jedoch weiterhin, so dass Sie jede beliebige SSD-Gen an die PCIe 4.0-Schnittstelle anschließen können und die Geschwindigkeit durch die Controller-Generation des PCIe der SSD bestimmt wird. Dabei haben die SSD-Lese- und Schreibgeschwindigkeiten sowie die Latenzzeit, die zum Abrufen oder Schreiben der Daten erforderlich sind, die größte Auswirkung. NVMe-Laufwerke in den PCIe 4.0 SSDs können während des Betriebs doppelt so schnell sein wie deren vorherige Gen 3-Pendants.

Welche Prozessoren unterstützen PCIe 4.0?

Die folgenden Prozessoren unterstützen PCIe 4.0 für diejenigen, die den größtmöglichen Durchsatz nutzen möchten:

  • Intel Core-Prozessoren der 11. Generation
  • Intel Core-Prozessoren der 12. Generation
  • skalierbare Intel Xeon-Prozessoren der 3. Generation
  • AMD Ryzen-Prozessoren der Serien 3000 und 5000
  • AMD EPYC Prozessoren der Serien 7002 und 7003

Informieren Sie sich über unsere neueste Produktlinie der Rugged Computer, die Karbon 800 Serie. Die Serie basiert auf den Intel Core Prozessoren der 12. Generation. Diese unterstützen PCIe 4.0. 

Soll ich auf PCIe 5.0 warten?

Ein häufig verbreitetes Missverständnis ist, dass PCIe 5.0 “gleich um die Ecke” ist. Derzeit sind die Spezifikationen für PCIe 5.0 und PCIe 6.0 zwar verfügbar. Jedoch kann es leider eher noch Jahre anstatt Monate dauern, bis die Produkte kommerziell erhältlich sind. Sehen Sie sich unseren ultimativen Guide zu PCIe 5.0 an. Glücklicherweise können Sie erwarten, dass einige OnLogic-AMD-Produkte in naher Zukunft PCIe 4.0 unterstützen werden.

Hinweis: Wir haben diesen Blogbeitrag ursprünglich am 25. Februar 2020 veröffentlicht. Am 15. April 2022 haben wir ihn inhaltlich aktualisiert. 

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