Is PCIe gen 4 het upgraden waard?

PCIe 4.0 is de volgende evolutie van een veelgebruikte, high-speed interface. Aangezien niets snel genoeg kan zijn als het om technologie gaat, is het geen verrassing dat er veel over PCIe 4.0 wordt gesproken. Maar door veel conversaties ontstaan ook veel misvattingen en openstaande vragen die moeten worden beantwoord, dus zijn we hier om juist dat te doen. Laten we beginnen.

Wat is PCIe Gen 4.0 en wat is het verschil ten opzichte van PCIe Gen 3.0?

Simpel gezegd, PCIe 4.0 heeft de dubbele doorvoer van PCIe 3.0. De twee standaarden lijken qua structuur sterk op elkaar, met als belangrijkste verschil de hogere overdrachtssnelheid en, in sommige gevallen, het materiaal dat wordt gebruikt om een succesvolle overdracht van het PCIe-signaal te bereiken. PCIe 3.0 biedt een gegevensoverdrachtssnelheid van 8GT/s, de snelheid van bits (0 en 1) die per seconde worden overgebracht en die worden verzonden van de host naar het eindapparaat of eindpunt. Een voorbeeld uit de praktijk is een NVMe SSD die werkt op PCIe 3.0. Industriële NVMe-schijven gebruiken 4 PCIe lanes. Als je dit vertaalt, is je theoretische maximale bitsnelheid via PCIe 3.0: 4 lanes x 8 (GT/s/lane) = 32GT/s.

4 lanes * 8 (GT/s/Lane) = 32GT/s

PCIe 4.0 werkt op 16 GT/s per lane.

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

Om de werkelijke hoeveelheid gegevens die kan worden overgedragen te bepalen, moet de coderingstechniek worden begrepen. PCIe Gen 3.0 en PCIe Gen 4.0 gebruiken een coderingstechniek van 128b/130b. Oudere generaties zoals PCIe Gen 2.0 gebruiken 8b/10b-codering. Deze coderingstechniek zet 128-bits gegevens om in 130-bits lijncode. Dit zorgt voor een redelijk klokherstel (dit is het proces van het extraheren van timinginformatie uit een gegevensstroom) en zorgt voor uitlijning van de datastroom. De twee extra bits bevatten een aanloop die helpt bij het klokherstel van de seriële datastroom, zodat de ontvanger de verzonden signalen kan decoderen. Dit betekent dat de maximale theoretische bandbreedte in Gbps (Gigabit per seconde) van elke PCIe Gen 4.0 er als volgt uitziet:

16GT/s * (128b/130b) =15.754Gbps

De codering kennende, kunnen we de overhead berekenen die nodig is om PCIe-gegevensstromen te verzenden. Dit wordt als volgt gevonden:

([130b-128b]/130b)*100 = 1.54%

De grotere bandbreedte zorgt voor een snellere gegevensoverdracht tussen de PCIe en het eindpunt (SSD, GPU, enz.). De verdubbeling van de bandbreedte wordt mogelijk gemaakt door nieuwe PCIe 4.0-controllers, zoals die in de AMD X570-chipset, evenals door low-loss diëlektrische materialen. Met low-loss diëlektrische materialen kunnen signalen met een hogere snelheid zich verder verspreiden via PCB’s.

Om meer over de wiskunde achter het PCIe 4.0 process te weten te komen, kan je dit artikel bekijken.

De techniek achter PCIe 4.0 wordt behoorlijk ingewikkeld en vereist veel wetenschappelijke kennis. Bekijk dit artikel voor meer details over de ontwikkeling van PCIe 4.0.

Hoe beïnvloedt PCIe 4.0 mijn keuze voor een SSD, NVMe en GPU?

Net als PCIe 3.0 is PCIe 4.0 voor en achterwaarts compatibel. Dit betekent dat PCIe 4.0 kan worden gebruikt als directe vervanging voor PCIe 3.0. Dit betekent ook dat als een PCIe 3.0-kaart wordt aangesloten op het PCIe 4.0 slot, de kaart presteert volgens de PCIe 3.0 specificaties. Dat gezegd hebbende, biedt PCIe 4.0 naast de hierboven beschreven grotere bandbreedte nog een ander belangrijk voordeel, en dat is de mogelijkheid voor ontwerpers en systeemintegrators om het aantal uitbreidingskaarten op een platform te vergroten. Apparaten die bijvoorbeeld tot 100Gbps bandbreedte vereisen, hebben nu slechts 8 lanes met PCIe 4.0 nodig, vergeleken met 16 lanes van het oudere PCIe 3.0. Als je chipsets koopt die PCIe 4.0 ondersteunen, zie je hier hoe dit jouw keuze en gebruik van GPU en SSD beïnvloedt.

PCIe 4.0 GPU

Vanwege de voor en achterwaartse compatibiliteit presteert een PCIe 3.0 GPU net als een PCIe 3.0 GPU-kaart als deze is aangesloten op een PCIe 4.0 (of in de toekomst een PCIe 5.0) slot. De specificaties van jouw GPU-kaart veranderen niet. Het enige voordeel van verbinding met een PCIe 4.0 is dat het gebruik kan maken van een PCIe 4.0 eindpunt, zoals de RX 5700XT van AMD. PCIe 4.0 zou een snellere overdracht mogelijk maken van de gegevens die in het geheugen van de GPU worden geladen en verminderde latency op de PCIe-bus. Naarmate videogames blijven groeien in bestandsgrootte en grafische complexiteit, en Machine Learning toepassingen steeds grotere datasets vereisen, zal PCIe 4.0 een grote rol spelen bij het verhogen van framesnelheden en het verminderen van de berekeningstijd.

Om in meer detail te zien hoe PCIe 4.0 snelheden verschillen van PCIe 3.0 kan je deze video bekijken waarin de framerates worden vergeleken.

PCIe 4.0 SSD

Net als bij PCIe 4.0 GPU’s resulteert het aansluiten van een PCIe 4.0 NVMe SSD in hogere datatransmissiesnelheden en een lagere latency. De voorwaarts-achterwaartse compatibiliteit is echter nog steeds van toepassing, dus je kunt elke SSD generatie aansluiten op de PCIe 4.0-interface en de snelheid wordt bepaald door de generatie van de PCIe SSD-controller. De grootste impact is de SSD’s lees- en schrijfsnelheid en de latency die nodig is om de gegevens op te halen of te schrijven. NVMe-schijven in PCIe 4.0 SSD’s kunnen tijdens gebruik twee keer zo snel zijn als hun vorige Gen 3 tegenhanger.

Waar kan ik chipsets kopen met PCIe 4.0 ondersteuning?

Op dit moment biedt alleen AMD PCIe 4.0 technologie op hun x86 platforms, waaronder:

  • De Ryzen 3000-serie gecombineerd met een moederbord en hun premium X570 chipset
  • De Threadripper 3000-serie op het nieuwe TRX40 platform
  • AMD Epyc Rome server platform

Zal ik wachten op PCIe 5.0?

Toekomstige producten van zowel AMD als Intel zullen PCIe 4.0 ondersteunen, met name Intel’s Ice Lake schaalbare Xeon-servers en, waarschijnlijk, volgende generatie releases binnen hun productlijnen. Een veel voorkomende misvatting is dat PCIe 5.0 al “om de hoek” staat. Hoewel de specificaties voor PCIe 5.0 momenteel beschikbaar zijn, is het onwaarschijnlijk dat PCIe 5.0 binnen een paar jaar commercieel verkrijgbaar zal zijn. Gelukkig kan je sommige OnLogic AMD producten in de zeer nabije toekomst verwachten die PCIe 4.0 zullen ondersteunen.