Jouw ultieme handleiding voor PCIe 4.0

By ·Categorieën: Techniek uitgelegd·Published On: juni 5th, 2023·5,6 min read·

Is Pci express 4.0 het upgraden waard?

PCI express 4.0 (ook wel PCIe gen 4.0, PCIe 4.0 of PCI 4.0 genoemd) is de vierde versie van een veelgebruikte, high-speed interface voor computer-randapparatuur. Aangezien niets snel genoeg lijkt te zijn als het om technologie gaat, is het geen verrassing dat er veel over PCIe wordt gesproken. De vele discussies leiden tot veel misvattingen en onbeantwoorde vragen. 

Wat is PCIe 4.0? Waarin verschilt het van vorige generaties als PCIe 3.0? Is PCIe gen 4.0 achterwaarts compatibel met 3.0? En hoe zit het met de nieuwere generaties, PCIe 5.0 en PCI 6.0? Wij helpen al je vragen te beantwoorden.

Wil je meer over PCI express in het algemeen leren, bekijk dan vooral onze video, PCIe Basics in 60 Seconds.

PCIe 3.0 vs PCIe 4.0: Wat zijn de voornaamste verschillen?

Simpel gezegd, PCIe 4.0 heeft een twee keer zo hoge doorvoer als PCIe 3.0. Dit is het geval met elke nieuwe PCIe-generatie. 

  • PCIe 3.0 overdrachtssnelheid = van 8GT/s (Gigatransfers per seconde) per lane
  • PCIe 4.0 overdrachtssnelheid = 16GT/s per lane.

Een afbeelding met de verschillende PCIe-generaties en bijbehorende snelheden waaronder PCI express 4.0

Het maximum aantal lanes is, net als bij PCIe 3.0, 16. Dat betekent tot 16 lanes met 16GT/s per lane, oftewel 16 Lanes x 16GT/s = 256GT/s per apparaat!

Let op: GT/s is het aantal bits (nullen en enen) dat per seconde van de host naar het eindapparaat of eindpunt wordt verstuurd.

Hoewel de twee PCI Express standaarden elektrisch en mechanisch sterk op elkaar lijken, zijn er soms wijzigingen in het materiaal op het moederbord nodig om hogere overdrachtsnelheden mogelijk te maken. Dit kan extra kosten opleveren voor Gen 4.0.

Laten we eens kijken naar een praktijkvoorbeeld van een grafische kaart (GPU) die werkt op PCIe 3.0 en PCIe 4.0.

  • Standaard industriële GPU’s gebruiken 16 PCIe lanes.
    • De theoretische top-bitsnelheid met PCIe 3.0 is:
      • 16 lanes x 8 (GT/s/Lane) = 128 GT/s.
    • De theoretische top-bitsnelheid met PCIe 4.0 is:
      • 16 lanes x 16 (GT/s/Lane) = 256 GT/s.

Het belang van PCIe expresscodering

Om de werkelijke hoeveelheid gegevens te bepalen die kan worden overgedragen, moet je iets van coderingstechniek weten. Zowel PCIe Gen 3.0 als PCIe Gen 4.0 gebruiken de 128b/130b-coderingstechniek. Deze coderingstechniek verandert 128-bit data in 130-bit code. Oudere generaties zoals PCIe Gen 1.0 en PCIe Gen 2.0 gebruiken 8b/10b-codering. Dit is minder efficiënt. Hoewel 128b/130b codering veel efficiënter is dan 8/10b is er toch sprake van een bandbreedte-impact van ongeveer 1,56%. In de praktijk betekent dit dat de maximale theoretische bandbreedte in Gbps (Gigabits per seconde) van elke PCIe Gen 4.0 lane er als volgt uitziet:

16GT/s – (16GT/s x 1,54%) = 15,975 Gbps (of ~2GB/s)

De grotere bandbreedte zorgt voor een snellere gegevensoverdracht tussen de PCIe root-poorten (zoals die inbegrepen in de Intel W680 of AMD X570 chipsets) en het eindpunt (zoals een SSD of een GPU.. Daarnaast heeft ondersteuning voor PCIe 4.0 ook een behoefte aangedreven voor nieuwe low-loss dielectrische materialen in moederbordontwerpen om het mogelijk te maken dat signalen zich met hogere snelheden kunnen verspreiden door printplaten.

Hoe beïnvloedt PCIe Gen 4 mijn keuze voor een GPU en SSD (waaronder NVMe SSD)?

Elke PCIe-generatie is voor- en achterwaarts compatibel, maar presteren zo goed als de laagste specificatie. Bijvoorbeeld, als je een PCIe 3.0-uitbreidingskaart in een PCIe 4.0-slot steekt, presteert de kaart volgens de PCIe 3.0-specificaties. Naast de hierboven beschreven grotere bandbreedte biedt PCIe generatie 4.0 nog een ander belangrijk voordeel – je hebt wellicht niet zoveel lanes nodig.

Apparaten die bijvoorbeeld tot 100 Gbps bandbreedte vereisen, hebben met PCIe 4.0 slechts 8 lanes, vergeleken met 16 lanes in het geval 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.

GPU

Vanwege de voor- en achterwaartse compatibiliteit presteert een PCIe 3.0 GPU net als een PCIe 3.0 GPU-kaart wanneer deze wordt aangesloten op een PCIe 4.0 slot (of in de toekomst een PCIe 5.0 slot). Echter, een GPU die werkt met PCI Express, zoals een Nvidia RX A2000 of A4000 zal 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 ML (Machine Learning) en kunstmatige intelligentie applicaties steeds complexer worden en grotere datasets vereisen, zullen de nieuwere PCIe-generaties een grote rol spelen bij het verminderen van de berekeningstijd en het verhogen van prestaties.

SSD

De aansluiting van een PCIe 4.0 NVMe SSD resulteert in hogere transmissiesnelheden en minder vertraging. Het is de voor- en achterwaartse compatibiliteit echter nog steeds van toepassing, dus je kunt elke SSD-generatie aansluiten op de PCIe 4.0 interface. De snelheid wordt bepaald door de generatie van de PCIe SSD-controller. De grootste impact is de lees- en schrijfsnelheid van de SSD en de vertraging 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 3.0 tegenhanger.

Welke processors ondersteunen PCI express 4.0?

Voor wie zijn voordeel wil doen met de grootste doorvoer, zijn er de volgende processors, die PCIe Express 4.0 ondersteunen.

  • Intel 11e Gen Core Processors
  • Intel 12e Gen Core Processors
  • Intel 13e Gen Core Processors
  • Intel 3e Gen Xeon Scalable Processors
  • Intel 4e Gen Xeon Scalable Processors
  • AMD Ryzen 3000, 5000 en 7000 Serie Processors
  • AMD EPYC 7002, 7003 en 9004 Serie Processors

Industriële en rugged computers met een PCIe 4.0 slot

OnLogic heeft veel verschillende industriële en rugged computers die met PCI express 4.0 kunnen worden geconfigureerd, waaronder:

De Karbon 800 serie rugged computers zijn gebouwd voor innovaties rondom machine learning, kunstmatige intelligentie, geavanceerde fabricage en automatisering.

OnLogic K803

De Helix 400 serie biedt compacte veelzijdigheid. Het kleine formaat maakt het een ideale keuze voor installatie op plekken met weinig ruimte, in het bijzonder aan de edge.

De OnLogic Helix 400-serie

Onze nieuwste Rackmount Edge Server, de Axial AC101, werkt met Intel’s 13e generatie Core processors. Het biedt een PCIe slot met volledige hoogte en lengte, die kan worden gebruikt om geavanceerde GPUs (Graphics Processing Units) te integreren en om te gaan met AI- en automatisering aan de edge.

OnLogic Axial AC101 Rackmount Edge Server

Moet ik wachten op PCIe 5.0?

Een veel voorkomende misvatting is dat de beschikbaarheid van PCIe 5.0 en PCIe 6.0 al “om de hoek” staat. Hoewel de specificaties voor PCIe 5.0 en PCIe 6.0 momenteel beschikbaar zijn, zal het even duren voordat endpoints en de systemen die ze ondersteunen (vooral industriële systemen) op de markt komen. 

Wil je meer weten over PCIe Gen 5.0 en PCIe Gen 6.0? Lees hier onze gids over PCIe 5.0, en hier onze gids over PCIe 6.0

Heb je vragen over PCI express 4.0, neem dan contact op met ons technische team.

Let op: dit blog-artikel werd oorspronkelijk geplaatst op 25 februari 2020. Deze blog is bijgewerkt op 15 januari 2023.

De Karbon 800-serie van OnLogic ondersteunt PCIe Gen 4

Die K800-Serie

Ontvang de laatste Tech Updates

Abonneer je op onze nieuwsbrief en ontvang updates van OnLogic. Hoor als eerste OnLogic nieuws en inzichten van onze experts. Meld je aan op de inschrijfpagina.

Delen

About the Author: OnLogic

OnLogic is a global industrial computer manufacturer that designs highly-configurable, solution-focused computers engineered for reliability for the IoT edge.