Jouw ultieme gids voor PCIe 5.0

Wat is PCIe 5.0?

PCIe 5.0, vaak ook PCI Express 5.0 genoemd, is de volgende evolutie van de veelgebruikte, snelle interface die bekend staat als de Peripheral Component Interconnect Express, of PCIe. Het is de gemeenschappelijke moederbordinterface voor verbindingen met randapparatuur of eindpunten, zoals grafische kaarten, SSD’s, wifi en Ethernet-hardware. 

Geschiedenis van PCIe

PCIe gen 1.0 werd oorspronkelijk in 2003 geïntroduceerd door de Peripheral Component Interconnect Special Interest Group (PCI-SIG). De specificaties voor PCIe-generaties 2.0, 3.0, 4.0 en 5.0 zijn respectievelijk uitgebracht in 2007, 2010, 2017 en 2019. Als je meer wilt leren over PCIe 4.0 kun je ook onze Ultieme gids voor PCIe Gen 4.0 bekijken.

Wanneer de PCI-SIG de specificatie vrijgeeft, duurt het even voordat CPU’s en randapparatuur aan die specificaties voldoen. De specificatie voor PCIe 5.0 werd uitgebracht in 2019, maar CPU’s die PCIe 5.0 ondersteunen, werden pas begin 2022 uitgebracht. Randapparatuur die PCIe 5.0 ondersteunt, wordt pas later in 2022 uitgebracht. Omdat er momenteel nog maar weinig PCIe 5.0-eindpunten beschikbaar zijn, zal de wijdverspreide beschikbaarheid van PCIe 5.0-eindpunten waarschijnlijk pas ergens in de tweede helft van 2023 of 2024 zijn.

Hoe zit het met PCIe 6.0?

Net nu PCIe 5.0 commercieel beschikbaar wordt, heeft de PCI-SIG de volgende PCIe-generatie al gedefinieerd. De specificatie voor PCIe 6.0 is pas uitgebracht in januari 2022; het zal dus nog wel even duren voordat commercieel verkrijgbare producten PCIe 6.0 ondersteunen. Meer hierover is te lezen in onze blog over PCIe 6.0.

“PCI-SIG is verheugd de release van de PCIe 6.0-specificatie aan te kondigen, nog geen drie jaar na de PCIe 5.0-specificatie. PCIe 6.0-technologie is de kosteneffectieve en opschaalbare interconnect-oplossing die een impact zal blijven hebben op data-intensieve markten zoals datacenter, kunstmatige intelligentie, machine learning, HPC, automotive, IoT en krijgsmacht/ruimtevaart. Tegelijkertijd worden industriële investeringen beschermd door achterwaartse compatibiliteit te behouden met alle voorgaande generaties PCIe-technologie.”

Al Yanes, PCI-SIG-voorzitter en directeur

PCIe-generatieverschillen

Op het eerste gezicht zien nieuwere PCIe-slots er hetzelfde uit als de vorige generaties. Elke generatie PCIe is echter twee keer zo snel als zijn voorganger. Deze snelheid waarmee data of informatie wordt overgebracht, wordt gemeten met behulp van Gigatransfers per seconde of GT/s. Dit is de snelheid van bits (nullen en enen) die per seconde worden overgedragen van de host naar het eindapparaat of eindpunt. Houd er rekening mee dat de opgegeven GT/s van de specificatie de theoretische maximale snelheid is. De werkelijke snelheden kunnen lager zijn. 

De gegevensoverdrachtsnelheid van PCIe 3.0 is 8 Gigatransfers per seconde of 8 GT/s. PCIe 4.0 draagt ​​gegevens over met 16 GT/sec, PCIe 5.0 met 32 ​​GT/sec en volgens PCI SIG belooft PCIe 6.0 snelheden van 64 GT/s. Een hogere snelheid is wenselijk omdat computers hierdoor meer data kunnen verwerken en ze in staat stellen de nieuwste grafische kaarten (GPU’s) en solid-state drives (SSD’s) optimaal te benutten.

Is PCIe 5.0 achterwaarts compatibel?

Zoals Al Yanes aangaf, bieden alle PCIe-generaties zowel achterwaartse als voorwaartse compatibiliteit. Dit betekent dat je een PCIe 4.0 SSD op een PCIe 5.0-slot kunt aansluiten en dat je ook een PCIe 5.0 SSD in een 4.0-slot kunt aansluiten. Maar de snelheid zal beperkt blijven tot de laagste generatie. Dus als je een PCIe 4.0-SSD aansluit op een PCIe 5.0-slot of andersom, werkt de SSD op de snelheid van PCIe 4.0.

PCI-lanes uitgelegd

PCIe-lanes zijn de fysieke link tussen het PCIe-ondersteunde apparaat en de processor/chipset. Je kunt een enkele PCIe-lane zien als één rijbaan op een snelweg waar gegevens tegelijkertijd in beide richtingen gaan. Het spreekt voor zich dat de bandbreedte lineair toeneemt met het aantal PCIe-lanes. 

Het aantal beschikbare lanen zijn 1 laan (x1), 4 lanen (x4), 8 lanen (x8) of 16 lanen (x16). Dit betekent dat maximaal 16 van deze bidirectionele PCIe-lanes kunnen worden toegewezen aan een enkel apparaat, waardoor gegevensoverdracht met hoge bandbreedte en lage latentie mogelijk is.

Voorbeeld uit de praktijk van PCIe 4.0 en PCIe 5.0 op zestien lanes

Laten we eens kijken naar een theoretisch voorbeeld van een GPU die werkt met PCIe 4.0 en PCIe 5.0.

• GPU’s gebruiken 16 PCIe-lanes. 
  • De maximale theoretische bitsnelheid via PCIe 4.0 is dan: 
    • 16 Lanes x 16 (GT/s / Lane) = 256 GT/s.
  • De maximale theoretische bitsnelheid via PCIe 5.0 is dan:
    • 16 Lanes x 32 (GT/s/Lane) =  512 GT/s

Gegevensoverdrachtsnelheid wordt gemeten in Gigabits (Gb) per seconde. Aan de andere kant wordt bandbreedte gemeten in Gigabytes (GB) per seconde: 8 Gigabit = 1 Gigabyte (zie onderstaande referentietabel).

Nog een voordeel van meer bandbreedte

De extra bandbreedte van PCIe 5.0 betekent ook dat apparaten mogelijk dezelfde doorvoer kunnen bereiken terwijl ze minder lanes gebruiken, waardoor het aantal beschikbare lanes vrijkomt. Een grafische kaart die vroeger bijvoorbeeld x16-bandbreedte nodig had om op volle snelheid te werken, kan nu op dezelfde snelheid werken als x8, waardoor er 8 extra banen beschikbaar zijn. Het gebruik van minder lanes is belangrijk omdat CPU’s een beperkt aantal lanes bieden, die over de apparaten moeten worden verdeeld.

Het belang van PCIe-codering

De hierboven vermelde gegevensoverdrachtsnelheid – GT/s – is een meeteenheid van ruwe snelheid. Dat is hoeveel bits er per seconde kunnen worden overgedragen. Bij de berekening van de gegevenssnelheid moet echter rekening worden gehouden met de overhead voor de codering van het signaal. Inzicht in coderingstechniek is noodzakelijk om de werkelijke hoeveelheid data te bepalen die kan worden overgedragen. De impact van de codering op de datasnelheid vertaalt zich direct in een impact op de bandbreedte.

Net als met PCIe gen 3 en 4 is de overhead voor codering ongeveer 1,54%. De maximale theoretische bandbreedte in Gbps (Gigabits per seconde) van elke PCIe Gen 5.0 ziet er als volgt uit:

32 GT/s – (32 GT/s x 1,54%) = 31,5702 Gbps ( of ~3,95 GB/s)

Meer over PCIe-codering kun je lezen in onze blog over PCIe 4.0.

Zijn er PCIe 5.0-eindpunten beschikbaar?

Op het moment dat dit artikel wordt geplaatst komen de eerste PCIe 5.0 SSD’s beschikbaar. In het artikel van Tom’s Hardware kun je meer lezen over de beschikbaarheid van PCIe 5.0 SSD’s. 

Als je chipsets koopt die PCIe 5.0 ondersteunen, onthoud dan dat je voorlopig PCIe 4.0-eindpunten kunt gebruiken en kunt upgraden wanneer PCIe 5.0-eindpunten op grotere schaal beschikbaar zijn. Vergeet niet dat een PCIe 4.0 GPU (of een ander PCIe Gen 4.0-eindpunt) zal presteren als een PCIe 4.0 GPU, zelfs als deze is aangesloten op een PCIe 5.0-slot.

Welke processors ondersteunen PCIe 5.0?

Op het moment van schrijven zijn er een paar PCIe 5.0 CPU-opties beschikbaar. PCIe 5.0 wordt ondersteund door Intel’s 12e generatie Core-processors (met de codenaam “Alder Lake”) 13e generatie Core processors (met de codenaam Raptor Lake) en 4e generatie Xeon processors. Ook AMD Ryzen 7000-desktopprocessors en de Epyc 9004-serie ondersteunen PCIe 5.0.  

Dus ondanks het feit dat deze CPU’s mogelijk PCIe 5.0 inschakelen, ondersteunen mogelijk niet alle platforms PCIe 5.0. Controleer daarom altijd de PCIe-versie die wordt ondersteund voor elk PCIe-uitbreidingsslot. 

Moet ik wachten op PCIe 5.0 of PCIe 6.0?

Een veel voorkomende misvatting is dat PCIe 5.0 en 6.0 elk moment kunnen worden uitgebracht. Helaas, hoewel de specificaties voor PCIe 5.0 en PCIe 6.0 momenteel beschikbaar zijn, is het onwaarschijnlijk dat apparaten binnen korte tijd commercieel beschikbaar zullen zijn.

Als je meer wilt weten over PCIe in het algemeen, bekijk dan zeker ons artikel en bijbehorende video, Wat is PCIe in 60 seconden.

Benieuwd naar wat de beste configuratie is voor jouw toepassing? Neem contact op met een van onze experts. 

Opmerking: Dit bericht is oorspronkelijk gepubliceerd op 24 mei 2022. De inhoud is bijgewerkt op 20 mei 2023.