PCIe 4.0 - Какво ново и трябва ли да надстроите?

AMD си осигури честта да бъде първата компания, която представи PCIe Gen 4 в настолни компютри с пускането на чипсета X570 през юни 2019 г. в Computex. PCIe 4.0 обещава да донесе много подобрения на интерфейса PCI Express, тъй като това е най-голямата промяна в стандарта PCIe от 2010 г. Към момента на писане на данни, PCIe Gen 4 все още не е широко разпространен, но започва да получава широко приложение само от производителите на процесори и дънни платки като AMD, но също така и от производители на графични карти като Nvidia и собственото подразделение на Radeon на AMD. Но наистина ли се нуждаете от PCIe Gen 4? И ако да, как да го получите? Преди да отговорим на тези въпроси обаче, трябва да разберем какво всъщност е PCIe 4.0.

Платките X570 като линията ASUS ROG X570 поддържат PCIe Gen 4 - Изображение: ASUS

Какво е PCIe 4.0?

PCIe 4.0 е най-новата еволюция на широко внедрен високоскоростен комуникационен интерфейс, известен като PCI или Peripheral Component Interconnect Express. Просто казано, PCIe 4.0 е следващата итерация на интерфейса PCIe, който се използва за свързване на допълнителни карти като графични карти и M.2 устройства към дънната платка. Текущото поколение на PCIe, PCIe 3.0, е стандарт за настолни компютри от 2010 г. и PCIe 4.0 вече предлага надстройка към това. В сравнение с по-старите, но все още доста бързи PCIe 3.0, новият PCIe 4.0 по същество осигурява двойна обща производителност. Това означава, че PCIe 4.0 осигурява двойна честотна лента като PCIe 3.0, като идва с огромните 64 GB / s срещу оскъдните 32 GB / s на PCIe 3.0 през x16 връзка. Следващата диаграма от PCI-SIG, тялото, което управлява стандарта PCI, показва разликата в честотната лента между различните поколения PCIe.

Подобренията на честотната лента на PCIe - Изображение: PCI-SIG

Двата стандарта обаче все още са много сходни в структурно отношение. Ключовата разлика се крие само в скоростите на предаване, а в някои случаи и в материала, използван за постигане на успешното предаване на сигнала с по-висока скорост. Когато PCIe 3.0 работеше с 8 GT / s (скоростта на бита 0s и 1s), новият PCIe 4.0 работеше с 16 GT / s на лента. Това удвоява общата честотна лента от 32 GB / s на стандарта PCIe 3.0 на 64 GB / s на PCIe 4.0. Освен предимството на честотната лента обаче, има много малко разлики между двете поколения, които имат някакво значение за крайния потребител. PCIe 4.0 има по-добра надеждност и цялост на сигнала за подобрена производителност.

Какво ново?

Е, вече обсъдихме, че основното, което отличава PCIe 4.0 от PCIe 3.0, е голямото увеличение на честотната лента. Когато PCIe 3.0 имаше максимална честотна лента от 32 GB / s, PCIe 4.0 удвоява тази до 64 GB / s. Интересното обаче е как PCIe 4.0 успява да удвои честотната лента. Техниката на кодиране трябва да се разбира, за да се определи действителното количество данни, които могат да бъдат прехвърлени.

PCIe Gen 3.0 и PCIe Gen 4.0 използват техника за кодиране 128b / 130b, докато по-старите поколения като PCIe 2.0 използват техника за кодиране 8b / 10b. Тази техника на кодиране преобразува 128-битовите данни в 130-битова линия код. Това гарантира подравняването на потока от данни и също така позволява разумно възстановяване на часовника. Възстановяването на часовника е процес на извличане на информация за времето от поток от данни. Всичко това означава, че максималната теоретична честотна лента в Gbps на всеки PCIe Gen 4.0 изглежда така:

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

Кодирането ни позволява да изчислим режийните разходи, необходими за предаване на потоци от данни PCIe и това се намира по следната формула:

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

След това удвояването на честотната лента става възможно чрез нови PCIe контролери като този на чипсетите AMD X570 и B550. В процеса се използват и диелектрични материали с ниски загуби, което позволява на по-високоскоростните сигнали да се разпространяват допълнително през печатни платки.

Подобрения от поколения в стандартите PCIe - Изображение: PCI-SIG

PCIe 4.0 за игри

Но какво означава всичко това изчисление и теоретичната двойна честотна лента за геймърите? Можем ли да очакваме производителността на графичните процесори да се удвои поради увеличаването на честотната лента? Е, сигурно вече сте се досетили, че това просто не е възможно. Да, PCIe 4.0 е подобрил много честотната лента за свързване на графичния процесор към дънната платка, но това не се превръща в реална игрална производителност. Понастоящем съществуват графични процесори PCIe 4.0, като серията AMD RX 5000 и серията 6000, както и графичните карти Nvidia RTX 3000 поддържат PCIe Gen 4. Въпреки това, дори ако свържете тези лъскави нови графични карти PCIe Gen 4 с PCIe Дънна платка от Gen 4 като X570 и процесор PCIe Gen 4 като базирана на Zen 3 серия Ryzen 5000 от AMD, все още не бихте забелязали осезаема бум в производителността.

Серията Nvidia GeForce RTX 3000 поддържа PCIe Gen 4

Но защо е така? Е, основната причина, поради която допълнителната честотна лента не помага за подобряване на производителността, е, че дори честотната лента PCIe Gen 3.0 не се използва напълно от графичните карти в днешно време. PCIe Gen 3.0 все още предлага много честотна лента и дори най-висококачествените графични карти дори не са почти до насищане. Всъщност много от най-висококачествените карти като Nvidia GeForce RTX 3080 могат да работят с почти пълната си производителност дори с връзка PCIe 3.0 x8 или връзка PCIe 2.0 x16. Следователно добавянето на повече честотна лента към връзка, която още не е наситена, няма да помогне.

Ако се опитаме да погледнем в бъдещето обаче, можем да видим, че допълнителната честотна лента на PCIe 4.0 е предимство някога в бъдещето. Размерът на активите на видеоиграта и графичната сложност продължават да се увеличават всеки ден, така че най-накрая можем да видим някакво предимство пред допълнителната скорост на връзката PCIe, ако интерфейсът PCIe 3.0 просто не може да се справи. Особено при интензивни натоварвания приложения като машинното обучение продължават да изискват все по-големи и по-големи набори от данни, PCIe 4.0 все още може да играе голяма роля, като позволява на машините на бъдещето да не се задържат от липсата на честотна лента на PCIe връзка.

PCIe 4.0 за съхранение

Сега стигнахме до основната причина, поради която PCIe 4.0 всъщност е привлекателен ъпгрейд. PCIe 4.0 позволява много, много по-бързи опции за съхранение. Има PCIe Gen 4 дискове, които абсолютно смазват дори най-бързите NVMe PCIe Gen 3 дискове от гледна точка на сурови числа и просто поставят SATA дисковете в абсолютен срам. С PCIe Gen 4, най-накрая виждаме дискове, пресичащи номера от 5 GB / s по отношение на последователно четене, докато PCIe Gen 3 NVMe дисковете са склонни да достигнат около 3,5 GB / s. Един особено бърз диск, Gigabyte Aorus M.2 PCIe 4.0 постига огромен 5GB / s четене и 4.3GB / s запис, което е с около 35-40% по-висока последователна производителност от дори най-бързия M.2 PCIe Gen 3 SSD. Това е така, защото за разлика от графичните карти, SSD дисковете на тази платформа всъщност могат да се възползват от допълнителната честотна лента.

Скоростите на SSD на PCIe Gen 4 - Изображение: HotHardware

Ситуацията става още по-екстремна, ако добавите RAID към микса. Както обяснихме в нашата статия за RAID нивата , RAID 0 ефективно удвоява скоростта на двете устройства, които са поставени в RAID, като същевременно излага на излишък на устройствата. Gigabyte използва PCIe 4.0 добавена карта, съдържаща четири 2TB PCIe M.2 SSD в RAID 0 и достига до очарователни 15.4GB / s четения и 15.5GB / s записи. Това е безпрецедентно ниво на производителност, което, макар и да е много скъпо, е станало възможно изключително чрез огромното подобрение на честотната лента на PCIe Gen 4.

AIC, който Gigabyte използва, за да прокара безумните номера на честотната лента - Изображение: PCWorld

Как да получа PCIe 4.0?

Въпреки че PCIe 4.0 звучи впечатляващо, когато чуете цифри като 15GBps, наистина има определен набор от изисквания, които трябва да бъдат изпълнени, за да работи и работи PCIe 4.0. По същество има 3 неща, които трябва да бъдат удовлетворени, за да получите PCIe Gen 4.

• Дънна платка, съвместима с PCIe Gen 4
• PCIe Gen 4 съвместим процесор
• Съвместим с PCIe Gen 4 GPU / SSD

Ако говорим за дънните платки, има два чипсета от AMD, които в момента поддържат PCIe Gen 4 по време на писането. Чипсетът X570 и чипсетът B550 са единствените два чипсета от екипа Red, които позволяват съвместимост с PCIe Gen 4 и дори между тези два, само чипсетът X570 позволява пълноценна съвместимост на функциите PCIe Gen 4. По-старите B450, X470, B350, X370, A320, както и чипсетите A520 не поддържат PCIe Gen 4 и никога няма да го направят, тъй като поколенията PCIe не са обратно съвместими. Освен това платформата TRX40 Threadripper и сървърната платформа AMD EPYC Rome също поддържат PCIe Gen 4.

От страна на Intel платформата Z490 поддържа PCIe Gen 4, въпреки че понастоящем няма процесори на Intel по време на писането, които да поддържат тази функция. Очаква се скоро това да се промени, тъй като се потвърждава, че Intel 11^тиНастолните процесори Gen Rocket Lake не само ще работят с платки Z490, но и също така ще поддържа PCIe Gen 4 това е положително от Team Blue. Блоковете от серия B и бюджетната серия H изобщо не поддържат PCIe Gen 4.

Потвърдено е, че 11-то поколение Intel Rocket Lake процесори поддържат и PCIe Gen 4 - Изображение: Intel

Що се отнася до процесорите, както серията AMD Ryzen 3000, така и новата серия AMD Ryzen 5000 поддържат PCIe Gen 4 официално. Към момента на писане на Intel все още няма поддръжка за PCIe Gen 4 на настолните си процесори, но предстоящото Rocket Lake 11^тиПотвърдено е, че генераторите на процесорите имат поддръжка за функцията.

И накрая, продуктите, които всъщност ще поставите в слотовете PCIe. Що се отнася до графичните процесори, серията Nvidia RTX 3000, серията AMD RX 5000 и графичните карти AMD RX 6000 поддържат тази функция официално. За SSD дисковете имаме разнообразие от PCIe Gen 4 SSD дискове, от които да избирате много различни производители. Някои забележителни включват Corsair Force MP600, Sabrent Rocket 4.0, Samsung 980 Pro, Seagate FireCuda и Gigabyte Aorus PCIe 4.0 SSD.

Corsair MP600 е едно от най-бързите PCIe Gen 4 устройства - Изображение: Corsair

Компромиси

Както при всяко друго надстройване, има няколко компромиса, които се съчетават с предимствата. Няма много недостатъци при надстройката на PCIe 4.0, но тук и там има няколко странности, с които трябва да сте наясно.

Първо, PCIe Gen 4 работи горещо. Не само, че действителните устройства работят горещо, но чипсетът на дънната платка също работи доста горещо поради внедряването на PCIe Gen 4. За устройствата това означава, че почти всички устройства, които сме виждали досега, са включвали охладител с радиатор с тях. Радиаторът осигурява пасивно охлаждане на чиповете с памет и поддържа NAND Flash на оптимална температура. За чипсета производителите на дънни платки смятат, че е най-добре да включат активно охлаждане, така че почти всички платки X570 имат включен вентилатор, който се върти и осигурява активно охлаждане над чипсета под товар. Платките B550 обаче се отърваха от вентилатора в полза на пасивното охлаждане.

SSD Gigabyte Aorus PCIe Gen 4 SSD разполага с охладител с радиатор - Изображение: Gigabyte

Освен горещите компоненти, има и компромис, свързан с цената на дънните платки, които съдържат изпълнението на PCIe 4.0. Не е изненадващо, че платките X570, B550 и Z490 са по-скъпи от опциите B-series и H-series и в двата състава. Това прави надстройката до PCIe 4.0 малко сложна, тъй като сега купувачът трябва да прецени предимствата на PCIe 4.0 спрямо допълнителните разходи, за да вземе решение за покупка.

Трябва ли да надстроите?

И така, има ли причина да излезете и да закупите дънна платка от висок клас, по-нов процесор и скъп SSD, за да се насладите на PCIe 4.0? Е, вероятно не. Основното предимство на PCIe 4.0 в момента е в отдела за съхранение. Освен ако не създавате чисто нова машина от нулата, изглежда, че няма достатъчно стимул в PCIe 4.0, за да оправдае надстройка от платки B450 или X470 или дори по-стари процесори Ryzen или Intel до по-нови, ако запазим производителността до една страна. Както избягахме по-рано, PCIe 4.0 има почти никакъв ефект върху игралните характеристики на системата, така че надстройката на графичната карта не включва въпроса за поддръжката на PCIe 4.0 към момента.

Освен ако съхранението не е от най-голямо значение за вас и NVMe Gen 3 устройствата просто не го режат вече, PCIe 4.0 не си струва надграждането от по-старите дънни платки. PCIe Gen 4 устройствата предлагат значителни предимства за потребители, работещи с големи файлове по мрежа или професионалисти, които се нуждаят от по-високи скорости за професионални приложения и видео редактиране и т.н. С това казано, ако изграждате чисто нова система, изборът по подразбиране трябва да бъде дънните платки и процесорите на PCIe, за да сте сигурни, че системата няма да задържи бъдещи ъпгрейди, ако искате да отпаднете в бързото Gen 4 шофиране надолу по линията. Следователно няма много стимул да надстроите от по-стара дънна платка, но за нови конструктори препоръката ни по подразбиране би била да отидете с дънните платки, които поддържат функцията PCIe Gen 4.