PCIe 4.0: Все, что нужно знать об этой версии шины PCIe

PCIe 4.0 – это четвертое, поколение стандарта PCIe, представляющее собой интерфейс для подключения высокопроизводительных компонентов к компьютеру. Первая версия PCIe появилась в 2003 году под названием PCIe Gen 1, а с тех пор было создано еще четыре обновленные версии PCIe. В центре внимания сегодня находится PCIe 4-го поколения как новейший и наиболее продвинутый из доступных вариантов PCIe.

PCIe 4 позволяет передавать данные в два раза быстрее, чем предыдущее поколение (PCIe 3.0). Теперь скорость передачи составляет 2 ГБ/с вместо 1 ГБ/с на каждый канал. В конфигурации с 16 каналами общая пропускная способность достигает 32 ГБ/с. Также PCIe 4 обеспечивает скорость до 16 ГТ/с на одну линию, что вдвое больше, чем у предыдущего поколения (8 ГТ/с). Каждое новое поколение PCIe увеличивает скорость передачи данных и общую пропускную способность, что позволяет использовать более быстрые устройства PCIe.

Каждый персональный компьютер, а также промышленные и коммерческие модели вычислительных устройств оснащаются как минимум одним разъемом PCI Express. В некоторых случаях компьютеры имеют несколько таких разъемов. Разъемы PCI Express обычно применяются для подключения видеокарт, SSD-накопителей, устройств Wi-Fi и RAID-контроллеров.

Слоты PCI-Express 4.0 типа, устанавливаемые в обычные материнские платы персональных компьютеров, бывают четырёх основных видов: PCIe x1, PCIe x2, PCIe x4 и PCIe x16. Указанные обозначения определяют число линий, которыми оснащён каждый слот PCI-Express. Чем большим числом линий располагает слот PCI-Express, тем большее количество информации можно передать на добавочное устройство или получить от него.

Каждая линия PCI Express включает в себя два набора проводов: одни для отправки, другие для приёма данных. В PCI Express пропускная способность масштабируется линейно. Поэтому восьмиканальное подключение обладает вдвое большей пропускной способностью, чем четырёхканальное.

Главное достоинство PCI Express заключается в поддержке прямой и обратной совместимости. Этот стандарт поддерживает как новые, так и старые технологии. PCI Express обратно совместим с PCI Express первого, второго и третьего поколений. PCI Express четвёртого поколения будет обратно совместим с пятым. Однако устройство PCI Express четвёртого поколения, установленное в разъём пятого поколения, будет работать в соответствии со спецификациями четвёртого поколения.

Это означает, что карты PCIe 4.0 могут быть установлены в материнские платы со слотами PCIe 3.0 и будут работать корректно. Однако карты PCIe 4.0, установленные в материнские платы PCIe 3.0, будут ограничены скоростью, предусмотренной стандартом PCIe 3.0.

Преимущества PCIe 4.0 особенно заметны в дата-центрах, использующих новую производительность, предлагаемую PCIe 4.0. Это связано с тем, что технология хранения данных NVMe требует PCIe 3.0 для оптимальной производительности, в то время как PCIe 4.0 позволяет достичь более высокой скорости передачи данных с увеличенной пропускной способностью.

Увеличенная пропускная способность, обеспечиваемая PCIe 4.0, улучшает эффективность выполнения рабочих нагрузок, таких как машинное обучение и облачные вычисления, уменьшая время вычислений, необходимое для решения конкретной задачи. Это также снижает перегрузку сети и потребление энергии устройствами. В целом, PCIe обеспечивает более высокую эффективность при одновременном снижении потребления энергии для данной рабочей нагрузки.

Чем же PCIe 4.0 отличается от PCIe 3.0

Основное различие между PCI Express 4.0 и 3.0 состоит в том, что первая удваивает пропускную способность второй, увеличивая ее с 1 до 2 Гбит/с на линию. Кроме того, PCI Express 4.0 поддерживает больше конфигураций слотов, включая 1x, 2x, 4x, 8x и 16x. Это увеличивает максимальную потенциальную пропускную способность слота PCI Express до 64 Гбит/с.

Кроме того, у PCI Express есть дополнительное преимущество в виде снижения требований к пропускной способности для карт расширения. Это достигается путем повышения скорости каждой полосы, что позволяет уменьшить количество полос, необходимых для определенных устройств. Например, карты SSD NVMe могут работать на скоростях PCIe 4 x8 с тем же уровнем пропускной способности, что и слоты PCIe 3 x16, но используя только половину линий. Дополнительные линии могут быть использованы для подключения других устройств, позволяя им работать в слотах меньшего размера. Это позволяет производителям систем создавать более компактные и удобные системы.

Можно ли установить карту PCI Express 3 в слот PCI Express 4?

Да, вы можете установить карту PCI Express 3 в разъем PCI Express 4, потому что PCI Express 4 обратно совместим с PCI Express 3, а это означает, что старые устройства PCI Express будут работать правильно, если вы их установите в разъем PCI Express 4. Однако, хотя старые устройства PCI Express будут работать с разъемом PCI Express 4, их производительность будет ограничена характеристиками их поколения.

Другими словами, если установить видеокарту PCIe 3.0 в слот PCIe 4.0, она будет функционировать со скоростью и функциями, соответствующими стандарту PCIe 3.0. Она не сможет использовать возможности или преимущества, предоставляемые новыми стандартами PCIe 4.0 или PCIe 5.0. Несмотря на совместимость, технические характеристики видеокарты останутся прежними.

Другой пример может быть подключение SSD PCIe 3.0 в разъем PCIe Gen 4.0. Хоть разъем Gen 4 и обратно совместим с SSD Gen 3, скорость передачи данных не будет увеличена, потому что SSD Gen 3 будет ограничивать скорость. Таким образом, хоть совместимость есть, но улучшения производительности не будет заметна. Однако, если бы вы использовали SSD PCIe 4.0 с разъемом PCIe Gen 4.0, вы бы заметили увеличение скорости работы. Это происходит потому что и система, и накопитель поддерживают Gen 4, что позволяет увеличить скорость передачи данных и сократить задержку чтения/записи.

Зачем нам нужен PCIe 4.0?

Нам требуется PCI Express 4.0, потому что с развитием процессоров, видеокарт и накопителей, таких как NVMe, линии передачи данных должны тоже развиваться, чтобы избегать «узких мест» в системе. PCI Express 4 поколения увеличивает пропускную способность для этих устройств, обеспечивая им больше данных.

Например, NVMe SSD с интерфейсом PCIe использует соединение x4 со скоростью передачи данных 4 Гбит/сек, что ограничивает пропускную способность SSD. Однако PCI Express 4-го поколения увеличивает эту скорость до 8 Гбит/сек, позволяя компьютеру полностью использовать возможности SSD NVMe. Поэтому для соответствия современным требованиям по производительности и эффективности необходимо использовать стандарт PCIe Gen4.

Таблица: Пропускная способность PCI Express разных поколений.