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PCI Express 4.0 è già una realtà nei nostri computer desktop grazie all'arrivo della nuova generazione di AMD Ryzen Zen2 e del chipset AMD X570. Il nuovo standard PCI-SIG è con noi dal 2017, ma è stato in questa prima metà dell'anno quando è stata un'opzione per i produttori di iniziare a dargli l'uso che merita. In questo articolo vedremo tutto ciò che dobbiamo sapere su questa nuova interfaccia di comunicazione, o meglio detta, aggiornata.

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Evoluzione e novità PCI Express

Conosciuto anche come PCI Express o semplicemente PCI-e, è un bus ad alta velocità che viene utilizzato oggi in tutte le apparecchiature desktop e professionali. Praticamente tutti i componenti ad alte prestazioni in un computer inviano dati di input e output su tale bus.

L'entità in base a questo standard di comunicazione è PCI-SIG e ha sbloccato questa versione 4.0 per la prima volta nel 2017, ma non ci ha raggiunto, e nemmeno i nostri desktop fino a quest'anno 2019. E il motivo è molto semplice, fino ad ora, Pochissimi dispositivi hanno richiesto una larghezza di banda superiore rispetto a PCIe 3.0, ma con l'arrivo delle nuove unità di memoria a stato solido NVMe e una maggiore densità di scambio di dati tra CPU e chipset, questo bus è entrato da imballato nel settore.

Da quando questo standard è stato implementato nel 2003, abbiamo subito un totale di quattro aggiornamenti. C'è stata una costante in tutti loro, ovvero raddoppiare la larghezza del bus in ogni iterazione. La durata di ciascuna delle versioni sul mercato è di circa 4 anni, fino all'arrivo della versione 3.0, che è stata mantenuta per non meno di 7 anni fino al 2017. PCI-SIG ha già sbloccato anche il prossimo aggiornamento, il PCIe 5.0 in questo stesso trimestre del 2019, ma sui desktop rimarremo con questo bus per almeno altri tre anni, poiché pochi sono i dispositivi che necessitano ancora di tale larghezza di banda.

Larghezza di banda

PCI Express si basa su corsie o corsie di dati, simili alla corsia di un'autostrada, ma in cui le auto possono circolare in entrambe le direzioni, anche se in questo caso di elettricità. In particolare, PCIe 4.0 è in grado di raddoppiare la velocità di trasferimento della versione 3.0, raggiungendo così non meno di 16 GT / s (Transfer Gigabits) per ciascuna di queste corsie su e giù, a causa del fatto che è bidirezionale. Se passiamo questa misura a valori con cui lavoriamo quotidianamente, ci troviamo ad affrontare una velocità di 1969.2 MB / s per ogni corsia, rispetto a 984.6 MB / s per il bus PCIe 3.0.

Un altro aspetto che migliora anche è la latenza nelle comunicazioni avendo una maggiore larghezza del bus e un ricevitore PHY che gestisce le informazioni del margine elettrico di ciascuna corsia grazie al controller PCIe corrispondente. Per scopi pratici, si ottiene una migliore gestione della saturazione del bus e una latenza ridotta nelle comunicazioni I / O, migliorando la scalabilità a seconda dei dispositivi che connettiamo.

Per quanto riguarda le necessità, PCI Express 4.0 non è ancora indispensabile oggi, ma un modo per prepararsi al prossimo futuro. Le comunicazioni di rete a 10 Gbps stanno diventando più frequenti, soprattutto ora con l'arrivo del 5G. L'elevata richiesta di connettività USB 3.1 Gen2 e presto USB 3.2 con 20 Gbps, insieme ai nuovi SSD NVMe PCIe x4 che hanno già raggiunto il limite di 3, 94 GB / s, è stata una delle principali cause della sua implementazione.

Vediamo nella tabella seguente un confronto tra le diverse versioni di PCIe, poiché la sua velocità dipende dalla configurazione disponibile:

V.	introduzione	Trasferimento per corsia	Larghezza di banda
× 1	× 4	× 16
1.0	2003	2, 5 GT / s	250 MB / s (2 Gb / s)	1, 0 GB / s	4, 0 GB / s (32 Gb / s)
2.0	2007	5.0 GT / s	500 MB / s (4 Gb / s)	2, 0 GB / s	8, 0 GB / s (64 Gb / s)
3.0	2010	8.0 GT / s	984, 6 MB / s (7, 9 Gb / s)	3, 94 GB / s	15, 8 GB / s (126 Gb / s)
4.0	2017	16, 0 GT / s	1969 MB / s (15, 8 Gb / s)	7, 88 GB / s	31, 5 GB / s (252, 1 Gb / s)
5.0	2019	32, 0 GT / s	3938 MB / s (31, 6 Gb / s)	15, 75 GB / s	63, 0 GB / s (32 Gb / s)

Compatibilità con le versioni precedenti Abbiamo bisogno di PCI Express 4.0?

Attualmente l'applicazione più famosa che tutti conosciamo per utilizzare gli slot PCIe è attraverso la scheda grafica. A questo punto sappiamo tutti che per un team di gioco che si rispetti abbiamo bisogno di una scheda grafica dedicata, che funziona tramite PCIe 3.0 x16, ovvero abbiamo un bus a 126 Gbps per trasferire i dati. Ma di quanto abbiamo davvero bisogno? Bene, in un trasferimento per un gioco con risoluzione 4K a 144 Hz e profondità di colore a 10 bit, avremmo bisogno di un bus di circa 35, 8 Gbps.

Ciò significa che abbiamo una larghezza del bus di circa il 70% per il trasferimento di dati di immagine. Ricordiamo che si tratta di dati bidirezionali, quindi qui entra già in considerazione la considerazione del bus upstream e downstream. Quindi non ha assolutamente senso avere PCie 4.0 su una scheda grafica, ad esempio. Se parliamo di multi GPU, beh, la larghezza sarebbe considerevolmente più usata a causa del parallelismo, ma comunque più che sufficiente.

Ma possiamo anche dire che ne abbiamo bisogno, e questo è dovuto all'incorporazione dei nuovi SSD NVMe. Fino ad ora, hanno funzionato tutti usando PCI 3.0 x4, ma in questo aspetto, i produttori hanno presto trovato il limite, raggiungendo velocità di lettura molto vicine a quei 3, 94 GB / s disponibili. La soluzione non è quella di introdurre più corsie nello slot M.2 limitando semplicemente la capacità della CPU e del chipset, ma di aumentarla fino al doppio della larghezza di banda, poiché produttori come AORUS o Corsair hanno già il proprio PC M.2 4.0 a più di 4000 MB / s.

Quindi cosa succede agli utenti che mantengono il proprio PCIe 3.0 e vogliono usare una periferica 4.0? Bene, non avrà alcun problema in termini di connettività, poiché fin dall'inizio PCIe ha offerto retrocompatibilità con gli standard precedenti. Infatti, 3.0, 4.0 e presto 5.0 continueranno a utilizzare la codifica 128b / 130b nei loro trasferimenti. L'unico inconveniente sarà che limiterà la velocità del bus.

PCI Express 4.0 su SSD e scheda grafica

L'eccellente lavoro svolto su una solida memoria dovrebbe certamente essere messo in evidenza. Da quando l'interfaccia M.2 è apparsa funzionante su corsie x4 e con il protocollo NVMe, le velocità si sono moltiplicate nel giro di pochi mesi, arrivando a richiedere oltre 4000 MB / s per le sue configurazioni di memoria basate su 3D NAND.

Produttori come AORUS o Corsair hanno svelato i loro nuovi SSD in grado di funzionare a velocità teoriche di 5000 MB / s in lettura sequenziale e 4400 MB / s in scrittura con l'architettura TLC 3D NAND di Toshiba. Queste cifre sono circa il 40% in più rispetto alla precedente generazione di SSD, e lungi dall'aver raggiunto il limite, poiché, sebbene rimanga la strada per 7 , 88 GB / s disponibili in sole 4 corsie.

Questa modifica porta alcuni dettagli da considerare durante l'installazione di questi SSD, ad esempio la necessità di attivare i criteri della cache di scrittura per ottenere trasferimenti migliori. Naturalmente, un altro dettaglio leggermente importante è avere una scheda PCIe compatibile, e per ora solo AMD li avrà.

Raccomandiamo di controllare entrambe le opzioni per ottenere le migliori prestazioni con l'SSD

L'altro dispositivo che abbiamo sul mercato con PCI Express 4.0 sono le nuove schede grafiche AMD Radeon RX 5700 e 5700 XT. Ai fini pratici non è qualcosa di importante, dal momento che abbiamo visto chiaramente che con 3.0 siamo rimasti indietro, ma non è sbagliato implementare il nuovo standard e aprire la strada.

AMD Ryzen 3000 e AMD X570, il primo compatibile con PCI Express 4.0

Il primo produttore a lanciarsi nel mercato desktop con questo nuovo PCIe 4.0 è stato AMD, grazie alla sua nuova generazione di processori Ryzen. Alcune CPU con litografia in FinFET a 7 nm battezzate come Zen2 che ora offrono 16 corsie PCIe 4.0 nella sua interfaccia di comunicazione I / O per scheda grafica e un totale di 24 corsie. Non solo sono processori con un notevole miglioramento delle prestazioni nella gestione delle istruzioni, ma sono in grado di lavorare con un volume di dati molto più grande.

In effetti, le nuove schede madri adattate a questa nuova generazione utilizzano un chipset AMD X570 che ha non meno di 20 corsie PCI Express 4.0. In un articolo che abbiamo già preparato, vedremo il confronto tra chipset X570 vs X470, ecc., E uno dei principali è questo. La configurazione di base è composta da 8 corsie che saranno obbligatorie per PCIe 4.0 e altre 8 corsie possono essere utilizzate per altri dispositivi come SATA o periferiche come USB, ad esempio, con i produttori che hanno una certa libertà di allocazione. Le restanti 4 corsie sono di libera scelta per i produttori, sebbene in linea di principio saranno destinate a una configurazione di 4x SATA 6 Gbps o 2x PCIe 4.0 x2.

Grazie alla potenza di questi due elementi, il bus di comunicazione tra CPU e chipset è costituito da 4 corsie PCI Express 4.0. Per quanto riguarda l'allocazione degli slot, vediamo anche alcune nuove funzionalità rispetto alla generazione precedente, poiché il chipset stesso ha introdotto alcuni altri slot PCIe x1 e x16 (funzionanti su x4) 4.0 e persino due slot M.2 x4 per questi nuovi SSD. Un altro cambiamento sostanziale è il supporto fino a 8 porte USB 3.1 Gen2 da 10 Gbps, cosa che fino ad ora non era possibile.

Come per altri hardware compatibili con PCI Express 4.0, possiamo citare il processore IBM POWER9 o il FPGA Falcon Mesa con il processore di produzione Intel a 10 nm, che è compatibile con PCI Express 4.0 come blocco IP integrato tramite EMIB. La nuova generazione di processori Intel deve ancora arrivare ed è chiaro che implementerà anche PCI Express 4.0.

Differenza di prestazioni NVME PCI Express 3.0 rispetto a PCI Express 4.0

Sebbene sia qualcosa che possiamo rapidamente cercare tra le nostre recensioni, confronteremo la lettura e la scrittura sequenziale di un SSD PCI Express 3.0 con una quarta generazione con PCI Express 4.0. I candidati perfetti sono il Corsair MP510 contro MP600.

modello	Lettura sequenziale (MB / s)	Scrittura sequenziale (MB / s)
Corsair MP510	3.480 MB / s	2.700 MB / s
Corsair MP600	4.950 MB / s	4.250 MB / s

E qui i nostri test:

Conclusioni e futuro del settore

Se c'è qualcosa di cui dobbiamo essere chiari, è che per ora PCI e 4.0 offre il massimo vantaggio in termini di dispositivi di archiviazione e comunicazione interna tra dispositivi, ad esempio CPU e chipset. Hardware come le schede grafiche, è ancora lungi dall'essere in difficoltà versione 3.0 e tanto meno questa 4.0, quindi per i giocatori, il risultato sarà praticamente identico nelle prestazioni.

PCI-SIG ha già sbloccato la sua interfaccia PCIe 5.0 quest'anno, ma è chiaro che non vedremo le schede madri con questo bus almeno fino al 2022, per cercare di prolungare un po 'la vita dello standard attuale, per oggi, questo 4.0 ancora Non ha una vasta gamma di applicazioni da ciascuno all'utente normale.

Vi lasciamo con i seguenti articoli:

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