→Pci express 4.0 gen4

新世代のAMD Ryzen Zen2とAMD X570 チップセットが登場したおかげで、 PCI Express 4.0はすでにデスクトップコンピュータで実現しています。 新しいPCI-SIG規格は2017年から採用されていますが、製造業者がそれにふさわしい用途を提供し始めることができるようになったのは、今年の前半のことです。 この記事では、この新しい、またはより良く言えば、更新された通信インターフェースについて知っておく必要があるすべてを確認します。

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PCI Expressの進化とニュース

PCI Expressまたは単にPCI-eとも呼ばれ、今日のすべてのデスクトップおよびプロフェッショナルコンピューティング機器で使用されている高速バスです。 コンピュータ内の事実上すべての高性能コンポーネントは、そのようなバスを介して入出力データを送信します 。

この通信規格に基づくエンティティはPCI-SIGであり、 2017年に初めてこのバージョン4.0のロックを解除しましたが、2019年までは、私たちのデスクトップ、さらにはデスクトップにも到達していませんでした。その理由は、 今まで非常にシンプルです。 PCIe 3.0よりも高い帯域幅を必要とするデバイスはごくわずかですが 、新しいNVMeソリッドステートストレージユニットの登場と、CPUとチップセット間の高密度のデータ交換により、このバスは業界に詰め込まれています。

この標準は2003年に導入されて以来、合計4回の更新が行われました 。 それらすべてに定数があり、それは各反復でバス幅を2倍にすることです。 市場での各バージョンの期間は、バージョン3.0の到着まで約4年です。バージョン3.0は、 2017年まで7年以上維持されています。 PCI-SIGは次のアップデートであるPCIe 5.0も2019年の同じ四半期にすでにロック解除していますが、デスクトップでは、このような帯域幅を必要とするデバイスがまだ少ないため、デスクトップでは少なくとも3年間はこのバスを使い続けます。

バンド幅

PCI Expressは 、高速道路の車線に似た車線またはデータレーンに基づいていますが、この場合、電気の場合でも、車は双方向に循環できます。 具体的には、PCIe 4.0はバージョン3.0の転送速度を2倍にすることができ、双方向であるという事実により、これらの 上りおよび下りの 各レーンで16 GT / s（転送ギガビット）以上に達します。 この測定値を毎日使用する値に渡すと、PCIe 3.0バスの984.6 MB /秒と比較して、各レーンの速度は1969.2 MB /秒になります。

また、対応するPCIeコントローラーのおかげで、バス幅が大きくなり、各レーンの電気的マージンの情報を管理するPHYレシーバーがあるため、通信のレイテンシも改善されます。 実際の目的では、I / O通信のバス飽和管理の向上と遅延の削減が実現され、接続するデバイスに応じてスケーラビリティが向上します。

必要性に関して言えば、 PCI Express 4.0は今日まだ不可欠ではありませんが、近い将来に備える方法です。 特に5Gの登場により、10 Gbpsでのネットワーク通信がますます頻繁になっています。 USB 3.1 Gen2接続の需要が高まり、すぐに20 GbpsのUSB 3.2が 、3.94 GB /秒の制限をすでに見つけた新しいNVMe PCIe x4 SSDとともに、その実装の主な原因の1つになっています。

次の表で、 PCIeのさまざまなバージョンの比較を見てみましょう。その速度は、使用可能な構成によって異なります。

V.	はじめに	レーンで移動	バンド幅
×1	×4	×16
1.0	2003年	2.5 GT /秒	250 MB /秒（2 Gb /秒）	1.0 GB /秒	4.0 GB /秒（32 Gb /秒）
2.0	2007年	5.0 GT /秒	500 MB /秒（4 Gb /秒）	2.0 GB /秒	8.0 GB /秒（64 Gb /秒）
3.0	2010	8.0 GT /秒	984.6 MB /秒（7.9 Gb /秒）	3.94 GB /秒	15.8 GB /秒（126 Gb /秒）
4.0	2017年	16.0 GT /秒	1969 MB /秒（15.8 Gb /秒）	7.88 GB /秒	31.5 GB /秒（252.1 Gb /秒）
5.0	2019年	32.0 GT /秒	3938 MB /秒（31.6 Gb /秒）	15.75 GB /秒	63.0 GB /秒（32 Gb /秒）

下位互換性PCI Express 4.0が必要ですか？

現在、PCIeスロットを使用することが知られている最も有名なアプリケーションは、グラフィックカードを介したものです。 この時点で、自尊心のあるゲームチームには、 PCIe 3.0 x16を介して機能する専用のグラフィックスカードが必要であること、つまり、 データを転送するために126 Gbpsのバスがあることがわかっています 。 しかし、実際にどれだけ必要ですか？ さて、144 Hz、10ビットの色深度で4K解像度のゲームの転送では、 約35.8 Gbpsのバスが必要になります 。

これは、画像データの転送用に約70％のバス幅があることを意味します。 これは双方向データであることを思い出してください。そのため、ここでは上流と下流のバスの検討がすでに行われています。 そのため、たとえばグラフィックカードにPCie 4.0を搭載することは、現在のところ意味がありません。 マルチGPUについて説明すると、並列処理のために幅がかなり使用されますが、それでも十分です。

しかし、それが必要だとも言えます。これは、新しいNVMe SSDが組み込まれたためです。 これまでは、すべてがPCI 3.0 x4を使用して機能していましたが、この点で、メーカーはすぐに限界を見つけ、使用可能な3.94 GB /秒に非常に近い読み取り速度に達しました。 解決策は、CPUとチップセットの容量を制限するだけでM.2スロットにより多くのレーンを導入するのではなく、帯域幅を2倍に増やすことです。 4000 MB /秒以上。

では、PCIe 3.0を保守していて、ペリフェラル4.0を使用したいユーザーはどうなりますか？ まあ、最初から、 PCIeは以前の標準との下位互換性を提供してきたので、接続性の問題はありません。 実際、3.0、4.0、および間もなく5.0では、転送に128b / 130bエンコーディングが引き続き使用されます。 唯一の欠点は、バスの速度が制限されることです。

SSDおよびグラフィックカード上のPCI Express 4.0

確かなストレージで行われた優れた作業は確かに強調されるべきです。 M.2インターフェースはx4レーンおよびNVMeプロトコルで動作しているように見えたため、速度は数ヶ月で倍増し、3D NANDに基づくメモリ構成には4000 MB /秒以上が必要になりました。

AORUSやCorsairなどのメーカーは、順次読み取り で5000 MB /秒 、東芝のNAND 3D TLCアーキテクチャで書き込みに4400 MB /秒の 理論速度で動作する新しいSSDを発表しました。 これらの数値は、前世代のSSDの約40％増であり、 7への道はまだ残っていますが 、わずか4レーンで88 GB /秒を利用できるため、限界に到達することはできません 。

この変更により、これらのSSDをインストールする際に考慮すべきいくつかの詳細がもたらされます。たとえば、より良い転送を実現するために書き込みキャッシュポリシーをアクティブにする必要があります。 もちろん、もう1つのわずかに重要な詳細は、PCIe互換ボードを使用することです。現時点では、AMDのみがそれらを使用します。

SSDで最高のパフォーマンスを得るには、両方のオプションをチェックすることをお勧めします

PCI Express 4.0で市場に出ている他のデバイスは、新しいAMD Radeon RX 5700および5700 XTグラフィックスカードです。 3.0ではまだ残っていることがはっきりとわかっているので、実際には重要ではありませんが、新しい標準を実装して先導することは間違いありません。

AMD Ryzen 3000およびAMD X570、PCI Express 4.0との最初の互換性

新世代のRyzenプロセッサーのおかげで、この新しいPCIe 4.0でデスクトップ市場に投入した最初のメーカーはAMDでした。 Zen2としてバプテスマ処理された7 nm FinFETのリソグラフィを備えた一部のCPUは、グラフィックカードの通信インターフェイスI / Oで16レーンのPCIe 4.0 、および合計24レーンを提供します。 これらのプロセッサは、命令の処理においてパフォーマンスが大幅に向上しているだけでなく、はるかに大量のデータを処理できます。

実際、この新世代に適合した新しいマザーボードは、 20レーン以上のPCI Express 4.0を備えたAMD X570チップセットを使用しています。 すでに用意している記事では、X570とX470チップセットなどの比較を見ていきます。主なものの1つはこれです。 基本構成は、 PCIe 4.0に必須の8レーンで構成され、別の8レーンは 、SATA などのその他のデバイスや USBなどの周辺機器に使用できます 。 残りの4レーン はメーカーにとって自由に選択できますが、原則として4x SATA 6 Gbpsまたは2x PCIe 4.0 x2の構成を対象としています。

これら2つの要素の力のおかげで、 CPUとチップセット間の通信バスは4つのPCI Express 4.0レーンで構成されます。 スロット割り当てに関しては、チップセット自体が他のいくつかのPCIe x1およびx16スロット （x4で動作）4.0 、さらに2つのM.2 x4スロットを導入したため、前世代と比較してかなりの数の新機能も見られます 。これらの新しいSSD。 もう1つの大きな変更は、 最大8つのUSB 3.1 Gen2 10 Gbpsポートのサポートです。これは、これまでは不可能でした。

PCI Express 4.0と互換性のあるその他のハードウェアについては、組み込みのIPブロックとしてPCI Express 4.0と互換性のあるIntelの10nm製造プロセッサーを搭載したIBM POWER9プロセッサーまたはFalcon Mesa FPGAについて言及できます。エミブ。 新世代のIntelプロセッサはまだ登場しておらず、PCI Express 4.0も実装されることは明らかです。

NVMEパフォーマンスの違いPCI Express 3.0とPCI Express 4.0

これはレビューを通じてすばやく検索できるものですが、 PCI Express 3.0 SSDのシーケンシャルな読み取りと書き込みを、 PCI Express 4.0の第4世代と比較します 。 完璧な候補はコルセアMP510対MP600です。

型番	順次読み取り（MB /秒）	順次書き込み（MB /秒）
コルセアMP510	3, 480MB /秒	2, 700MB /秒
コルセアMP600	4, 950MB /秒	4, 250MB /秒

そしてここで私たちのテスト：

業界の結論と将来

明確にしなければならないことがあるとすれば、現時点では、 PCI e 4.0がストレージデバイスと、CPUやチップセットなどのデバイス間の内部通信の点で最大の利点を提供するということです 。 グラフィックスカードなどのハードウェアは、バージョン3.0のトラブルには程遠く、この4.0の問題ははるかに少ないため、ゲーマーにとっては、パフォーマンスは実質的に同じです。

PCI-SIGは今年 、 すでにPCIe 5.0インターフェースのロックを解除していますが、現在の規格の寿命を少し延長しようとするため、 少なくとも2022年までこのバスを搭載したマザーボードが見られないことは明らかです。それぞれに一般ユーザーまで幅広い用途はありません。

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