→ PCI Express 4.0 gen4

O PCI Express 4.0 já é uma realidade em nossos computadores de mesa, graças à chegada da nova geração do AMD Ryzen Zen2 e do chipset AMD X570. O novo padrão PCI-SIG está conosco desde 2017, mas foi nesta primeira metade do ano que foi uma opção para os fabricantes começarem a dar o uso que merecem. Neste artigo, veremos tudo o que precisamos saber sobre essa nova ou melhor dizendo interface de comunicação atualizada.

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Evolução e novidades do PCI Express

Também conhecido como PCI Express ou simplesmente PCI-e, é um barramento de alta velocidade que é usado em todos os equipamentos de computação profissional e de mesa atualmente. Praticamente todos os componentes de alto desempenho em um computador enviam dados de entrada e saída por esse barramento.

A entidade sob este padrão de comunicação é PCI-SIG e desbloqueou esta versão 4.0 pela primeira vez em 2017, mas não chegou a nós e nem a nossos desktops até este ano de 2019. E o motivo é muito simples, até agora, Muito poucos dispositivos precisaram de uma largura de banda maior do que o PCIe 3.0 nos fornece, mas com a chegada das novas unidades de armazenamento de estado sólido NVMe e uma densidade mais alta de troca de dados entre a CPU e o chipset, esse barramento entrou de embalado na indústria.

Desde que esse padrão foi implementado em 2003, passamos por um total de quatro atualizações. Houve uma constante em todos eles, que é o dobro da largura do barramento em cada iteração. A duração de cada uma das versões no mercado é de aproximadamente 4 anos, até a chegada da versão 3.0, que foi mantida por não menos de 7 anos até 2017. O PCI-SIG já desbloqueou até a próxima atualização, o PCIe 5.0, no mesmo trimestre de 2019, mas nos desktops permaneceremos com esse barramento por pelo menos mais três anos, já que poucos são os dispositivos que ainda precisam dessa largura de banda.

Largura de banda

O PCI Express é baseado em faixas, ou faixas de dados, semelhantes à faixa de uma rodovia, mas onde os carros podem circular nas duas direções, embora neste caso de eletricidade. Especificamente, o PCIe 4.0 é capaz de duplicar a velocidade de transferência da versão 3.0, atingindo, assim, nada menos que 16 GT / s (Transfer Gigabits) para cada uma dessas faixas ascendentes e descendentes, devido ao fato de ser bidirecional. Se passarmos essa medição para valores com os quais trabalhamos diariamente, estamos enfrentando uma velocidade de 1969, 2 MB / s para cada faixa, em comparação com 984, 6 MB / s para o barramento PCIe 3.0.

Outro aspecto que também melhora é a latência nas comunicações por ter uma largura de barramento maior e um receptor PHY que gerencia as informações da margem elétrica de cada uma das faixas, graças ao controlador PCIe correspondente. Para propósitos práticos, é conseguido um melhor gerenciamento da saturação de barramento e latência reduzida nas comunicações de E / S, melhorando a escalabilidade dependendo dos dispositivos que conectamos.

No que diz respeito à necessidade, o PCI Express 4.0 ainda não é indispensável hoje, mas uma maneira de se preparar para o futuro próximo. As comunicações em rede a 10 Gbps estão se tornando mais frequentes, especialmente agora com a chegada do 5G. A alta demanda por conectividade USB 3.1 Gen2 e em breve USB 3.2 com 20 Gbps, juntamente com os novos SSDs NVMe PCIe x4 que já atingiram o limite de 3, 94 GB / s, tem sido uma das principais causas de sua implementação.

Vamos ver na tabela a seguir uma comparação entre as diferentes versões do PCIe, conforme sua velocidade, dependendo da configuração disponível:

V.	1. Introdução	Transferência por faixa	Largura de 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)

Compatibilidade com versões anteriores Precisamos do PCI Express 4.0?

Atualmente, o aplicativo mais famoso que todos sabemos usar os slots PCIe é através da placa gráfica. Neste ponto, todos sabemos que para uma equipe de jogos que se preze, precisamos de uma placa gráfica dedicada, que funcione através do PCIe 3.0 x16, ou seja, temos um barramento de 126 Gbps para transferir dados. Mas quanto realmente precisamos? Bem, em uma transferência para um jogo em resolução 4K a 144 Hz e profundidade de cor de 10 bits, precisaríamos de aproximadamente um barramento de 35, 8 Gbps.

Isso significa que temos uma largura de barramento de aproximadamente 70% para a transferência de dados de imagem. Vamos lembrar que são dados bidirecionais, então aqui a consideração do barramento a montante e a jusante já entra. Portanto, atualmente não faz sentido ter o PCie 4.0 em uma placa gráfica, por exemplo. Se falarmos sobre multi GPU, bem, a largura seria consideravelmente mais usada devido ao paralelismo, mas ainda mais do que suficiente.

Mas também podemos dizer que precisamos disso, e isso se deve à incorporação dos novos SSDs NVMe. Até agora, todos eles trabalhavam com o PCI 3.0 x4, mas nesse aspecto, os fabricantes encontraram o limite em breve, atingindo taxas de leitura muito próximas aos 3, 94 GB / s disponíveis. A solução não é introduzir mais faixas no slot M.2 limitando simplesmente a capacidade da CPU e do chipset, mas aumentá-lo para o dobro da largura de banda, já que fabricantes como AORUS ou Corsair já possuem seu próprio M.2 PCie 4.0 a mais de 4000 MB / s.

Então, o que acontece com os usuários que mantêm o PCIe 3.0 e desejam usar um periférico 4.0? Bem, não haverá nenhum problema em termos de conectividade, pois desde o início, o PCIe oferece compatibilidade retroativa com os padrões anteriores. De fato, 3.0, 4.0 e em breve 5.0 continuarão usando a codificação 128b / 130b em suas transferências. A única desvantagem será que isso limitará a velocidade do ônibus.

PCI Express 4.0 em SSD e placa gráfica

O excelente trabalho realizado em armazenamento sólido certamente deve ser destacado. Desde que a interface M.2 apareceu trabalhando em faixas x4 e sob o protocolo NVMe, as velocidades se multiplicaram em questão de meses, passando a precisar de mais de 4000 MB / s para suas configurações de memória baseadas no 3D NAND.

Fabricantes como AORUS ou Corsair apresentaram seus novos SSDs capazes de trabalhar a velocidades teóricas de 5000 MB / s em leitura seqüencial e 4400 MB / s por escrito com a arquitetura NAND 3D TLC da Toshiba. Esses números são aproximadamente 40% a mais do que a geração anterior de SSD e estão longe de atingir o limite, pois, embora permaneça o caminho para 7 , 88 GB / s disponíveis em apenas 4 faixas.

Essa alteração traz alguns detalhes a serem considerados ao instalar esses SSDs, por exemplo, a necessidade de ativar a política de cache de gravação para obter melhores transferências. Obviamente, outro detalhe um pouco importante é ter uma placa compatível com PCIe e, por enquanto, apenas a AMD os terá.

Recomendamos verificar as duas opções para obter o melhor desempenho com o SSD

O outro dispositivo que temos no mercado com o PCI Express 4.0 são as novas placas gráficas AMD Radeon RX 5700 e 5700 XT. Para fins práticos, não é algo importante, pois vimos claramente que, com o 3.0, nos resta, mas não é errado implementar o novo padrão e liderar o caminho.

AMD Ryzen 3000 e AMD X570, o primeiro compatível com o PCI Express 4.0

O primeiro fabricante a entrar no mercado de desktops com este novo PCIe 4.0 foi a AMD, graças à sua nova geração de processadores Ryzen. Algumas CPUs com litografia em FinFET de 7 nm, batizadas como Zen2, agora oferecem 16 pistas PCIe 4.0 em sua interface de comunicação E / S para placa gráfica, e um total de 24 pistas. Não são apenas processadores com uma grande melhoria de desempenho no manuseio de instruções, mas também são capazes de trabalhar com um volume muito maior de dados.

De fato, as novas placas-mãe adaptadas a essa nova geração usam um chipset AMD X570 que possui nada menos que 20 pistas PCI Express 4.0. Em um artigo que já preparamos, veremos a comparação entre o chipset X570 x X470 etc., e um dos principais é esse. A configuração básica consiste em 8 faixas que são obrigatórias para o PCIe 4.0 e outras 8 podem ser usadas para outros dispositivos como SATA ou periféricos como USB, por exemplo, com fabricantes com liberdade de alocação. As 4 pistas restantes são de livre escolha para os fabricantes, embora, em princípio, sejam destinadas a uma configuração de 4x SATA 6 Gbps ou 2x PCIe 4.0 x2.

Graças ao poder desses dois elementos, o barramento de comunicação entre a CPU e o chipset consiste em 4 pistas PCI Express 4.0. Quanto à alocação de slots, também vemos alguns recursos novos em comparação à geração anterior, já que o próprio chipset introduziu alguns outros slots PCIe x1 e x16 (trabalhando em x4) 4.0 e até dois slots M.2 x4 para esses novos SSDs. Outra mudança substancial é o suporte a até 8 portas USB 3.1 Gen2 10 Gbps, algo que até agora não era possível.

Quanto a outros hardwares compatíveis com o PCI Express 4.0, podemos mencionar o processador IBM POWER9 ou o Falcon Mesa FPGA com o processador de fabricação de 10nm da Intel, que é compatível com o PCI Express 4.0 como um bloco IP interno por meio de EMIB. A nova geração de processadores Intel ainda está por vir e é claro que também implementará o PCI Express 4.0.

Diferença de desempenho NVME PCI Express 3.0 vs PCI Express 4.0

Embora seja algo que possamos pesquisar rapidamente em nossas análises, compararemos a leitura e gravação seqüencial de um SSD PCI Express 3.0 com uma quarta geração com o PCI Express 4.0. Os candidatos perfeitos são o Corsair MP510 vs. MP600.

Modelo	Leitura sequencial (MB / s)	Gravação sequencial (MB / s)
Corsair MP510	3.480MB / s	2.700MB / s
Corsair MP600	4.950MB / s	4.250MB / s

E aqui nossos testes:

Conclusões e futuro da indústria

Se há algo que devemos esclarecer, é que, por enquanto, o PCI e 4.0 oferece sua vantagem máxima em termos de dispositivos de armazenamento e comunicação interna entre dispositivos, por exemplo, CPU e chipset. Hardware, como placas gráficas, ainda está longe de entrar em problemas na versão 3.0 e muito menos nesta 4.0, portanto, para os jogadores, o resultado será praticamente idêntico no desempenho.

A PCI-SIG já desbloqueou sua interface PCIe 5.0 este ano, mas é claro que não veremos placas-mãe com esse barramento até pelo menos 2022, para tentar prolongar a vida útil do padrão atual um pouco, por hoje, este 4.0 ainda Ele não possui uma ampla variedade de aplicativos, de cada um ao usuário comum.

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