PCIe 4.0 - มีอะไรใหม่และคุณควรอัปเกรด?

AMD ได้รับเกียรติในการเป็น บริษัท แรกที่นำ PCIe Gen 4 มาใช้ในเดสก์ท็อปพีซีด้วยการเปิดตัวชิปเซ็ต X570 ในเดือนมิถุนายนปี 2019 ที่งาน Computex PCIe 4.0 สัญญาว่าจะปรับปรุงอินเทอร์เฟซ PCI Express เป็นจำนวนมากเนื่องจากเป็นการเปลี่ยนแปลงมาตรฐาน PCIe ครั้งใหญ่ที่สุดตั้งแต่ปี 2010 ในขณะที่เขียน PCIe Gen 4 ยังไม่แพร่หลาย แต่ก็เริ่มได้รับการยอมรับอย่างกว้างขวาง เฉพาะจากผู้ผลิตซีพียูและเมนบอร์ดเช่น AMD เท่านั้น แต่ยังมาจากผู้ผลิตกราฟิกการ์ดเช่น Nvidia และฝ่าย Radeon ของ AMD เอง แต่คุณต้องการ PCIe Gen 4 จริงหรือ? และถ้าเป็นเช่นนั้นคุณจะเข้าใจได้อย่างไร? ก่อนที่เราจะตอบคำถามเหล่านี้เราต้องเข้าใจว่าจริงๆแล้ว PCIe 4.0 คืออะไร

บอร์ด X570 เช่น ASUS ROG X570 line รองรับ PCIe Gen 4 - ภาพ: ASUS

PCIe 4.0 คืออะไร

PCIe 4.0 เป็นวิวัฒนาการล่าสุดของอินเทอร์เฟซการสื่อสารความเร็วสูงที่ใช้กันอย่างแพร่หลายซึ่งเรียกว่า PCI หรือ Peripheral Component Interconnect Express พูดง่ายๆว่า PCIe 4.0 คือการทำซ้ำครั้งต่อไปของอินเทอร์เฟซ PCIe ซึ่งใช้ในการเชื่อมต่อการ์ดเพิ่มเติมเช่นกราฟิกการ์ดและไดรฟ์ M.2 เข้ากับเมนบอร์ด PCIe 3.0 เจนเนอเรชั่นปัจจุบันเป็นมาตรฐานในเดสก์ท็อปพีซีมาตั้งแต่ปี 2010 และ PCIe 4.0 ให้การอัปเกรด เมื่อเทียบกับ PCIe 3.0 ที่เก่ากว่า แต่ยังค่อนข้างเร็ว PCIe 4.0 ใหม่ให้ทรูพุตโดยรวมเป็นสองเท่า กล่าวคือ PCIe 4.0 ให้แบนด์วิดท์เป็นสองเท่าของ PCIe 3.0 โดยมีความเร็วสูงถึง 64 GB / s เทียบกับ PCIe 3.0 ขนาด 32 GB / s ผ่านลิงก์ x16 แผนภูมิต่อไปนี้จาก PCI-SIG ซึ่งเป็นตัวจัดการมาตรฐาน PCI แสดงความแตกต่างของแบนด์วิดท์ระหว่าง PCIe รุ่นต่างๆ

การปรับปรุงแบนด์วิดท์ของ PCIe Generational - รูปภาพ: PCI-SIG

อย่างไรก็ตามทั้งสองมาตรฐานยังคงมีโครงสร้างที่คล้ายคลึงกันมาก ความแตกต่างที่สำคัญอยู่ที่อัตราการถ่ายโอนข้อมูลและในบางกรณีวัสดุที่ใช้เพื่อให้การส่งสัญญาณประสบความสำเร็จในอัตราที่สูงขึ้น โดยที่ PCIe 3.0 ทำงานที่ 8 GT / s (อัตราบิต 0 และ 1 วินาที) PCIe 4.0 ใหม่ทำงานที่ 16 GT / s ต่อเลน ซึ่งจะเพิ่มแบนด์วิดท์โดยรวมเป็นสองเท่าจาก 32 GB / s ของมาตรฐาน PCIe 3.0 เป็น 64 GB / s ของ PCIe 4.0 นอกเหนือจากข้อได้เปรียบด้านแบนด์วิดท์แล้วยังมีความแตกต่างกันเล็กน้อยระหว่างสองรุ่นที่มีความสำคัญต่อผู้ใช้ปลายทาง PCIe 4.0 มีความน่าเชื่อถือและความสมบูรณ์ของสัญญาณที่ดีขึ้นเพื่อประสิทธิภาพที่ดีขึ้น

มีอะไรใหม่

เราได้พูดคุยกันแล้วว่าสิ่งสำคัญที่ทำให้ PCIe 4.0 แตกต่างจาก PCIe 3.0 คือการเพิ่มแบนด์วิดท์ที่สำคัญ โดยที่ PCIe 3.0 มีแบนด์วิดท์สูงสุด 32 GB / s PCIe 4.0 จะเพิ่มเป็นสองเท่าเป็น 64 GB / s สิ่งที่น่าสนใจคือวิธีที่ PCIe 4.0 จัดการเพื่อเพิ่มแบนด์วิดท์เป็นสองเท่า ต้องเข้าใจเทคนิคการเข้ารหัสเพื่อกำหนดจำนวนข้อมูลที่สามารถถ่ายโอนได้จริง

PCIe Gen 3.0 และ PCIe Gen 4.0 ใช้เทคนิคการเข้ารหัส 128b / 130b ในขณะที่รุ่นเก่าเช่น PCIe 2.0 ใช้เทคนิคการเข้ารหัส 8b / 10b เทคนิคการเข้ารหัสนี้จะแปลงข้อมูล 128 บิตให้เป็นโค้ด 130 บิต สิ่งนี้ช่วยให้มั่นใจได้ถึงการจัดแนวของสตรีมและยังช่วยให้สามารถกู้คืนนาฬิกาได้อย่างสมเหตุสมผล Clock Recovery คือกระบวนการดึงข้อมูลเวลาจากสตรีมข้อมูล ทั้งหมดนี้หมายความว่าแบนด์วิดท์ทางทฤษฎีสูงสุดใน Gbps ของ PCIe Gen 4.0 แต่ละตัวมีลักษณะดังนี้:

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

การเข้ารหัสช่วยให้เราคำนวณค่าโสหุ้ยที่จำเป็นในการส่งสตรีมข้อมูล PCIe และพบได้จากสูตรต่อไปนี้:

([130b-128b] / 130b) x 100 = 1.54%

การเพิ่มแบนด์วิดท์เป็นสองเท่านั้นเกิดขึ้นได้จากคอนโทรลเลอร์ PCIe ใหม่เช่นเดียวกับชิปเซ็ต AMD X570 และ B550 นอกจากนี้ยังใช้วัสดุอิเล็กทริกที่มีการสูญเสียต่ำในกระบวนการซึ่งช่วยให้สัญญาณความเร็วสูงสามารถแพร่กระจายต่อไปผ่าน PCBs

การปรับปรุงมาตรฐาน PCIe รุ่นใหม่ - รูปภาพ: PCI-SIG

PCIe 4.0 สำหรับการเล่นเกม

แต่การคำนวณทั้งหมดนี้และแบนด์วิดท์สองเท่าตามทฤษฎีมีความหมายอย่างไรสำหรับนักเล่นเกม? เราสามารถคาดหวังว่าประสิทธิภาพของ GPU จะเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่าเนื่องจากแบนด์วิดท์ที่เพิ่มขึ้นหรือไม่? ตอนนี้คุณอาจเดาได้แล้วว่ามันเป็นไปไม่ได้ ใช่ PCIe 4.0 ได้ปรับปรุงแบนด์วิดท์การเชื่อมต่อของ GPU ไปยังเมนบอร์ดเป็นอย่างมาก แต่สิ่งนี้ไม่ได้แปลเป็นประสิทธิภาพการเล่นเกมในโลกแห่งความเป็นจริง ตอนนี้ GPU PCIe 4.0 มีอยู่แล้วโดยมีทั้ง AMD RX 5000 series และ 6000 series ตลอดจนกราฟิกการ์ด Nvidia RTX 3000 series ที่รองรับ PCIe Gen 4 อย่างไรก็ตามแม้ว่าคุณจะจับคู่การ์ดแสดงผล PCIe Gen 4 ใหม่กับ PCIe เมนบอร์ด Gen 4 เช่น X570 และซีพียู PCIe Gen 4 เช่น Zen 3 ที่ใช้ Ryzen 5000 series จาก AMD คุณจะยังไม่เห็นประสิทธิภาพที่น่าประทับใจ

Nvidia GeForce RTX 3000 series รองรับ PCIe Gen 4

แต่ทำไมถึงเป็นเช่นนั้น? เหตุผลหลักที่ว่าทำไมแบนด์วิธเพิ่มเติมไม่ได้ช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพก็คือแม้แต่แบนด์วิดท์ PCIe Gen 3.0 ก็ยังไม่ได้ใช้งานอย่างเต็มที่จากกราฟิกการ์ดในปัจจุบัน PCIe Gen 3.0 ยังคงมีแบนด์วิดท์จำนวนมากและแม้แต่การ์ดกราฟิกระดับไฮเอนด์ส่วนใหญ่ก็ยังไม่ถึงจุดที่อิ่มตัว ในความเป็นจริงการ์ดระดับสูงสุดจำนวนมากเช่น Nvidia GeForce RTX 3080 สามารถทำงานได้ใกล้เคียงกับประสิทธิภาพสูงสุดแม้จะมีลิงก์ PCIe 3.0 x8 หรือลิงก์ PCIe 2.0 x16 ก็ตาม ดังนั้นการเพิ่มแบนด์วิดท์ให้มากขึ้นในการเชื่อมต่อที่ยังไม่อิ่มตัวก็ไม่ได้ช่วยอะไร

หากเราพยายามมองไปในอนาคตเราจะเห็นว่าแบนด์วิดท์พิเศษของ PCIe 4.0 เป็นข้อได้เปรียบในอนาคต ขนาดเนื้อหาวิดีโอเกมและความซับซ้อนของกราฟิกยังคงเพิ่มขึ้นทุกวันดังนั้นในที่สุดเราอาจเห็นข้อได้เปรียบบางประการเกี่ยวกับความเร็วพิเศษของลิงก์ PCIe หากอินเทอร์เฟซ PCIe 3.0 ไม่สามารถทำงานได้ทัน โดยเฉพาะอย่างยิ่งกับแอพพลิเคชั่นที่ต้องใช้งานหนักเช่น Machine learning ยังคงต้องการชุดข้อมูลที่ใหญ่ขึ้นเรื่อย ๆ PCIe 4.0 อาจยังคงมีบทบาทอย่างมากในการช่วยให้เครื่องจักรแห่งอนาคตไม่ถูกรั้งไว้ด้วยการขาดแบนด์วิดท์ลิงก์ PCIe

PCIe 4.0 สำหรับ Storage

ตอนนี้เรามาถึงเหตุผลหลักว่าทำไม PCIe 4.0 จึงเป็นการอัพเกรดที่น่าสนใจ PCIe 4.0 ช่วยให้มีตัวเลือกการจัดเก็บข้อมูลที่เร็วขึ้นมาก มีไดรฟ์ PCIe Gen 4 อยู่ที่นั่นซึ่งทำลายล้างแม้แต่ไดรฟ์ NVMe PCIe Gen 3 ที่เร็วที่สุดในแง่ของตัวเลขดิบและเพียงแค่ทำให้ไดรฟ์ SATA ต้องอับอาย ด้วย PCIe Gen 4 ในที่สุดเราจะเห็นไดรฟ์ที่ข้ามหมายเลข 5 GB / s ในแง่ของการอ่านตามลำดับในขณะที่ไดรฟ์ PCIe Gen 3 NVMe มีแนวโน้มที่จะอยู่ในอันดับต้น ๆ ประมาณ 3.5 GB / s หนึ่งไดรฟ์ที่เร็วเป็นพิเศษ Gigabyte Aorus M.2 PCIe 4.0 สามารถอ่านได้ถึง 5GB / s และเขียน 4.3GB / s ซึ่งเป็นประสิทธิภาพที่สูงขึ้นตามลำดับประมาณ 35-40% เมื่อเทียบกับ M.2 PCIe Gen 3 SSD ที่เร็วที่สุด เนื่องจากแตกต่างจากกราฟิกการ์ดตรงที่ SSD บนแพลตฟอร์มนี้สามารถใช้ประโยชน์จากแบนด์วิดท์พิเศษได้

ความเร็วของ PCIe Gen 4 SSD - รูปภาพ: HotHardware

สถานการณ์จะรุนแรงยิ่งขึ้นหากคุณเพิ่ม RAID เข้าไปในส่วนผสม เหมือนที่เราอธิบายไว้ บทความของเราเกี่ยวกับระดับ RAID RAID 0 จะเพิ่มความเร็วของไดรฟ์สองตัวที่ใส่ใน RAID เป็นสองเท่าอย่างมีประสิทธิภาพในขณะที่ทำให้ความซ้ำซ้อนของไดรฟ์ตกอยู่ในความเสี่ยง Gigabyte ใช้การ์ดเสริม PCIe 4.0 ที่มี SSD 2TB PCIe M.2 สี่ตัวใน RAID 0 และอ่านได้ถึง 15.4GB / s และเขียนได้ 15.5GB / s นี่เป็นระดับประสิทธิภาพที่ไม่เคยมีมาก่อนซึ่งแม้ว่าจะมีราคาแพงมาก แต่ก็สามารถทำได้โดยการปรับปรุงแบนด์วิดท์ที่แท้จริงของ PCIe Gen 4

AIC ที่ Gigabyte ใช้เพื่อผลักดันตัวเลขแบนด์วิดท์ที่บ้าคลั่ง - รูปภาพ: PCWorld

วิธีรับ PCIe 4.0

ในขณะที่ PCIe 4.0 ให้เสียงที่น่าประทับใจอย่างมากเมื่อได้ยินตัวเลขเช่น 15GBps แต่ก็มีข้อกำหนดเฉพาะที่จำเป็นต้องมีเพื่อให้ PCIe 4.0 ทำงานได้ มี 3 สิ่งที่ต้องพึงพอใจเพื่อรับ PCIe Gen 4

• เมนบอร์ดที่รองรับ PCIe Gen 4
• ซีพียูที่รองรับ PCIe Gen 4
• GPU / SSD ที่เข้ากันได้กับ PCIe Gen 4

ถ้าเราพูดถึงเมนบอร์ดมีชิปเซ็ตสองตัวจาก AMD ที่ปัจจุบันรองรับ PCIe Gen 4 ในขณะที่เขียน ชิปเซ็ต X570 และชิปเซ็ต B550 เป็นชิปเซ็ตสองตัวในทีม Red ที่อนุญาตให้ใช้งานร่วมกันได้กับ PCIe Gen 4 และแม้กระทั่งระหว่างสองตัวนี้มีเพียงชิปเซ็ต X570 เท่านั้นที่สามารถใช้งานร่วมกันได้กับคุณสมบัติ PCIe Gen 4 เต็มรูปแบบ B450, X470, B350, X370, A320 ที่เก่ากว่าและชิปเซ็ต A520 ไม่รองรับ PCIe Gen 4 และจะไม่มีวันทำเนื่องจาก PCIe รุ่นเก่าไม่สามารถใช้งานร่วมกันได้ ยิ่งไปกว่านั้นแพลตฟอร์ม TRX40 Threadripper และแพลตฟอร์มเซิร์ฟเวอร์ AMD EPYC Rome ยังรองรับ PCIe Gen 4

ในฝั่ง Intel แพลตฟอร์ม Z490 รองรับ PCIe Gen 4 แม้ว่าในขณะนี้จะไม่มี CPU ของ Intel ในขณะที่เขียนที่รองรับคุณสมบัตินี้ก็ตาม คาดว่าจะมีการเปลี่ยนแปลงในไม่ช้าเนื่องจากมีการยืนยันว่า Intel’s 11^ธGen Rocket Lake Desktop CPU ไม่เพียง แต่ทำงานร่วมกับบอร์ด Z490 เท่านั้น จะรองรับ PCIe Gen 4 ด้วย นั่นคือสิ่งดีๆจาก Team Blue B-series ระดับกลางและบอร์ด H-series ราคาประหยัดไม่รองรับ PCIe Gen 4 แต่อย่างใด

ซีพียู Intel Rocket Lake เจนเนอเรชั่นที่ 11 ได้รับการยืนยันว่ารองรับ PCIe Gen 4 เช่นกัน - ภาพ: Intel

เท่าที่ซีพียูไปทั้ง AMD Ryzen 3000 series และ AMD Ryzen 5000 series ใหม่รองรับ PCIe Gen 4 อย่างเป็นทางการ Intel ยังไม่ได้รับการสนับสนุน PCIe Gen 4 บนเดสก์ท็อปซีพียูในขณะที่เขียน แต่ Rocket Lake 11 ที่กำลังจะมาถึง^ธซีพียู Gen ได้รับการยืนยันว่ารองรับคุณสมบัตินี้

สุดท้ายผลิตภัณฑ์ที่คุณจะใส่ลงในสล็อต PCIe จริงๆ สำหรับ GPUs Nvidia RTX 3000 series, AMD RX 5000 series และกราฟิกการ์ด AMD RX 6000 series รองรับคุณสมบัตินี้อย่างเป็นทางการ สำหรับ SSD เรามี PCIe Gen 4 SSD หลากหลายประเภทให้เลือกจากผู้ผลิตหลายราย สิ่งที่โดดเด่นบางอย่าง ได้แก่ Corsair Force MP600, Sabrent Rocket 4.0, Samsung 980 Pro, Seagate FireCuda และ Gigabyte Aorus PCIe 4.0 SSD

Corsair MP600 เป็นหนึ่งในไดรฟ์ PCIe Gen 4 ที่เร็วที่สุด - รูปภาพ: Corsair

การประนีประนอม

เช่นเดียวกับการอัปเกรดอื่น ๆ มีการประนีประนอมบางอย่างที่เป็นไปตามข้อดี ข้อเสียของการอัพเกรด PCIe 4.0 มีไม่มากนัก แต่มีข้อเสียเล็กน้อยที่นี่และที่นั่นที่คุณต้องระวัง

ขั้นแรก PCIe Gen 4 ทำงานได้อย่างร้อนแรง ไดรฟ์จริงไม่เพียง แต่ร้อนเท่านั้น แต่ชิปเซ็ตบนเมนบอร์ดยังทำงานได้ค่อนข้างร้อนเนื่องจากการใช้งาน PCIe Gen 4 สำหรับไดรฟ์นั่นหมายความว่าไดรฟ์เกือบทั้งหมดที่เราเคยเห็นจนถึงตอนนี้ได้รวมตัวทำความเย็นฮีทซิงค์ไว้ด้วย ฮีทซิงค์ให้การระบายความร้อนแบบพาสซีฟบนชิปหน่วยความจำและทำให้ NAND Flash อยู่ในอุณหภูมิที่เหมาะสมที่สุด สำหรับชิปเซ็ตผู้ผลิตมาเธอร์บอร์ดคิดว่าดีที่สุดที่จะรวมระบบระบายความร้อนแบบแอคทีฟดังนั้นบอร์ด X570 เกือบทั้งหมดจะมีพัดลมที่หมุนและให้การระบายความร้อนแบบแอคทีฟเหนือชิปเซ็ตที่โหลด แม้ว่าบอร์ด B550 จะกำจัดพัดลมออกไปเพื่อเป็นการระบายความร้อนแบบพาสซีฟ

Gigabyte Aorus PCIe Gen 4 SSD มีตัวระบายความร้อนฮีทซิงค์ - รูปภาพ: Gigabyte

นอกเหนือจากส่วนประกอบที่กำลังทำงานอย่างร้อนแรงแล้วยังมีการประนีประนอมที่เกี่ยวข้องกับราคาของเมนบอร์ดที่มีการใช้งาน PCIe 4.0 ไม่แปลกใจเลยที่บอร์ด X570, B550 และ Z490 มีราคาแพงกว่าตัวเลือก B-series และ H-series ทั้งสองรุ่น ทำให้การอัปเกรดเป็น PCIe 4.0 มีความซับซ้อนเล็กน้อยเนื่องจากตอนนี้ผู้ซื้อต้องชั่งน้ำหนักข้อดีของ PCIe 4.0 เทียบกับค่าใช้จ่ายเพิ่มเติมในการตัดสินใจซื้อ

คุณควรอัพเกรดหรือไม่?

มีเหตุผลอะไรที่คุณต้องออกไปซื้อเมนบอร์ดระดับไฮเอนด์ซีพียูรุ่นใหม่และ SSD ราคาแพงเพื่อเพลิดเพลินกับ PCIe 4.0? อาจจะไม่ ข้อได้เปรียบหลักของ PCIe 4.0 อยู่ในแผนกจัดเก็บข้อมูล หากคุณไม่ได้สร้างเครื่องใหม่ตั้งแต่ต้นดูเหมือนจะไม่มีแรงจูงใจเพียงพอใน PCIe 4.0 ที่จะรับประกันการอัปเกรดจากบอร์ด B450 หรือ X470 หรือแม้แต่ซีพียู Ryzen หรือ Intel รุ่นเก่าไปเป็นรุ่นใหม่หากเรายังคงประสิทธิภาพไว้ ด้านเดียว. ดังที่เราได้กล่าวไปก่อนหน้านี้ PCIe 4.0 มีผลเพียงเล็กน้อยต่อประสิทธิภาพการเล่นเกมของระบบเช่นกันดังนั้นการอัพเกรดกราฟิกการ์ดจึงไม่รวมคำถามเกี่ยวกับการรองรับ PCIe 4.0 ในตอนนี้

เว้นแต่ว่าพื้นที่จัดเก็บจะมีความสำคัญสูงสุดสำหรับคุณและไดรฟ์ NVMe Gen 3 ก็ไม่ได้ตัดทิ้งอีกต่อไป PCIe 4.0 ดูเหมือนจะไม่คุ้มค่ากับการอัพเกรดจากเมนบอร์ดรุ่นเก่า ไดรฟ์ PCIe Gen 4 มีข้อได้เปรียบที่สำคัญสำหรับผู้ใช้ที่ทำงานกับไฟล์ขนาดใหญ่ผ่านเครือข่ายหรือมืออาชีพที่ต้องการความเร็วที่สูงขึ้นสำหรับแอปพลิเคชันระดับมืออาชีพและการตัดต่อวิดีโอเป็นต้นด้วยเหตุนี้หากคุณกำลังสร้างระบบใหม่เอี่ยมควรเลือกค่าเริ่มต้น เมนบอร์ดและซีพียู PCIe เพื่อให้แน่ใจว่าระบบจะไม่ระงับการอัปเกรดในอนาคตหากคุณรู้สึกว่ากำลังวางไดรฟ์ Gen 4 ที่รวดเร็วลง ดังนั้นจึงไม่มีแรงจูงใจในการอัพเกรดจากเมนบอร์ดรุ่นเก่ามากนัก แต่สำหรับผู้สร้างใหม่คำแนะนำเริ่มต้นของเราคือใช้กับเมนบอร์ดที่รองรับคุณสมบัติ PCIe Gen 4