→PCI Express 4.0 Gen4

由于新一代AMD Ryzen Zen2和AMD X570 芯片组的问世 ， PCI Express 4.0已经在我们的台式计算机中成为现实。新的PCI-SIG标准自2017年以来一直存在，但直到今年上半年，制造商才可以选择开始提供应有的用途。在本文中，我们将看到我们需要了解的有关此新的或更确切地说更新的通信接口的所有信息。

内容索引

PCI Express的发展和新闻

也称为PCI Express或简称为PCI-e ，它是一种高速总线，已在当今的所有台式机和专业计算设备中使用。 实际上，计算机中的所有高性能组件都通过这样的总线发送输入和输出数据 。

该通信标准下的实体是PCI-SIG，并在2017年首次解锁了此版本4.0，但直到2019 年，它才到达我们甚至我们的台式机。并且原因很简单， 直到现在，很少有设备需要比PCIe 3.0更高的带宽 ，但是随着新的NVMe固态存储单元的到来以及CPU和芯片组之间更高的数据交换密度，该总线从包装在行业中。

自从2003年实施该标准以来，我们总共进行了四次更新 。所有这些参数都有一个常数，那就是在每次迭代中使总线宽度加倍。 市场上每个版本的期限大约为4年，直到3.0版问世为止，而3.0版一直保持到7年，直到2017年为止 。 PCI-SIG甚至已经在2019年的同一季度解锁了下一个更新版本PCIe 5.0 ，但是在台式机上，我们将继续使用该总线至少三年，因为仍然需要这种带宽的设备很少。

带宽

PCI Express基于类似于高速公路车道的车道或数据车道 ，但是汽车可以在两个方向上流通，尽管在这种情况下是电动的。具体来说，PCIe 4.0能够使版本3.0的传输速度加倍，因此，由于双向传输，每个上下行通道的传输速率均不低于16 GT / s（传输千兆位） 。如果我们将此度量值传递到我们每天使用的值，则每个通道的速度为1969.2 MB / s，而PCIe 3.0总线的速度为984.6 MB / s。

另一个改进的方面是通信中的延迟，因为它具有更大的总线宽度，并且由于具有相应的PCIe控制器， PHY接收器可以管理每个通道的电气裕度信息。出于实际目的，可以实现更好的总线饱和管理并减少I / O通信中的延迟，从而根据我们连接的设备来提高可伸缩性。

就需求而言， PCI Express 4.0在今天并不是必不可少的 ，而是为不久的将来做准备的一种方式。 10 Gbps的网络通信变得越来越频繁，尤其是在5G到来的今天。对USB 3.1 Gen2连接性的高需求以及即将推出20 Gbps的USB 3.2以及新的NVMe PCIe x4 SSD （已发现限制为3.94 GB / s）已成为其实现的主要原因之一。

让我们在下表中比较不同版本的PCIe，因为它的速度取决于可用的配置：

V.	引言	车道转乘	带宽
×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）

向后兼容性我们需要PCI Express 4.0吗？

当前，我们都知道使用PCIe插槽的最著名的应用程序是通过图形卡。在这一点上，我们都知道，对于一个自重的游戏团队来说，我们需要一个专用的显卡 ，该显卡可以通过PCIe 3.0 x16进行工作，也就是说， 我们拥有126 Gbps的总线来传输数据 。但是我们真正需要多少呢？嗯，在144 Hz和10位色深的4K分辨率游戏的传输中，我们需要大约35.8 Gbps的总线 。

这意味着用于图像数据传输的总线宽度大约为70％ 。让我们记住它是双向数据，因此这里已经考虑了上游和下游总线。因此，例如，目前在显卡上安装PCie 4.0绝对没有意义。 如果我们谈论的是多GPU ，那么由于并行性， 宽度将被大量使用 ， 但仍然绰绰有余。

但是我们也可以说确实需要它 ，这是由于新的NVMe SSD的结合 。到目前为止，他们都使用PCI 3.0 x4进行工作，但是在这方面，制造商确实很快找到了极限，读取速率非常接近可用的3.94 GB / s。解决方案不是通过简单地限制CPU和芯片组的容量在M.2插槽中引入更多通道，而是将其增加到两倍的带宽， 例如AORUS或Corsair等制造商已经拥有自己的M.2 PCie 4.0 a超过4000 MB / s。

那么，维护PCIe 3.0并希望使用外围设备4.0的用户会怎样？嗯，在连接方面不会有任何问题，因为从一开始， PCIe就提供了与先前标准的向后兼容性 。实际上，3.0、4.0和即将推出的5.0将在其传输中继续使用128b / 130b编码 。唯一的缺点是它将限制总线的速度。

SSD和图形卡上的PCI Express 4.0

固态存储方面所做的出色工作无疑应该得到强调。自从M.2接口出现在x4通道并在NVMe协议下工作以来，速度在数月内成倍增长，基于3D NAND的内存配置需要超过4000 MB / s。

AORUS或Corsair等制造商已经推出了他们的新型SSD，它们采用东芝的NAND 3D TLC架构，能够以5000 MB / s 的顺序读取和4400 MB / s的理论读取速度工作。这些数字比上一代SSD大约高出40％ ，并且远远没有达到极限，因为尽管它仍然可以在仅4条通道上达到7 GB的88 GB / s的速度 。

此更改带来了安装这些SSD时要考虑的一些细节，例如， 需要激活写入缓存策略以实现更好的传输。当然，另一个稍微重要的细节是拥有PCIe兼容板，目前只有AMD会拥有它们。

我们建议同时检查这两个选项，以使SSD具有最佳性能

我们在市场上使用PCI Express 4.0的另一款设备是新的AMD Radeon RX 5700和5700 XT显卡。出于实际目的，这并不重要，因为我们已经清楚地看到3.0版还剩下，但是实施新标准并引领潮流并没有错。

AMD Ryzen 3000和AMD X570，最早与PCI Express 4.0兼容

由于采用了新一代的Ryzen处理器，因此第一个使用此新PCIe 4.0进入台式机市场的制造商是AMD 。一些采用7纳米FinFET光刻技术的 CPU 称为Zen2，现在在其用于图形卡的通信接口I / O中提供16通道PCIe 4.0，总共24通道 。它们不仅在指令处理方面提高了性能，而且还能够处理大量数据。

实际上，适用于此新一代产品的新主板使用的AMD X570芯片组具有不少于20通道的PCI Express 4.0。 在我们已经准备好的文章中，我们将看到X570与X470芯片组等之间的比较，而其中一个主要就是这一点。基本配置由8个通道组成，这些通道对于PCIe 4.0 是必选的 ，另外8个通道可用于其他设备（如SATA）或外围设备（如USB），例如，制造商可以自由分配。 其余4条通道可供制造商自由选择 ，尽管原则上它们将用于4x SATA 6 Gbps或2x PCIe 4.0 x2的配置。

由于这两个元素的强大功能， CPU和芯片组之间的通信总线由4条PCI Express 4.0通道组成 。关于插槽分配，与上一代产品相比，我们还看到了许多新功能，因为芯片组本身还引入了其他一些PCIe x1和x16插槽 （工作在x4）4.0 ，甚至还有两个M.2 x4插槽用于这些新的SSD。另一个重大变化是最多支持8个USB 3.1 Gen2 10 Gbps端口 ，这直到现在是不可能的。

至于与PCI Express 4.0兼容的其他硬件，我们可以提到IBM POWER9处理器或带有Intel 10nm生产处理器的Falcon Mesa FPGA ，它们通过以下方式与PCI Express 4.0兼容，作为内置IP块： EMIB。新一代英特尔处理器尚未面世，很明显，它还将实现PCI Express 4.0。