Технологии: "PCI-e 5.0 и 4.0" основные отличия⁠⁠

Высокоскоростная шина PCI-Express — одна из основ современных компьютерных систем. Ее линии — это связующие звенья между различными компонентами любого ПК. Раз в несколько лет появляется новая версия шины, приносящая очередные улучшения. Что нового принесла с собой PCI-Express 5.0, и чем отличается от своей предшественницы четвертой версии?

Персональный компьютер представить без шины PCI-E просто невозможно. Линии PCI-E связывают центральный процессор с видеокартой, накопителями, чипсетом и платами расширения — все соединения, требующие высокой скорости обмена данными, базируются именно на этой шине.

Производительность компьютеров растет из года в год, а шине PCI-E скоро стукнет два десятка лет. Поэтому нет ничего удивительного в том, что раз в несколько лет она получает доработки для более высокой скорости обмена информацией, и в связи с этим обновляется до новой версии. Сейчас на смену уже привычному PCI-E 4.0 приходит пятая версия обновленного интерфейса. Первые платформы с его поддержкой уже на рынке — это Intel LGA1700 и AMD AM5.

Что нового в PCI-E 5.0

Главным новшеством пятой версии интерфейса является увеличение пропускной способности. Как и прежде, стандарт верен правилу удвоения пропускной способности каждое поколение. Это означает, что при одинаковом количестве линий пропускная способность PCI-E 5.0 вдвое больше, чем у предшественника.

Каждая линия PCI-E 5.0 обеспечивает пропускную способность в 32 Гбит/c. При этом используется схема кодирования 128b/130b, когда 128 бит данных кодируются 130 битами, — она не нова, и появилась еще в PCI-E 3.0. В результате, скорость обмена данными по одной линии составляет 31.5 Гбит/c, или почти 3.94 ГБ/c.

Разъем для видеокарт с 16 линиями нового стандарта может обеспечить эффективную пропускную способность на уровне 63 ГБ/с. Не менее впечатляет и скорость NVMe-слотов нового поколения — четыре линии дают пропускную способность в 15.75 ГБ/c. Для сравнения: при использовании PCI-E 4.0 эти значения составляют лишь 31.5 и 7.87 ГБ/с, соответственно.

При этом новые слоты расширения сохраняют совместимость со старыми картами, накопителями и прочими устройствами, работающими в более медленном режиме. Впрочем, как и всегда — преемственность поколений у шины присутствует изначально.

Польза PCI-E 5.0 для видеокарт

Главными потребителями линий PCI-E, несомненно, являются видеокарты. Из всех компонентов системы именно графические адаптеры нуждаются в как можно большей скорости обмена данными.

Впрочем, и здесь все не так просто. Наличие соответствующей версии интерфейса у видеокарты отнюдь не означает, что она в нем нуждается. Видеокарта RTX4090, до 2025 года являлась флагманом компании NVIDIA и самым быстрым графическим адаптером в мире, была протестирована на производительность в трех разрешениях с разными версиями шины PCI-E ресурсом TechPowerUp:

Как видим, даже для текущего короля 3D-графики задействование режима PCI-E 3.0 одиннадцатилетней давности против нативного PCI-E 4.0 выливается лишь в потерю 2–3% производительности. Режим PCI-E 2.0, которому стукнуло уже полтора десятка лет, просаживает производительность сильнее, но тоже не так заметно — на 6–8%. И лишь старичок PCI-E 1.1, который в следующем году будет отмечать 20-летний юбилей, ограничивает производительность флагманской карты на 18–20%.

Казалось бы, если у топовой видеокарты такая небольшая разница даже с вдвое более медленным PCI-E 4.0, то зачем переходить на PCI-E 5.0 всем остальным? Но тут есть одна загвоздка — дело в том, что в последние годы многие видеокарты среднего и бюджетного ценовых сегментов получают урезанное количество линий PCI-E. Это кратно уменьшает пропускную способность. Например, у NVIDIA RTX3050 восемь линий PCI-E 4.0, которые по пропускной способности равны 16 линиям более старого PCI-E 3.0. А у AMD RX6500XT так вообще четыре линии PCI-E 4.0, которые имеют пропускную способность, аналогичную достаточно древнему PCI-E 2.0 x16.

Если учитывать, что в следующем поколении карты этого ценового диапазона станут быстрее, то вполне возможно, что малого количества линий PCI-E 4.0 им будет не хватать. Вот тут и понадобится более быстрый PCI-E 5.0. Однако, минусов при таком раскладе не избежать — даже если новые карты будут поддерживать пятую версию шины, для ее задействования в обязательном порядке понадобится соответствующая платформа с поддержкой PCI-E 5.0. В противном случае повышенной пропускной способности этим видеокартам не видать.

Польза PCI-E 5.0 для накопителей

Для NVMe-накопителей наличие нового интерфейса кажется более полезным. Если текущий PCI-E 4.0 ограничивает максимальную скорость обмена с ними на отметке чуть более 7.5 ГБ/c, то с новым PCI-E 5.0 это значение превышает 15 ГБ/c.

Сразу ждать таких скоростей не стоит, ведь помимо интерфейса, соответствующими характеристиками должна обладать и сама флеш-память. Но даже у первых представленных моделей скорости достигают 10–12 ГБ/c — это уже в полтора раза больше, чем 7 ГБ/c у SSD с прошлым поколением интерфейса. Достижение двукратной разницы в скоростях между разными поколениями накопителей — лишь вопрос времени.

Но при этом нужно учитывать, что видна глазу разница в скоростях будет лишь на линейных операциях с большим количеством данных — например, при работе с видео сверхвысокого разрешения или сложными проектами в 3D-программах. В остальных случаях сверхскорости по отношению к прошлому поколению будет трудно заметить. Впрочем, как и разницу между SSD с интерфейсами PCI-E 3.0 и 4.0.

Особенности реализации PCI-E 5.0 на платформах Intel и AMD

Если PCI-E 4.0 впервые внедрили на платформах AMD, то пионером PCI-E 5.0 стала новая платформа Intel — LGA1700. Первыми платами, получившими новый интерфейс в конце 2021 года, стали модели на базе чипсета Z690. На данный момент этот ассортимент расширен платами на чипсетах H670, H770 и Z790. У среднебюджетных B660 и B760 поддержка опциональна и встречается редко, а платы на младшем чипсете H610 новой версией шины оказались обделены.

Несмотря на звание первой платформы с поддержкой PCI-E 5.0, у LGA1700 есть небольшой нюанс. Дело в том, что пятую версию интерфейса поддерживают только 16 линий PCI-E от процессора, предназначенные для видеокарты. Четыре линии, выделенные для NVMe-накопителя, а также сама связь процессора с чипсетом базируются на четвертой версии PCI-E. То есть прямой возможности установить быстрый накопитель PCI-E 5.0 платформа не имеет. Для ее организации придется устанавливать SSD на отдельную плату расширения, вставляемую в разъем PCI-E x4 или PCI-E x8, и тем самым лишать драгоценных восьми линий видеокарту.

В отличие от LGA1700, новая платформа AMD AM5, увидевшая свет в конце прошлого года, изначально проектировалась под особенности пятой версии шины. Процессоры Ryzen 7000 имеют 28 линий PCI-E 5.0. 16 из них идут на слот видеокарты, две пары по четыре линии — к быстрым NVMe-слотам с поддержкой PCI-E 5.0. Последняя четверка в данный момент функционирует в более медленном режиме PCI-E 4.0 x4, и предназначена для связи с чипсетами AMD 600 серии. При этом новой версией интерфейса могут быть оснащены как дорогие платы на двух разновидностях топового чипсета X670/X670E, так и более дешевые на среднебюджетной паре B650/B650E — тут AMD развязала руки производителям, оставив реализацию PCI-E 5.0 на их выбор.

На данный момент платформа AM5 позволяет одновременное использование видеокарты и двух NVMe SSD с поддержкой пятой версии PCI-E. Еще четыре линии работают в более медленном режиме для связи с текущими чипсетами — вполне вероятно, что для будущих чипсетов платформы это соединение тоже перейдет на пятую версию интерфейса. Тем самым откроется возможность установки третьего NVMe-накопителя с PCI-E 5.0.

Итоги

Внедрение новой версии интерфейса PCI-E, как и ранее, опережает текущие потребности большинства пользователей. Несмотря на полуторогодовалое присутствие на рынке, видеокарт под PCI-E 5.0 нет и в ближайший год не предвидится, а накопители только готовятся к выходу на рынок и далеки от массового применения.

Тем не менее, с учетом сохранения актуальности современных платформ в течении четырех-пяти лет, поддержка нового интерфейса может пригодиться в будущем. Особенно людям, работающим с большими объемами данных — в два раза более быстрые SSD уже не за горами. В этом плане платформа AM5 смотрится в лучшем свете, чем LGA1700. Впрочем, первая будет присутствовать на рынке еще года четыре, тогда как для второй уже в ближайший год придет замена в виде LGA1851. Можно быть уверенным, что на ней будет уже не частичная, а полная поддержка PCI-E 5.0, аналогично конкуренту.

Но если для SSD скорость PCI-E 5.0 еще может найти применение в некоторых сценариях, то для видеокарт толку от нее не будет еще долго. Мультичиповые конфигурации, которые могли бы немного выиграть от пятой версии шины, канули в лету, а одиночные ГП еще несколько лет не будут явно упираться в возможности четвертой версии интерфейса. Однако новая шина все-таки может пригодиться для будущих карт с урезанным количеством линий, с учетом их использования на новых платформах естественно.