Op til 7 GB/s, sådan fungerer PCIe 4.0!

Sponseret indhold – denne artikel præsenteres af Samsung

Med dobbelt båndbredde i samme format sprænger PCIe 4.0 præstationsloftet for alt lige fra grafikkort til SSD-enheder. Følg med, når vi forklarer, hvad PCIe 4.0 er, og hvilken forskel det faktisk gør.

Hvis du nogensinde har prøvet at tilslutte et grafikkort i en stationær computer, kender du allerede til PCI Express (eller PCIe), den hurtige tilslutningsstandard, der sammenkobler komponenterne i praktisk taget alle moderne bundkort. Udover at være den grænseflade, der kan tilføje mere beregningskraft til spil eller store parallelle beregninger, er PCI Express også den korteste og mest kraftfulde rute mellem computerens interne hukommelse og alle tænkelige plug-in moduler som f.eks. netværkskort, lydkort og rigtig hurtige SSD-enheder.

Artikelindeks

PCIe – hvad er det?

PCIe 4.0 – giver fordoblet båndbredde

Forskellen mellem PCIe 3.0 og 4.0

Hvad kræves der for at bruge PCIe 4.0 lagring i dag?

Lige siden den første PCI Express-standard blev lanceret i 2003, har nye versioner, først 2.0 efterfulgt af 3.0 og nu den seneste 4.0, fordoblet båndbredden. I denne artikel vil vi se nærmere på lige netop PCI Express 4.0 til SSD-enheder – hvad der adskiller denne version fra tidligere versioner, og hvad det betyder for næste generations hurtige lagringsløsninger.

PCI Express – hvad er det?

Inden vi dykker ned i detaljerne omkring PCIe 4.0, er det værd at gennemgå, hvad PCIe egentlig er, og hvordan teknikken er opbygget. PCIe er en videreudvikling af en ældre teknologi, PCI, der står for Peripheral Component Interconnect. Som navnet antyder, er PCIe en tilslutningsstandard, eller bus, for at tilslutte tilbehør til en computer på en standardiseret måde, så hver eneste it-arkitektur ikke skal til at opfinde hjulet og implementere deres helt egen port og protokol. I den forstand udfylder PCIe samme funktion som USB, men for komponenter inde i computeren i stedet for udenpå.

Vidste du, at … PCIe også findes i mobiltelefoner

Selvom man først og fremmest hører om PCI Express i forbindelse med computere, bruges teknologien også i andre enheder, blandt andet i visse mobiltelefoner. Standarden er ikke begrænset til de X86-processorer, der bruges i en PC, men kan rent teknisk bruges til en hvilken som helst platform, der kan håndtere båndbredden. For eksempel bruger mange Android-mobiler PCIe mellem processoren og telefonens ethernet controller, og den nye MicroSD Express-standard bruger PCIe og NVMe for at få SSD-lignende lagringshastigheder i hukommelseskort til mobiltelefoner i fremtiden.

PCIe adskiller sig dog fundamentalt fra USB med hensyn til kapacitet og struktur – i det mindste indtil videre. Næste generations USB, version 4.0, kommer til at bygge på lige netop PCIe. Den grundlæggende byggesten i PCIe er dens lanes, eller “baner”, hvor hver bane selvstændigt kan overføre data mellem computerens processor og hukommelse og det tilbehør, du har koblet til den. Producenten kan derfor vælge, hvor mange baner, der skal bruges til et tilbehør – et kraftfuldt grafikkort bruger som regel 16 baner, hvilket svarer til en meget stor PCIe-port på bundkortet. Et trådløst netværkskort kan derimod ofte klare sig med blot en PCIe-bane, og en moderne SSD plejer at bruge fire eller otte.

Samsung 980 Pro er en SSD, der understøtter PCIe 4.0.

Disse PCIe-baner kan pakkes på forskellige måder alt efter, hvad der skal tilsluttes. De mest almindelige er dels “almindelige” PCIe-porte, det er dem, der bruges til at tilkoble meget store grafikkort, dels M.2, der anvendes til SSD-enheder, og til slut U.2, der fortrinsvis anvendes til SSD-enheder i visse servere og arbejdsstationer.

Den måske vigtigste pointe er, at protokollen og de fysiske porte er adskilte fra hinanden og udvikles selvstændigt. Det er en af grundene til, at PCIe er helt bagudkompatibel. Hvis du har fungerende drivere, kan det fint lade sig gøre at bruge et PCIe 1.0-grafikkort fra 2003 i en computer med PCIe 4.0.

PCI Express 4.0 fordobler båndbredden

Version 4.0 er den seneste variant af PCI Express, der implementeres i forbrugerelektronik, og til trods for at standarden officielt var klar i 2017, er det først i år, at både bundkort og grafikkort og SSD-enheder kan drage nytte af den nye protokol.

Fire PCIe-baner er mere end nogensinde før

M.2-kontakten til SSD-enheder anvender som regel fire PCIe-kanaler, og med PCIe 4.0 får disse fire kanaler en samlet kapacitet på ca. 8 GB/s. Samsung 980 Pro benytter den ekstra båndbredde sammen med en ny controller, Elpis, og 3D TLD-NAND til at opnå sekventielle overførselshastigheder på op til 7 GB/s, hvilket ikke havde været muligt med PCIe 3.0.

PCIe 4.0 fører en masse tekniske forbedringer med sig, men den absolut vigtigste for almindelige brugere er den fordoblede båndbredde pr. bane, som nu er på i alt 1,97 GB/s, sammenlignet med tidligere 985 MB/s. Hvis alle 16 baner i en meget stor PCIe-port anvendes, er den maksimale hastighed 31,5 GB/s. Derudover har version 4.0 noget kortere svartider, og understøtter såkaldt “lane margining”, som er beregnet til at give ingeniører bedre muligheder for at udnytte hele båndbredden på en effektiv måde.

Egenskab | Samsung 980 Pro M.2 SSD | Samsung 970 Evo M.2 SSD | Samsung 860 Evo SATA SSD | 10TB 7200 RPM HDD
Datagrænseflade | PCIe 4.0 | PCIe 3.0 | SATA | SATA
Maks. læsehastighed | 7.000 MB/s | 3.500 MB/s | 550 MB/s | -250 MB/s
Tilfældig læsning (4K, QD32) | Op til 1.000.000 IOPS | Op til 500.000 IOPS | Op til 90.000 IOPS | -700 IOPS
Tilfældig skrivning (4KB, QD1) | Op til 60.000 IOPS | Op til 50.000 IOPS | Op til 42.000 IOPS | -240 IOPS

Præcis som tidligere versioner er PCIe 4.0 fuldt bagudkompatibel med ældre PCIe-standarder og er blevet implementeret i både meget store PCIe-porte og M.2. Den næste PCIe-standard, version 5.0, blev færdig sidste år, men det forventes, at der går endnu nogle år, før den kommer på markedet.

Hvilken forskel gør det?

De store fordele ved fordoblet båndbredde kommer lige netop fra PCIe-standardens opbygning af individuelle kanaler – man får lige så nemt samme hastighed med halvt så mange baner og får derfor baner til overs til andre komponenter.

Næste generations SSD-enheder med PCIe 4.0 kan i teorien overføre store filer dobbelt så hurtigt som SSD-enheder, der er baseret på PCIe 3.0, selvom det kommer til at tage et stykke tid, før teknologien kan udnyttes til fulde. Men man vil også kunne tilslutte SSD-enheder, der svarer til de allerhurtigste PCIe 3.0-modeller med halvt så mange PCIe 4.0-kanaler, og dermed få op til dobbelt så mange SSD-enheder ind med bibeholdt præstationsevne pr. enhed.

Vidste du, at … Flash-hukommelse kan stables

I flere moderne SSD-enheder er flash-hukommelsen ikke længere konstrueret i et almindeligt, fladt kredsløb. I stedet stables flere af disse kredsløb oven på hinanden i mange lag. Dette fører dels den fordel med sig, at der er plads til mere lagring på samme eller et mindre kredsløbsareal, og dels at SSD-enheden kan håndtere flere skrivninger i løbet af sin levetid. Flash-hukommelsen i Samsung 980 Pro er f.eks. stablet i hele 128 lag.

Næste generations grafikkort, både Nvidias RTX 3000-serien og AMD’s Radeon 6000-serien, bruger PCIe 4.0. I begge tilfælde betyder det, at store teksturer og kompleks geometri kan indlæses hurtigere i krævende spil. PCIe 4.0 kan især blive relevant for f.eks. Radeon 6000-serien, der kombineret med en Ryzen 2-processor kommer til at understøtte Microsoft DirectStorage og dermed lade grafikkort og SSD kommunikere direkte med hinanden, så der opnås en bedre ydeevne i grafisk krævende spil.

Hvilke platforme understøtter PCIe 4.0?

I dag findes der kun to platforme, der understøtter PCIe 4.0 i forbrugercomputere. Blandt stationære computere er det kun AMD’s Ryzen 2-platformen med chipsettet X570, der bruger den nye standard. Sidstnævnte bruger dels PCIe 4.0 til grafikkort og SSD-enheder, men også til at kommunikere mellem bundkortets interne komponenter via frameworket Infinity Fabric.

Intel tilbyder PCIe 4.0 i bærbare computere i form af platformen Tiger Lake, der blev lanceret i sommers. Da Tiger Lake er en familie af mobile processorer, kan PCIe 4.0 i første omgang fra producentens side bruges til at tilslutte grafikkort direkte på fabrikken, men der er også mulighed for, at man som forbruger i flere tilfælde selv kan installere en SSD med PCIe 4.0 i M.2-format.

Dette skal du bruge for at komme i gang med PCIe 4.0-lagring (2020)

Et kompatibelt bundkort:

AMD: Bundkort med chipset X570 eller B550

Intel: Bærbar computer fra Tiger Lake-serien

En PCIe 4.0-kompatibel SSD, som f.eks. Samsung 980 Pro

En ledig PCIe 4.0-tilslutning, en af følgende:

M.2 med 4 stk. PCIe 4.0-baner

Meget stor PCIe X8 eller X16 (hvis din SSD er i M.2-format, skal du tilkøbe en adapter)

Effektiv køling til SSD-enheder

Når du skal installere end ny SSD, skal du være opmærksom på, at PCIe-baserede SSD-enheder kan anvende kraftfulde chipset, der afgiver en del varme. Det betyder, at forudsætningerne for, at din SSD kan præstere optimalt, kan være ringere i en bærbar computer end i en stationær.

Samsung 980 Pro anvender et lag varmeledende nikkel på chipsettet – samt i enhedens label – for også at forbedre dens køleevne i det trange kabinet på en bærbar computer. SSD-enheden kan også tilpasse hastigheden dynamisk på sine komponenter for at holde den optimale temperatur ved belastning.

Rocket Lake, Intels næste stationære processorer, kommer også til at understøtte PCIe 4.0. Platformen lanceres dog først i løbet af første kvartal 2021.

Vil du opgradere til PCIe 4.0, eller har du allerede gjort det? Skriv gerne en kommentar med dine overvejelser og synspunkter! I denne artikel har vi brugt Samsung 980 Pro, en PCIe 4.0-baseret SSD til entusiaster og arbejdsstationer.

Op til 7 GB/s, sådan fungerer PCIe 4.0!