PCIe 4.0 - O que há de novo e você deve atualizar?

PCIe 4.0 - O que há de novo e você deve atualizar?

A AMD garantiu a honra de ser a primeira empresa a trazer PCIe Gen 4 em PCs desktop com o lançamento do chipset X570 em junho de 2019 na Computex. O PCIe 4.0 promete trazer muitas melhorias para a interface PCI Express, pois é a maior mudança no padrão PCIe desde 2010. No momento em que este artigo foi escrito, o PCIe Gen 4 ainda não era difundido, mas está começando a receber adoção generalizada, não apenas de CPUs e fabricantes de placas-mãe como a AMD, mas também de fabricantes de placas de vídeo como a Nvidia e a divisão Radeon da própria AMD. Mas você realmente precisa do PCIe Gen 4? E se sim, como você consegue isso? Antes de responder a essas perguntas, porém, precisamos entender o que o PCIe 4.0 realmente é.

As placas X570 como a linha ASUS ROG X570 suportam PCIe Gen 4 - Imagem: ASUS



O que é PCIe 4.0?

PCIe 4.0 é a evolução mais recente de uma interface de comunicação de alta velocidade amplamente implementada, conhecida como PCI ou Peripheral Component Interconnect Express. Simplificando, PCIe 4.0 é a próxima iteração da interface PCIe que é usada para conectar placas de expansão como placas de vídeo e drives M.2 à placa-mãe. A geração atual do PCIe, PCIe 3.0, tem sido um padrão em PCs desktop desde 2010 e o PCIe 4.0 agora oferece uma atualização para isso. Comparado com o PCIe 3.0 antigo, mas ainda muito rápido, o novo PCIe 4.0 oferece essencialmente o dobro do rendimento geral. Isso quer dizer que o PCIe 4.0 oferece o dobro da largura de banda do PCIe 3.0, chegando a impressionantes 64 GB / s contra míseros 32 GB / s de PCIe 3.0 em um link x16. O gráfico a seguir do PCI-SIG, o órgão que gerencia o padrão PCI, mostra a diferença na largura de banda entre as diferentes gerações de PCIe.



As melhorias de largura de banda do PCIe Generational - Imagem: PCI-SIG

Os dois padrões, no entanto, ainda são estruturalmente muito semelhantes. A principal diferença reside apenas nas taxas de transferência e, em alguns casos, o material usado para obter a transmissão bem-sucedida do sinal em uma taxa mais alta. Onde o PCIe 3.0 operava a 8 GT / s (a taxa de bits 0s e 1s), o novo PCIe 4.0 operava a 16 GT / s por pista. Isso dobra a largura de banda geral de 32 GB / s do padrão PCIe 3.0 para 64 GB / s de PCIe 4.0. Além da vantagem da largura de banda, porém, há muito pouca diferença entre as duas gerações que tenha algum significado para o usuário final. PCIe 4.0 tem melhor confiabilidade e integridade de sinal para melhor desempenho.



O que há de novo?

Bem, já discutimos que o principal que diferencia o PCIe 4.0 do PCIe 3.0 é o grande aumento na largura de banda. Enquanto o PCIe 3.0 tinha uma largura de banda máxima de 32 GB / s, o PCIe 4.0 dobra para 64 GB / s. O que é interessante, porém, é como PCIe 4.0 consegue dobrar a largura de banda. A técnica de codificação deve ser entendida para determinar a quantidade real de dados que podem ser transferidos.

PCIe Gen 3.0 e PCIe Gen 4.0 usam uma técnica de codificação 128b / 130b, enquanto as gerações anteriores, como PCIe 2.0, usavam uma técnica de codificação 8b / 10b. Esta técnica de codificação transforma os dados de 128 bits em uma linha de código de 130 bits. Isso garante o alinhamento do fluxo de dados e também permite uma recuperação razoável do relógio. Recuperação de relógio é o processo de extrair informações de tempo de um fluxo de dados. Tudo isso significa que a largura de banda máxima teórica em Gbps de cada PCIe Gen 4.0 se parece com isto:

16GT / s x (128b / 130b) = 15,754 Gbps



A codificação nos permite calcular a sobrecarga necessária para transmitir fluxos de dados PCIe e isso é encontrado pela seguinte fórmula:

([130b-128b] / 130b) x 100 = 1,54%

A duplicação da largura de banda é então possível por meio de novos controladores PCIe como o dos chipsets AMD X570 e B550. Materiais dielétricos de baixa perda também são usados ​​no processo, o que permite que sinais de alta velocidade se propaguem ainda mais através de PCBs.

Melhorias geracionais nos padrões PCIe - Imagem: PCI-SIG

PCIe 4.0 para jogos

Mas o que todo esse cálculo e a largura de banda dupla teórica significam para os jogadores? Podemos esperar que o desempenho das GPUs dobre devido ao aumento da largura de banda? Bem, você provavelmente já deve ter adivinhado que isso simplesmente não é possível. Sim, o PCIe 4.0 melhorou muito a largura de banda de conectividade da GPU com a placa-mãe, mas isso não se traduz em desempenho em jogos no mundo real. GPUs PCIe 4.0 existem agora, com ambas as séries AMD RX 5000 e 6000, bem como a série Nvidia RTX 3000 de placas gráficas com suporte a PCIe Gen 4. No entanto, mesmo se você acoplar essas novas placas gráficas PCIe Gen 4 com um PCIe Placa-mãe Gen 4 como o X570 e um CPU PCIe Gen 4 como o Zen 3 baseado no Ryzen 5000 series da AMD, você ainda não veria um aumento apreciável no desempenho.

A série Nvidia GeForce RTX 3000 suporta PCIe Gen 4

Mas por que isso? Bem, a principal razão pela qual a largura de banda extra não está ajudando a melhorar o desempenho é que mesmo a largura de banda PCIe Gen 3.0 não está sendo totalmente utilizada pelas placas de vídeo hoje em dia. PCIe Gen 3.0 ainda oferece muita largura de banda e até mesmo as placas de vídeo mais sofisticadas não chegaram perto de saturá-la. Na verdade, muitas das placas de última geração, como a Nvidia GeForce RTX 3080, podem funcionar com desempenho próximo ao máximo, mesmo com um link PCIe 3.0 x8 ou um link PCIe 2.0 x16. Portanto, adicionar mais largura de banda a uma conexão que ainda não está saturada não vai ajudar.

Se tentarmos olhar para o futuro, porém, podemos ver a largura de banda extra do PCIe 4.0 sendo uma vantagem em algum momento no futuro. O tamanho dos ativos do videogame e a complexidade gráfica continuam a aumentar dia a dia, então podemos finalmente ver alguma vantagem na velocidade extra do link PCIe se a interface PCIe 3.0 simplesmente não conseguir acompanhar. Especialmente com aplicativos que exigem muita carga, como o aprendizado de máquina, continuam exigindo conjuntos de dados cada vez maiores, o PCIe 4.0 ainda pode desempenhar um grande papel em permitir que as máquinas do futuro não sejam retidas pela falta de largura de banda do link PCIe.

PCIe 4.0 para armazenamento

Agora chegamos à principal razão pela qual o PCIe 4.0 é realmente uma atualização atraente. PCIe 4.0 permite opções de armazenamento muito mais rápidas. Existem drives PCIe Gen 4 por aí que absolutamente esmagam até mesmo os drives NVMe PCIe Gen 3 mais rápidos em termos de números brutos, e simplesmente colocam os drives SATA em uma vergonha absoluta. Com o PCIe Gen 4, finalmente vemos as unidades ultrapassando o número de 5 GB / s em termos de leituras sequenciais, enquanto as unidades NVMe PCIe Gen 3 tendem a atingir 3,5 GB / s. Um drive particularmente rápido, o Gigabyte Aorus M.2 PCIe 4.0 atinge impressionantes 5 GB / s de leitura e 4,3 GB / s de gravações, o que é cerca de 35-40% maior de desempenho sequencial do que até mesmo o SSD M.2 PCIe Gen 3 mais rápido. Isso ocorre porque, ao contrário das placas gráficas, os SSDs nesta plataforma podem realmente aproveitar a largura de banda extra.

As velocidades dos SSDs PCIe Gen 4 - Imagem: HotHardware

A situação fica ainda mais extrema se você adicionar RAID à mistura. Como explicamos em nosso artigo sobre os níveis de RAID , O RAID 0 dobra efetivamente a velocidade das duas unidades colocadas em RAID, ao mesmo tempo que coloca em risco a redundância das unidades. A Gigabyte usou uma placa complementar PCIe 4.0 com quatro SSDs PCIe M.2 de 2 TB em RAID 0 e atingiu uma impressionante leitura de 15,4 GB / s e gravações de 15,5 GB / s. Este é um nível de desempenho sem precedentes que, embora reconhecidamente muito caro, foi possível exclusivamente através da melhoria absoluta da largura de banda do PCIe Gen 4.

O AIC que a Gigabyte usou para empurrar os números insanos de largura de banda - Imagem: PCWorld

Como obter PCIe 4.0?

Embora o PCIe 4.0 pareça muito impressionante quando se ouve números como 15 GBps, há de fato um conjunto específico de requisitos que precisam ser atendidos para que o PCIe 4.0 esteja instalado e funcionando. Existem essencialmente três coisas que precisam ser satisfeitas para obter o PCIe Gen 4.

  • Uma placa-mãe compatível com PCIe Gen 4
  • Uma CPU compatível com PCIe Gen 4
  • Uma GPU / SSD compatível com PCIe Gen 4

Se falarmos sobre as placas-mãe, há dois chipsets da AMD que atualmente suportam PCIe Gen 4 no momento desta escrita. O Chipset X570 e o Chipset B550 são os únicos dois chipsets no time Red que permitem compatibilidade PCIe Gen 4 e mesmo entre estes dois, apenas o Chipset X570 permite compatibilidade completa de recursos PCIe Gen 4. Os chipsets B450, X470, B350, X370, A320 mais antigos, bem como os chipsets A520, não suportam PCIe Gen 4 e nunca o farão, já que as gerações PCIe não são compatíveis com versões anteriores. Além disso, a plataforma TRX40 Threadripper e a plataforma de servidor AMD EPYC Rome também suportam PCIe Gen 4.

No lado da Intel, a plataforma Z490 suporta PCIe Gen 4, embora não haja atualmente CPUs Intel que suportem o recurso. Espera-se que isso mude em breve, pois é confirmado que os 11ºAs CPUs Gen Rocket Lake Desktop não funcionarão apenas com placas Z490, mas também suportará PCIe Gen 4 então isso é algo positivo da Equipe Azul. As placas da série B de médio porte e as econômicas da série H não oferecem suporte a PCIe Gen 4, de forma alguma.

As CPUs Intel Rocket Lake de 11ª geração também têm suporte para PCIe Gen 4 - Imagem: Intel

No que diz respeito às CPUs, tanto a série AMD Ryzen 3000 quanto a nova série AMD Ryzen 5000 suportam oficialmente PCIe Gen 4. A Intel ainda não tinha suporte para PCIe Gen 4 em suas CPUs de desktop até o momento em que este artigo foi escrito, mas o próximo Rocket Lake 11ºAs CPUs Gen estão confirmadas para ter suporte para o recurso.

Por fim, os produtos que você realmente colocará nos slots PCIe. No que diz respeito às GPUs, a série Nvidia RTX 3000, a série AMD RX 5000 e a série de placas gráficas AMD RX 6000 suportam oficialmente esse recurso. Para os SSDs, temos uma variedade de SSDs PCIe Gen 4 para escolher, de vários fabricantes diferentes. Alguns notáveis ​​incluem Corsair Force MP600, Sabrent Rocket 4.0, Samsung 980 Pro, Seagate FireCuda e o SSD Gigabyte Aorus PCIe 4.0.

O Corsair MP600 é um dos drives PCIe Gen 4 mais rápidos - Imagem: Corsair

Compromissos

Assim como com qualquer outra atualização, existem alguns compromissos que vêm junto com as vantagens. Não há muitas desvantagens na atualização do PCIe 4.0, mas existem algumas peculiaridades aqui e ali que você precisa estar ciente.

Primeiro, o PCIe Gen 4 funciona muito bem. Não apenas as unidades reais esquentam, mas o chipset da placa-mãe também esquenta bastante devido à implementação do PCIe Gen 4. Para os drives, isso significa que quase todos os drives que vimos até agora incluem um cooler com dissipador de calor. O dissipador de calor fornece resfriamento passivo nos chips de memória e mantém o NAND Flash em uma temperatura ideal. Para o chipset, os fabricantes da placa-mãe acharam melhor incluir resfriamento ativo, de forma que quase todas as placas X570 têm uma ventoinha incluída que gira e fornece resfriamento ativo sobre o chipset sob carga. As placas B550, entretanto, se livraram da ventoinha em favor do resfriamento passivo.

O SSD Gigabyte Aorus PCIe Gen 4 apresenta um dissipador de calor - Imagem: Gigabyte

Além dos componentes de execução quente, há também um compromisso associado ao preço das placas-mãe que contêm a implementação PCIe 4.0. Não é nenhuma surpresa que as placas X570, B550 e Z490 sejam mais caras do que as opções das séries B e H em ambas as linhas. Isso torna a atualização para PCIe 4.0 um pouco complicada, pois o comprador agora precisa pesar as vantagens do PCIe 4.0 em relação ao custo extra para tomar uma decisão de compra.

Você deve atualizar?

Então, há um motivo para você sair e comprar uma placa-mãe topo de linha, uma CPU mais recente e um SSD caro para desfrutar do PCIe 4.0? Bem, provavelmente não. A principal vantagem do PCIe 4.0 atualmente está no departamento de armazenamento. A menos que você esteja construindo uma máquina totalmente nova do zero, não parece haver incentivo suficiente no PCIe 4.0 para garantir uma atualização das placas B450 ou X470, ou mesmo de CPUs Ryzen ou Intel mais antigas para as mais novas, se mantivermos o desempenho um lado. Como evitamos anteriormente, o PCIe 4.0 tem pouco ou nenhum efeito no desempenho de jogos do sistema também, então a atualização da placa de vídeo não inclui a questão do suporte ao PCIe 4.0 a partir de agora.

A menos que o armazenamento seja de extrema importância para você e os drives NVMe Gen 3 simplesmente não o estão cortando mais, o PCIe 4.0 não parece valer a pena o upgrade de placas-mãe mais antigas. As unidades PCIe Gen 4 oferecem vantagens significativas para usuários que trabalham com arquivos grandes em uma rede ou profissionais que precisam de velocidades mais altas para aplicativos profissionais e edição de vídeo, etc. Dito isso, se você estiver construindo um sistema totalmente novo, a escolha padrão deve ser as placas-mãe e CPUs PCIe para garantir que o sistema não retenha nenhuma atualização futura, caso você deseje instalar um drive Gen 4 rápido. Portanto, não há muito incentivo para fazer upgrade de uma placa-mãe mais antiga, mas para novos construtores, nossa recomendação padrão seria ir com placas-mãe que suportam o recurso PCIe Gen 4.