PCIe 4.0 - ما الجديد وهل يجب عليك ترقيته؟

آراء

حصلت AMD على شرف كونها أول شركة تقدم PCIe Gen 4 في أجهزة الكمبيوتر المكتبية مع إطلاقها لمجموعة شرائح X570 في يونيو 2019 في Computex. يعد PCIe 4.0 بإدخال الكثير من التحسينات على واجهة PCI Express لأنه أكبر تغيير لمعيار PCIe منذ عام 2010. حتى وقت كتابة هذا التقرير ، لا يزال PCIe Gen 4 غير منتشر ولكنه بدأ يتلقى اعتمادًا واسع النطاق لا فقط من وحدات المعالجة المركزية والشركات المصنعة للوحات الأم مثل AMD ولكن أيضًا من مصنعي بطاقات الرسومات مثل Nvidia وقسم Radeon الخاص بـ AMD. لكن هل تحتاج حقًا إلى PCIe Gen 4؟ وإذا كان الأمر كذلك ، كيف تحصل عليه؟ قبل أن نجيب على هذه الأسئلة ، نحتاج إلى فهم ماهية PCIe 4.0 بالفعل.



تدعم اللوحات X570 مثل خط ASUS ROG X570 PCIe Gen 4 - الصورة: ASUS

ما هو PCIe 4.0؟

PCIe 4.0 هو أحدث تطور لواجهة اتصالات عالية السرعة مطبقة على نطاق واسع والمعروفة باسم PCI أو Peripheral Component Interconnect Express. ببساطة ، PCIe 4.0 هو التكرار التالي لواجهة PCIe التي تُستخدم لتوصيل البطاقات الإضافية مثل بطاقات الرسومات ومحركات الأقراص M.2 باللوحة الأم. كان الجيل الحالي من PCIe ، PCIe 3.0 ، معيارًا في أجهزة الكمبيوتر المكتبية منذ عام 2010 ويوفر الآن PCIe 4.0 ترقية لذلك. بالمقارنة مع PCIe 3.0 الأقدم ولكن الذي لا يزال سريعًا جدًا ، يوفر PCIe 4.0 الجديد بشكل أساسي ضعف الإنتاجية الإجمالية. وهذا يعني أن PCIe 4.0 يوفر ضعف النطاق الترددي مثل PCIe 3.0 ، حيث يأتي بسرعة هائلة تبلغ 64 جيجابايت / ثانية مقابل 32 جيجابايت / ثانية من PCIe 3.0 عبر رابط x16. يوضح المخطط التالي من PCI-SIG ، الجسم الذي يدير معيار PCI ، الفرق في عرض النطاق الترددي بين أجيال PCIe المختلفة.



لا يمكن لـ oculus الوصول إلى خدمة وقت التشغيل

تحسينات عرض النطاق الترددي لجيل PCIe - الصورة: PCI-SIG



ومع ذلك ، لا يزال المعياران متشابهان للغاية من الناحية الهيكلية. يكمن الاختلاف الرئيسي فقط في معدلات النقل وفي بعض الحالات ، في المواد المستخدمة لتحقيق الإرسال الناجح للإشارة بمعدل أعلى. حيث يعمل PCIe 3.0 بسرعة 8 GT / s (معدل البتات 0 و 1s) ، يعمل PCIe 4.0 الجديد بسرعة 16 GT / s لكل ممر. يضاعف هذا النطاق الترددي الإجمالي من 32 جيجابايت / ثانية لمعيار PCIe 3.0 إلى 64 جيجابايت / ثانية من PCIe 4.0. بصرف النظر عن ميزة النطاق الترددي ، هناك القليل جدًا من الاختلاف بين الجيلين الذي يحمل أي أهمية للمستخدم النهائي. يتمتع PCIe 4.0 بموثوقية أفضل للإشارة وسلامتها لتحسين الأداء.



ما هو الجديد؟

حسنًا ، لقد ناقشنا بالفعل أن الشيء الرئيسي الذي يميز PCIe 4.0 عن PCIe 3.0 هو الزيادة الرئيسية في عرض النطاق الترددي. حيث يبلغ الحد الأقصى لعرض النطاق الترددي لـ PCIe 3.0 32 جيجابايت / ثانية ، يضاعف PCIe 4.0 ذلك إلى 64 جيجابايت / ثانية. لكن المثير للاهتمام هو كيفية إدارة PCIe 4.0 لمضاعفة النطاق الترددي. يجب فهم تقنية التشفير من أجل تحديد المقدار الفعلي للبيانات التي يمكن نقلها.

يستخدم PCIe Gen 3.0 و PCIe Gen 4.0 تقنية تشفير 128b / 130b بينما تستخدم الأجيال الأقدم مثل PCIe 2.0 تقنية ترميز 8b / 10b. تعمل تقنية التشفير هذه على تحويل بيانات 128 بت إلى سطر من التعليمات البرمجية يبلغ 130 بت. هذا يضمن محاذاة داتاستريم ويسمح أيضًا باستعادة الساعة بشكل معقول. استعادة الساعة هي عملية استخراج معلومات التوقيت من تدفق البيانات. كل هذا يعني أن الحد الأقصى للنطاق الترددي النظري بالجيجابت في الثانية لكل PCIe Gen 4.0 يبدو كما يلي:

16 جيجا بايت / ثانية × (128 ب / 130 ب) = 15.754 جيجابت في الثانية



يسمح لنا التشفير بحساب الحمل المطلوب لنقل تدفقات بيانات PCIe وهذا موجود بالصيغة التالية:

([130 ب -128 ب] / 130 ب) × 100 = 1.54٪

أصبح من الممكن بعد ذلك مضاعفة عرض النطاق الترددي من خلال وحدات تحكم PCIe جديدة مثل تلك الموجودة في شرائح AMD X570 و B550. تُستخدم أيضًا مواد عازلة منخفضة الفقد في العملية مما يسمح للإشارات عالية السرعة بالانتشار أكثر من خلال مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور.

تحسينات الأجيال في معايير PCIe - الصورة: PCI-SIG

PCIe 4.0 للألعاب

ولكن ماذا تعني كل هذه الحسابات والنطاق الترددي النظري المزدوج للاعبين؟ هل نتوقع أن يتضاعف أداء وحدات معالجة الرسومات بسبب زيادة عرض النطاق الترددي؟ حسنًا ، ربما تكون قد خمنت الآن أن هذا ببساطة غير ممكن. نعم ، لقد قام PCIe 4.0 بتحسين عرض النطاق الترددي لاتصال GPU باللوحة الأم كثيرًا ، لكن هذا لا يترجم إلى أداء ألعاب حقيقي. توجد بالفعل وحدات معالجة رسومات PCIe 4.0 ، مع كل من سلسلة AMD RX 5000 وسلسلة 6000 بالإضافة إلى سلسلة بطاقات الرسومات Nvidia RTX 3000 التي تدعم PCIe Gen 4. ومع ذلك ، حتى إذا قمت بربط بطاقات الرسوميات PCIe Gen 4 الجديدة اللامعة مع PCIe اللوحة الأم Gen 4 مثل X570 ووحدة المعالجة المركزية PCIe Gen 4 مثل سلسلة Ryzen 5000 القائمة على Zen 3 من AMD ، ما زلت لا ترى عثرة ملحوظة في الأداء.

تدعم سلسلة Nvidia GeForce RTX 3000 PCIe Gen 4

لكن لماذا هذا؟ حسنًا ، السبب الرئيسي وراء عدم مساعدة النطاق الترددي الإضافي في تحسين الأداء هو أنه حتى عرض النطاق الترددي PCIe Gen 3.0 لا يتم استخدامه بالكامل بواسطة بطاقات الرسومات في الوقت الحاضر. لا يزال PCIe Gen 3.0 يوفر الكثير من النطاق الترددي وحتى بطاقات الرسومات الأكثر تطوراً لم تقترب حتى من تشبعها. في الواقع ، يمكن للعديد من البطاقات المتطورة مثل Nvidia GeForce RTX 3080 أن تعمل بأداء قريب من أدائها الكامل حتى مع وصلة PCIe 3.0 x8 أو وصلة PCIe 2.0 x16. لذلك ، فإن إضافة المزيد من النطاق الترددي إلى اتصال غير مشبع بالفعل لن يساعد.

إذا حاولنا النظر إلى المستقبل ، يمكننا أن نرى النطاق الترددي الإضافي لـ PCIe 4.0 كميزة في وقت ما في المستقبل. يستمر حجم أصول ألعاب الفيديو والتعقيد الرسومي في الزيادة يومًا بعد يوم ، لذلك قد نرى أخيرًا بعض المزايا للسرعة الإضافية لرابط PCIe إذا لم تتمكن واجهة PCIe 3.0 من الاستمرار. خاصة مع استمرار التطبيقات كثيفة التحميل مثل التعلم الآلي في طلب مجموعات بيانات أكبر وأكبر ، قد لا يزال PCIe 4.0 يلعب دورًا كبيرًا في السماح للآلات المستقبلية بعدم التراجع بسبب نقص عرض النطاق الترددي لوصلة PCIe.

PCIe 4.0 للتخزين

نأتي الآن إلى السبب الرئيسي الذي يجعل PCIe 4.0 ترقية جذابة بالفعل. يسمح PCIe 4.0 بخيارات تخزين أسرع بكثير. هناك محركات أقراص PCIe Gen 4 التي تسحق حتى أسرع محركات أقراص NVMe PCIe Gen 3 من حيث الأرقام الأولية ، وتضع محركات أقراص SATA في حالة من العار المطلق. مع PCIe Gen 4 ، نرى أخيرًا محركات الأقراص تعبر رقم 5 جيجابايت / ثانية من حيث القراءات المتسلسلة بينما تميل محركات أقراص PCIe Gen 3 NVMe إلى تجاوز 3.5 جيجابايت / ثانية. محرك أقراص سريع بشكل خاص ، يصل Gigabyte Aorus M.2 PCIe 4.0 إلى معدل قراءة هائل يبلغ 5 جيجابايت / ثانية وكتابة 4.3 جيجابايت / ثانية ، وهو ما يمثل أداءً تسلسليًا أعلى بنسبة 35-40٪ حتى من أسرع محركات أقراص الحالة الصلبة M.2 PCIe Gen 3. هذا لأنه ، على عكس بطاقات الرسومات ، يمكن لمحركات أقراص الحالة الصلبة الموجودة على هذا النظام الأساسي الاستفادة من عرض النطاق الترددي الإضافي.

سرعات محركات أقراص الحالة الصلبة PCIe Gen 4 - صورة: HotHardware

يصبح الموقف أكثر خطورة إذا أضفت RAID إلى المزيج. كما أوضحنا في مقالتنا حول مستويات RAID ، يضاعف RAID 0 بشكل فعال سرعة محركي الأقراص اللذين تم وضعهما في RAID ، مع تعريض التكرار لمحركات الأقراص للخطر. استخدمت جيجابايت بطاقة إضافية PCIe 4.0 تحتوي على أربعة محركات أقراص صلبة PCIe M.2 بسعة 2 تيرابايت في RAID 0 وحققت قراءة رائعة تبلغ 15.4 جيجابايت / ثانية وكتابة 15.5 جيجابايت / ثانية. هذا مستوى غير مسبوق من الأداء ، على الرغم من كونه مكلفًا للغاية ، إلا أنه أصبح ممكنًا حصريًا من خلال تحسين النطاق الترددي الهائل لـ PCIe Gen 4.

AIC التي استخدمها جيجا بايت لدفع أرقام النطاق الترددي المجنونة - الصورة: PCWorld

كيف تحصل على PCIe 4.0؟

في حين أن PCIe 4.0 يبدو مثيرًا للإعجاب عندما يسمع المرء أرقامًا مثل 15 جيجابت في الثانية ، فهناك بالفعل مجموعة معينة من المتطلبات التي يجب الوفاء بها لتشغيل PCIe 4.0 وتشغيله. هناك 3 أشياء يجب أن تكون راضيًا عنها للحصول على PCIe Gen 4.

  • لوحة أم متوافقة مع PCIe Gen 4
  • وحدة معالجة مركزية متوافقة مع PCIe Gen 4
  • متوافق مع PCIe Gen 4 GPU / SSD

إذا تحدثنا عن اللوحات الأم ، فهناك مجموعتان من شرائح AMD تدعمان حاليًا PCIe Gen 4 في وقت كتابة هذا التقرير. تعد X570 Chipset و B550 Chipset هما الشريحتان الوحيدتان في الفريق Red اللذان يسمحان بتوافق PCIe Gen 4 وحتى بينهما ، فإن X570 Chipset فقط هي التي تسمح بتوافق ميزات PCIe Gen 4 الكامل. لا تدعم B450 و X470 و B350 و X370 و A320 بالإضافة إلى مجموعات شرائح A520 PCIe Gen 4 ولن تفعل ذلك أبدًا لأن أجيال PCIe ليست متوافقة مع الإصدارات السابقة. علاوة على ذلك ، تدعم منصة TRX40 Threadripper ومنصة خادم AMD EPYC Rome أيضًا PCIe Gen 4.

من جانب Intel ، تدعم منصة Z490 PCIe Gen 4 ، على الرغم من عدم وجود وحدات معالجة مركزية Intel في وقت كتابة هذا التقرير تدعم هذه الميزة. من المتوقع أن يتغير ذلك قريبًا حيث تم تأكيد أن Intel 11العاشرلن تعمل وحدات المعالجة المركزية Gen Rocket Lake Desktop مع لوحات Z490 فحسب ، بل تعمل أيضًا سيدعم أيضًا PCIe Gen 4 هذه أشياء إيجابية من Team Blue. لا تدعم لوحات السلسلة B متوسطة المدى ولوحات السلسلة H ذات الميزانية PCIe Gen 4 على الإطلاق.

تم تأكيد أن وحدات المعالجة المركزية 11th Gen Intel Rocket Lake تدعم PCIe Gen 4 أيضًا - الصورة: Intel

بقدر ما تذهب وحدات المعالجة المركزية ، تدعم كل من سلسلة AMD Ryzen 3000 وسلسلة AMD Ryzen 5000 الجديدة PCIe Gen 4 رسميًا. ما زالت Intel لا تحصل على أي دعم لـ PCIe Gen 4 على وحدات المعالجة المركزية لسطح المكتب حتى وقت كتابة هذا التقرير ، لكن Rocket Lake 11 القادمةالعاشرتم تأكيد أن وحدات المعالجة المركزية العامة لديها دعم لهذه الميزة.

أخيرًا ، المنتجات التي ستضعها بالفعل في فتحات PCIe. فيما يتعلق بوحدات معالجة الرسومات ، تدعم سلسلة Nvidia RTX 3000 وسلسلة AMD RX 5000 وسلسلة بطاقات الرسومات AMD RX 6000 هذه الميزة رسميًا. بالنسبة لمحركات أقراص الحالة الصلبة ، لدينا مجموعة متنوعة من محركات أقراص الحالة الصلبة PCIe Gen 4 للاختيار من بينها من قبل العديد من الشركات المصنعة المختلفة. ومن أبرزها Corsair Force MP600 و Sabrent Rocket 4.0 و Samsung 980 Pro و Seagate FireCuda و Gigabyte Aorus PCIe 4.0 SSD.

يعد قرص Corsair MP600 أحد أسرع محركات أقراص PCIe Gen 4 - الصورة: Corsair

تنازلات

تمامًا كما هو الحال مع أي ترقية أخرى ، هناك بعض التنازلات التي تتوافق مع المزايا. لا توجد الكثير من العيوب في ترقية PCIe 4.0 ، ولكن هناك بعض المراوغات هنا وهناك يجب أن تكون على دراية بها.

أولاً ، يعمل PCIe Gen 4 ساخنًا. لا تعمل محركات الأقراص الفعلية على سخونة فحسب ، بل تعمل مجموعة الشرائح الموجودة على اللوحة الأم أيضًا ساخنة جدًا بسبب تنفيذ PCIe Gen 4. بالنسبة لمحركات الأقراص ، هذا يعني أن جميع محركات الأقراص تقريبًا التي رأيناها حتى الآن قد تضمنت معهم مبرد تبريد. يوفر المبدد الحراري تبريدًا سلبيًا على شرائح الذاكرة ويحافظ على NAND Flash عند درجة حرارة مثالية. بالنسبة لمجموعة الشرائح ، اعتقد مصنعو اللوحات الأم أنه من الأفضل تضمين التبريد النشط ، لذلك تحتوي جميع لوحات X570 تقريبًا على مروحة مدمجة تدور وتوفر تبريدًا نشطًا على مجموعة الشرائح تحت الحمل. على الرغم من أن لوحات B550 تخلصت من المروحة لصالح التبريد السلبي.

يتميز Gigabyte Aorus PCIe Gen 4 SSD بمبرد خافض للحرارة - الصورة: جيجابايت

بخلاف مكونات التشغيل السريع ، هناك أيضًا حل وسط يرتبط بسعر اللوحات الأم التي تحتوي على تطبيق PCIe 4.0. ليس من المستغرب أن تكون اللوحات X570 و B550 و Z490 أغلى من خيارات B-series و H-series في كلا المجموعتين. هذا يجعل الترقية إلى PCIe 4.0 معقدة بعض الشيء ، حيث يتعين على المشتري الآن أن يوازن بين مزايا PCIe 4.0 مقابل التكلفة الإضافية لاتخاذ قرار الشراء.

هل يجب عليك الترقية؟

إذن ، هل هناك سبب يدفعك للخروج وشراء لوحة أم متطورة ووحدة معالجة مركزية أحدث و SSD باهظ الثمن للاستمتاع بـ PCIe 4.0؟ حسنًا ، ربما لا. الميزة الرئيسية لـ PCIe 4.0 موجودة حاليًا في قسم التخزين. ما لم تكن تقوم ببناء جهاز جديد تمامًا من البداية ، فلا يبدو أن هناك حافزًا كافيًا في PCIe 4.0 لضمان الترقية من لوحات B450 أو X470 ، أو حتى وحدات المعالجة المركزية Ryzen أو Intel الأقدم إلى أحدثها إذا حافظنا على الأداء جانب واحد. كما استعنا في وقت سابق ، فإن PCIe 4.0 له تأثير ضئيل أو معدوم على أداء ألعاب النظام أيضًا ، لذلك لا تتضمن ترقية بطاقة الرسومات مسألة دعم PCIe 4.0 حتى الآن.

ما لم تكن التخزين ذات أهمية قصوى بالنسبة لك ولم تعد محركات أقراص NVMe Gen 3 تقطعها بعد الآن ، فلا يبدو أن PCIe 4.0 يستحق الترقية من اللوحات الأم القديمة. توفر محركات أقراص PCIe Gen 4 مزايا كبيرة للمستخدمين الذين يعملون مع ملفات كبيرة عبر شبكة أو للمحترفين الذين يحتاجون إلى سرعات أعلى للتطبيقات الاحترافية وتحرير الفيديو وما إلى ذلك ، ومع ذلك ، إذا كنت تبني نظامًا جديدًا تمامًا ، فيجب أن يكون الخيار الافتراضي هو اللوحات الأم ووحدات المعالجة المركزية PCIe من أجل التأكد من أن النظام لن يعيق أي ترقيات مستقبلية إذا شعرت بالرغبة في الإسقاط في محرك Gen 4 سريع أسفل الخط. لذلك ، ليس هناك الكثير من الحوافز للترقية من اللوحة الأم القديمة ، ولكن بالنسبة للبناة الجدد ، ستكون توصيتنا الافتراضية هي استخدام اللوحات الأم التي تدعم ميزة PCIe Gen 4.