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PCI Express 4.0 est déjà une réalité dans nos ordinateurs de bureau grâce à l'arrivée de la nouvelle génération d' AMD Ryzen Zen2 et du chipset AMD X570. La nouvelle norme PCI-SIG est avec nous depuis 2017, mais c'est au cours de ce premier semestre de l'année que les fabricants ont pu commencer à lui donner l'usage qu'elle méritait. Dans cet article, nous verrons tout ce que nous devons savoir sur cette nouvelle interface de communication, ou mieux dit, mise à jour.

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Évolution et nouvelles de PCI Express

Également connu sous le nom de PCI Express ou simplement PCI-e, c'est un bus haute vitesse qui est utilisé dans tous les équipements informatiques de bureau et professionnels aujourd'hui. Presque tous les composants hautes performances d'un ordinateur envoient des données d'entrée et de sortie sur un tel bus.

L'entité sous cette norme de communication est PCI-SIG et a déverrouillé cette version 4.0 pour la première fois en 2017, mais elle ne nous a pas atteint, et même nos ordinateurs de bureau avant cette année 2019. Et la raison est très simple, jusqu'à présent, Très peu de périphériques ont eu besoin d'une bande passante plus élevée que celle fournie par PCIe 3.0, mais avec l'arrivée des nouvelles unités de stockage à semi-conducteurs NVMe et une densité plus élevée d'échange de données entre le processeur et le chipset, ce bus est entré depuis emballé dans l'industrie.

Depuis que cette norme a été mise en œuvre en 2003, nous avons effectué un total de quatre mises à jour. Il y a eu une constante dans chacun d'eux, et c'est de doubler la largeur du bus à chaque itération. La durée de chacune des versions sur le marché est d'environ 4 ans, jusqu'à l'arrivée de la version 3.0, qui a été maintenue pendant pas moins de 7 ans jusqu'en 2017. PCI-SIG a déjà déverrouillé même la prochaine mise à jour, le PCIe 5.0 au cours du même trimestre de 2019, mais sur les ordinateurs de bureau, nous resterons avec ce bus pendant au moins trois ans de plus, car rares sont les appareils qui ont encore besoin d'une telle bande passante.

Largeur de bande

PCI Express est basé sur des voies, ou voies de données, ressemblant à la voie d'une autoroute, mais où les voitures peuvent circuler dans les deux sens, bien que dans ce cas de l'électricité. Plus précisément, PCIe 4.0 est capable de doubler la vitesse de transfert de la version 3.0, atteignant ainsi pas moins de 16 GT / s (Transfer Gigabits) pour chacune de ces voies ascendantes et descendantes, du fait qu'elle est bidirectionnelle. Si nous transmettons cette mesure aux valeurs avec lesquelles nous travaillons quotidiennement, nous sommes confrontés à une vitesse de 1969, 2 Mo / s pour chaque voie, contre 984, 6 Mo / s pour le bus PCIe 3.0.

Un autre aspect qui s'améliore également est la latence dans les communications en ayant une plus grande largeur de bus et un récepteur PHY qui gère les informations de la marge électrique de chacune des voies grâce au contrôleur PCIe correspondant. Pour des raisons pratiques, une meilleure gestion de la saturation du bus et une latence réduite dans les communications d'E / S sont obtenues, améliorant l'évolutivité en fonction des périphériques que nous connectons.

En ce qui concerne les besoins, PCI Express 4.0 n'est pas encore indispensable aujourd'hui, mais un moyen de se préparer pour le futur proche. Les communications réseau à 10 Gbps deviennent de plus en plus fréquentes, surtout maintenant avec l'arrivée de la 5G. La forte demande pour la connectivité USB 3.1 Gen2 et bientôt USB 3.2 avec 20 Gbps, ainsi que les nouveaux SSD NVMe PCIe x4 qui ont déjà trouvé la limite à 3, 94 Go / s, a été l'une des principales causes de sa mise en œuvre.

Voyons dans le tableau suivant une comparaison entre les différentes versions de PCIe, comme sa vitesse en fonction de la configuration disponible:

V.	Présentation	Transfert par voie	Largeur de bande
× 1	× 4	× 16
1.0	2003	2, 5 GT / s	250 Mo / s (2 Go / s)	1, 0 Go / s	4, 0 Go / s (32 Go / s)
2.0	2007	5, 0 GT / s	500 Mo / s (4 Go / s)	2, 0 Go / s	8, 0 Go / s (64 Go / s)
3.0	2010	8, 0 GT / s	984, 6 Mo / s (7, 9 Go / s)	3, 94 Go / s	15, 8 Go / s (126 Go / s)
4, 0	2017	16, 0 GT / s	1969 Mo / s (15, 8 Go / s)	7, 88 Go / s	31, 5 Go / s (252, 1 Go / s)
5, 0	2019	32, 0 GT / s	3938 Mo / s (31, 6 Go / s)	15, 75 Go / s	63, 0 Go / s (32 Go / s)

Compatibilité descendante Avons-nous besoin de PCI Express 4.0?

Actuellement, l'application la plus célèbre que nous connaissons tous pour utiliser les emplacements PCIe est via la carte graphique. À ce stade, nous savons tous que pour une équipe de jeu qui se respecte, nous avons besoin d'une carte graphique dédiée, qui fonctionne via PCIe 3.0 x16, c'est-à-dire que nous avons un bus de 126 Gbit / s pour transférer les données. Mais de combien avons-nous vraiment besoin? Eh bien, dans un transfert pour un jeu en résolution 4K à 144 Hz et profondeur de couleur 10 bits, nous aurions besoin d'un bus d'environ 35, 8 Gbps.

Cela signifie que nous avons une largeur de bus d' environ 70% pour le transfert des données d'image. Rappelons que ce sont des données bidirectionnelles, donc ici la prise en compte du bus amont et aval entre déjà. Il n'est donc pas logique actuellement d'avoir PCie 4.0 sur une carte graphique, par exemple. Si nous parlons de multi GPU, eh bien, la largeur serait considérablement plus utilisée en raison du parallélisme, mais toujours plus que suffisante.

Mais nous pouvons également dire que nous en avons besoin, et cela est dû à l'incorporation des nouveaux SSD NVMe. Jusqu'à présent, ils fonctionnaient tous en utilisant PCI 3.0 x4, mais dans cet aspect, les fabricants ont rapidement trouvé la limite, atteignant des taux de lecture très proches des 3, 94 Go / s disponibles. La solution n'est pas d'introduire plus de voies dans le slot M.2 en limitant simplement la capacité du CPU et du chipset, mais de l'augmenter à deux fois la bande passante, car des fabricants comme AORUS ou Corsair ont déjà leur propre M.2 PCie 4.0 a plus de 4000 Mo / s.

Qu'arrive-t-il donc aux utilisateurs qui maintiennent leur PCIe 3.0 et souhaitent utiliser un périphérique 4.0? Eh bien, il n'y aura pas de problème en termes de connectivité, car depuis le début, PCIe a offert une compatibilité descendante avec les normes précédentes. En fait, les versions 3.0, 4.0 et bientôt 5.0 continueront à utiliser l' encodage 128b / 130b dans leurs transferts. Le seul inconvénient sera qu'il limitera la vitesse du bus.

PCI Express 4.0 sur SSD et carte graphique

L'excellent travail qui a été fait sur le stockage solide doit certainement être souligné. Depuis que l'interface M.2 semble fonctionner sur des voies x4 et sous le protocole NVMe, les vitesses se sont multipliées en quelques mois, nécessitant plus de 4000 Mo / s pour ses configurations de mémoire basées sur 3D NAND.

Des fabricants comme AORUS ou Corsair ont dévoilé leurs nouveaux SSD capables de fonctionner à des vitesses théoriques de 5000 Mo / s en lecture séquentielle et de 4400 Mo / s en écriture avec l'architecture NAND 3D TLC de Toshiba. Ces chiffres sont environ 40% de plus que la génération précédente de SSD, et loin d'avoir atteint la limite, puisque, même s'il reste le chemin à 7 , 88 Go / s disponibles en seulement 4 voies.

Cette modification apporte quelques détails à prendre en compte lors de l'installation de ces SSD, par exemple la nécessité d'activer la politique de cache d'écriture pour obtenir de meilleurs transferts. Bien sûr, un autre détail légèrement important est d'avoir une carte compatible PCIe, et pour l'instant, seul AMD les aura.

Nous vous recommandons de vérifier les deux options pour avoir les meilleures performances avec le SSD

L'autre appareil que nous avons sur le marché avec PCI Express 4.0 est les nouvelles cartes graphiques AMD Radeon RX 5700 et 5700 XT. Pour des raisons pratiques, ce n'est pas quelque chose d'important, car nous avons clairement vu qu'avec 3.0, nous restons, mais il n'est pas faux de mettre en œuvre la nouvelle norme et de montrer la voie.

AMD Ryzen 3000 et AMD X570, les premiers compatibles avec PCI Express 4.0

Le premier fabricant à se lancer sur le marché des ordinateurs de bureau avec ce nouveau PCIe 4.0 a été AMD, grâce à sa nouvelle génération de processeurs Ryzen. Certains CPU avec lithographie en FinFET 7 nm baptisés Zen2 proposent désormais 16 voies PCIe 4.0 dans son interface de communication E / S pour carte graphique, et un total de 24 voies. Ce sont non seulement des processeurs avec une grande amélioration des performances dans le traitement des instructions, mais ils sont capables de travailler avec un volume de données beaucoup plus important.

En effet, les nouvelles cartes mères adaptées à cette nouvelle génération utilisent un chipset AMD X570 qui possède pas moins de 20 voies PCI Express 4.0. Dans un article que nous avons déjà préparé, nous verrons la comparaison entre le chipset X570 vs X470, etc., et l'un des principaux est celui-ci. La configuration de base se compose de 8 voies qui seront obligatoires pour PCIe 4.0 et 8 autres voies peuvent être utilisées pour d'autres appareils tels que SATA ou des périphériques tels que USB, par exemple, les fabricants ayant une certaine liberté d'allocation. Les 4 voies restantes sont de libre choix pour les constructeurs, bien qu'en principe elles seront destinées à une configuration de 4x SATA 6 Gbps ou 2x PCIe 4.0 x2.

Grâce à la puissance de ces deux éléments, le bus de communication entre CPU et Chipset se compose de 4 voies PCI Express 4.0. En ce qui concerne l'allocation des emplacements, nous voyons également quelques nouvelles fonctionnalités par rapport à la génération précédente, car le chipset lui-même a introduit quelques autres emplacements PCIe x1 et x16 (fonctionnant à x4) 4.0 et même deux emplacements M.2 x4 pour ces nouveaux SSD. Un autre changement substantiel est la prise en charge de jusqu'à 8 ports USB 3.1 Gen2 10 Gbps, ce qui jusqu'à présent n'était pas possible.

Quant aux autres matériels compatibles avec PCI Express 4.0, on peut citer le processeur IBM POWER9 ou le Falcon Mesa FPGA avec processeur de fabrication Intel 10 nm, qui est compatible avec PCI Express 4.0 en tant que bloc IP intégré via EMIB. La nouvelle génération de processeurs Intel est encore à venir, et il est clair qu'elle implémentera également PCI Express 4.0.

Différence de performances NVME PCI Express 3.0 vs PCI Express 4.0

Bien que nous puissions rechercher rapidement dans nos avis, nous allons comparer la lecture et l'écriture séquentielles d'un SSD PCI Express 3.0 avec une quatrième génération avec PCI Express 4.0. Les candidats parfaits sont le Corsair MP510 vs MP600.

Modèle	Lecture séquentielle (Mo / s)	Écriture séquentielle (Mo / s)
Corsair MP510	3, 480MB / s	2, 700MB / s
Corsair MP600	4, 950MB / s	4, 250MB / s

Et voici nos tests:

Conclusions et avenir de l'industrie

S'il y a quelque chose que nous devons être clairs, c'est que pour l'instant PCI e 4.0 offre son avantage maximum en termes de périphériques de stockage et de communication interne entre les périphériques, par exemple, CPU et Chipset. Les matériels tels que les cartes graphiques, sont encore loin de se retrouver en difficulté avec la version 3.0 et encore moins cette 4.0, donc pour les joueurs, le résultat sera pratiquement identique en termes de performances.

PCI-SIG a déjà déverrouillé son interface PCIe 5.0 cette année, mais il est clair que nous ne verrons pas de cartes mères avec ce bus avant au moins 2022, pour essayer de prolonger un peu la durée de vie de la norme actuelle, pour aujourd'hui, ce 4.0 reste Il n'a pas une large gamme d'applications de chacun à l'utilisateur ordinaire.

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