Het is waarschijnlijk moeilijk te geloven, maar versie 3.0 van de PCIe-specificatie werd in 2010, precies 7 jaar geleden, afgerond. Dit is belangrijk omdat de overgang van versie 1.0 naar 2.0 4 jaar duurde, evenzo van 2.0 naar 3.0. PCI-SIG had echter problemen met versie 4.0 en er moet aan worden herinnerd dat dit een organisatie is met meer dan 750 verschillende entiteiten.
Het uitwerken van een gemeenschappelijk standpunt in zo’n grote groep is niet een van de gemakkelijkste taken, en er waren ook technische problemen die onderweg moesten worden opgelost. Eerlijk gezegd moet ook gezegd worden dat de vraag naar meer bandbreedte tot nu toe niet zo belangrijk was. Tenminste totdat SSD’s met NVME-interface op de markt beschikbaar zijn. De specificatie met maximaal 4 PCIe-lanes beperkt de bandbreedte tot 4 GB/s. We hebben al meerdere SSD’s op de markt die deze grens raken.
Een PCI-geschiedeniskaart
Voordat we ingaan op de details van de PCIe 4.0-specificatie, is het de moeite waard om een kijkje te nemen in de geschiedenis van de Peripheral Component Interconnect Interface (PCI). De eerste versie van dit slot verscheen in 1992 en verving de versleten ISA-bus. De bandbreedte is niet overweldigend, het was 133 MB/s in simplex-modus (overdracht slechts op één manier), maar ISA bood 8 MB/s, dus de sprong destijds was sowieso enorm. PCI versie 2.0 of PCI-X won niet aan populariteit in thuissystemen, omdat die behoefte er eigenlijk niet was. In 1997 verscheen de AGP-bus (Accelerated Graphics Port) die deze interface verving in het geval van 3D-versnellers, en daarna ook van grafische kaarten, met een bandbreedte van ~ 2,1 GB / s in de laatste versie. Dit was het geval tot 2002, toen de PCIe-specificatie (Peripheral Component Interconnect Express) verscheen.
AGP grafische kaart
De eerste PCIe 1.0-slots kwamen in 2004 op computers en boden een maximale bandbreedte van 8 GB/s. Eén lijn bood 250 MB/s, maar omdat het bidirectionele (duplex) communicatie was, wordt de volledige bandbreedte geboden: 16 x 250 MB/s x 2 = 8 GB/s. In versie 2.0 werd de kloksnelheid verhoogd van 2,5 GHz naar 5 GHz, dus de overdrachten namen precies twee keer toe. In versie 3.0 is de codering gewijzigd van 8b/10b naar 128b/130b. Dit betekent dat in plaats van 2 bits (checksum) overhead voor elke 8 overgedragen bits, nu de overhead slechts 2 bits is voor 128 overgedragen bits. Daarnaast werd de werkfrequentie verhoogd naar 8 GHz, waardoor het in totaal mogelijk werd om de capaciteit bijna te verdubbelen (toename met 96%). In feite is het voor de 16x-bus precies 31,5 GB/s, niet 32 GB/s zoals weergegeven in de onderstaande tabel.
In versie 4.0 verdubbelde de kloksnelheid opnieuw, tot 16 GHz, wat echte 16x slotprestaties oplevert bij 63 GB/s (128b/130b-codering blijft). Interessant is dat PCIe 5.0 veel sneller zal worden afgerond dan verwacht, omdat al in 2019, en dankzij een nieuwe verhoging van de kloksnelheid, de overdrachtssnelheid opnieuw zal verdubbelen. Op dit moment is niet bekend of we meer kracht zullen krijgen in PCIe 4.0. PCIe 3.0 kan maximaal 75W leveren, verbruikt het apparaat meer dan moet het extra vermogen hebben. Het 6-pins PCIe-slot levert 75 W en de 8-pins PCIe nog eens 150 W, voor een totaal van 300 W.
PCIe 4.0 is niet essentieel voor grafische kaarten
Het eerste dat in ons opkomt als we het hebben over de PCIe-interface, zijn grafische kaarten. Zij zijn degenen die het meest gebruik maken van de PCIe 16x-sleuf, die maximale prestaties biedt. Paradoxaal genoeg zijn het echter niet de grafische kaarten die het meest zullen profiteren van grotere overdrachten in PCIe 4.0. Zoals vele malen is getest, zijn de prestatieverschillen tussen bijvoorbeeld PCIe 8x en 16x klein. Daarom zal het verdubbelen van overdrachten in versie 4.0 ook niet veel opleveren.
Andere interfaces zullen echter profiteren, waaronder de eerder genoemde NVME-standaard, die nu 8 GB/s-overdrachten mogelijk maakt met een 4x standaardbus (of slechts 2 lijnen gebruikt, wat de kosten verlaagt). Het zou ook de popularisering van 10 GbE-netwerkadapters mogelijk moeten maken. Momenteel biedt 1 PCIe 3.0-lane een overdrachtssnelheid van 1 GB/s (unidirectioneel) en 10 GbE vereist een bandbreedte van 1,25 GB/s. Het is ook vermeldenswaard dat PCIe 4.0 natuurlijk achterwaarts compatibel zal zijn met de oudere standaard. Bij de AGP-interface, waar de voedingsspanning met de versies veranderde, was dat niet zo vanzelfsprekend.
PCIe 4.0 pas over 2-3 jaar
De voltooiing van de PCIe 4.0-specificatie betekent echter niet dat deze interface dit jaar naar onze PeCets gaat. Voordat dit gebeurt, moeten de belangrijkste spelers in de markt het in hun oplossingen implementeren. Ondertussen biedt Intel voor 2019 geen ondersteuning voor deze standaard en heeft AMD zelfs gemeld dat PCIe 4.0 in 2020 zal verschijnen, samen met de opvolger van het AM4-platform. We wachten dus nog steeds op de volgende SSD-overdrachtslogboeken ;-).
