PCIe 4.0 - Có gì mới và bạn nên nâng cấp?

AMD đã đảm bảo vinh dự là công ty đầu tiên đưa PCIe Gen 4 vào máy tính để bàn với việc ra mắt chipset X570 vào tháng 6 năm 2019 tại Computex. PCIe 4.0 hứa hẹn sẽ mang lại nhiều cải tiến cho giao diện PCI Express vì đây là sự thay đổi lớn nhất đối với tiêu chuẩn PCIe kể từ năm 2010. Tính đến thời điểm viết bài, PCIe Gen 4 vẫn chưa phổ biến nhưng nó đang bắt đầu nhận được sự chấp nhận rộng rãi. chỉ từ các nhà sản xuất CPU và bo mạch chủ như AMD mà còn từ các nhà sản xuất card đồ họa như Nvidia và bộ phận Radeon của AMD. Nhưng bạn có thực sự cần PCIe Gen 4? Và nếu vậy, làm thế nào để bạn có được nó? Trước khi trả lời những câu hỏi đó, chúng ta cần hiểu PCIe 4.0 thực sự là gì.

PCIe 4.0 là gì?

PCIe 4.0 là sự phát triển gần đây nhất của một giao diện truyền thông tốc độ cao, được triển khai rộng rãi, được gọi là PCI hoặc Ngoại vi kết nối thành phần nhanh. Nói một cách đơn giản, PCIe 4.0 là phiên bản tiếp theo của giao diện PCIe được sử dụng để kết nối các card bổ trợ như card đồ họa và ổ đĩa M.2 với bo mạch chủ. Thế hệ hiện tại của PCIe, PCIe 3.0, đã là một tiêu chuẩn trong máy tính để bàn từ năm 2010 và PCIe 4.0 hiện cung cấp một bản nâng cấp cho tiêu chuẩn đó. So với PCIe 3.0 cũ hơn nhưng vẫn khá nhanh, PCIe 4.0 mới về cơ bản cung cấp gấp đôi thông lượng tổng thể. Điều đó có nghĩa là PCIe 4.0 cung cấp băng thông gấp đôi so với PCIe 3.0, đạt tốc độ khổng lồ 64 GB / giây so với 32 GB / giây của PCIe 3.0 qua liên kết x16. Biểu đồ sau đây từ PCI-SIG, cơ quan quản lý tiêu chuẩn PCI, đưa ra sự khác biệt về băng thông giữa các thế hệ PCIe khác nhau.

Tuy nhiên, hai tiêu chuẩn vẫn rất giống nhau về cấu trúc. Sự khác biệt chính chỉ nằm ở tốc độ truyền và trong một số trường hợp, vật liệu được sử dụng để truyền tín hiệu thành công với tốc độ cao hơn. Trong đó PCIe 3.0 hoạt động ở tốc độ 8 GT / s (tỷ lệ bit 0 và 1), PCIe 4.0 mới hoạt động với tốc độ 16 GT / s trên mỗi làn. Điều này tăng gấp đôi băng thông tổng thể từ 32 GB / giây của tiêu chuẩn PCIe 3.0 lên 64 GB / giây của PCIe 4.0. Ngoài lợi thế về băng thông, có rất ít sự khác biệt giữa hai thế hệ có ý nghĩa quan trọng đối với người dùng cuối. PCIe 4.0 có độ tin cậy và tính toàn vẹn của tín hiệu tốt hơn để cải thiện hiệu suất.

Có gì mới?

Chà, chúng ta đã thảo luận rằng điều chính khác biệt giữa PCIe 4.0 với PCIe 3.0 là sự gia tăng lớn về băng thông. Trong đó PCIe 3.0 có băng thông tối đa là 32 GB / s, PCIe 4.0 tăng gấp đôi lên 64 GB / s. Điều thú vị là cách PCIe 4.0 quản lý để tăng gấp đôi băng thông. Kỹ thuật mã hóa phải được hiểu để xác định lượng dữ liệu thực tế có thể được truyền.

PCIe Gen 3.0 và PCIe Gen 4.0 sử dụng kỹ thuật mã hóa 128b / 130b trong khi các thế hệ cũ hơn như PCIe 2.0 sử dụng kỹ thuật mã hóa 8b / 10b. Kỹ thuật mã hóa này biến dữ liệu 128 bit thành dòng mã 130 bit. Điều này đảm bảo sự liên kết của dòng dữ liệu và cũng cho phép khôi phục đồng hồ hợp lý. Clock Recovery là quá trình trích xuất thông tin thời gian từ một luồng dữ liệu. Tất cả những điều này có nghĩa là băng thông lý thuyết tối đa tính bằng Gbps của mỗi PCIe Gen 4.0 trông như sau:

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

Mã hóa cho phép chúng tôi tính toán chi phí cần thiết để truyền các luồng dữ liệu PCIe và điều này được tìm thấy theo công thức sau:

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

Việc tăng gấp đôi băng thông sau đó được thực hiện thông qua các bộ điều khiển PCIe mới như bộ điều khiển trên chipset AMD X570 và B550. Vật liệu điện môi tổn thất thấp cũng được sử dụng trong quy trình cho phép tín hiệu tốc độ cao hơn truyền xa hơn qua PCB.

PCIe 4.0 dành cho chơi game

Nhưng tất cả các tính toán này và băng thông gấp đôi lý thuyết có ý nghĩa gì đối với các game thủ? Chúng ta có thể mong đợi hiệu suất của GPU tăng gấp đôi do sự gia tăng của băng thông không? Chà, bây giờ có lẽ bạn đã đoán được rằng điều đó đơn giản là không thể. Đúng vậy, PCIe 4.0 đã cải thiện rất nhiều băng thông kết nối của GPU với bo mạch chủ, nhưng điều này không chuyển thành hiệu suất chơi game trong thế giới thực. GPU PCIe 4.0 hiện đã tồn tại, với cả AMD RX 5000 series và 6000 series cũng như dòng card đồ họa Nvidia RTX 3000 hỗ trợ PCIe Gen 4. Tuy nhiên, ngay cả khi bạn kết hợp những chiếc card đồ họa PCIe Gen 4 mới sáng bóng đó với một PCIe Bo mạch chủ thế hệ 4 như X570 và CPU PCIe thế hệ 4 như dòng Ryzen 5000 dựa trên Zen 3 của AMD, bạn vẫn sẽ không thấy sự tăng trưởng đáng kể về hiệu suất.

Nhưng tại sao lại như vậy? Chà, lý do chính khiến băng thông tăng thêm không giúp cải thiện hiệu suất là vì ngay cả băng thông PCIe Gen 3.0 ngày nay cũng không được các card đồ họa sử dụng đầy đủ. PCIe Gen 3.0 vẫn cung cấp rất nhiều băng thông và ngay cả những card đồ họa cao cấp nhất thậm chí còn chưa bão hòa được. Trên thực tế, nhiều loại card cao cấp nhất như Nvidia GeForce RTX 3080 có thể chạy gần bằng hiệu suất đầy đủ của chúng ngay cả với liên kết PCIe 3.0 x8 hoặc liên kết PCIe 2.0 x16. Do đó, việc tăng thêm băng thông cho một kết nối chưa bão hòa sẽ không giúp ích được gì.

Tuy nhiên, nếu chúng ta cố gắng nhìn vào tương lai, chúng ta có thể thấy băng thông bổ sung của PCIe 4.0 sẽ là một lợi thế đôi khi trong tương lai. Kích thước nội dung trò chơi video và độ phức tạp đồ họa tiếp tục tăng lên từng ngày, vì vậy cuối cùng chúng ta có thể thấy một số lợi thế về tốc độ bổ sung của liên kết PCIe nếu giao diện PCIe 3.0 không thể theo kịp. Đặc biệt là với các ứng dụng tải nhiều như Máy học tiếp tục yêu cầu các tập dữ liệu ngày càng lớn, PCIe 4.0 có thể vẫn đóng một vai trò lớn trong việc cho phép các máy trong tương lai không bị kìm hãm bởi việc thiếu băng thông liên kết PCIe.

PCIe 4.0 để lưu trữ

Bây giờ chúng ta đi đến lý do chính tại sao PCIe 4.0 thực sự là một bản nâng cấp hấp dẫn. PCIe 4.0 cho phép các tùy chọn lưu trữ nhanh hơn rất nhiều. Có những ổ PCIe Gen 4 ngoài kia hoàn toàn đè bẹp ngay cả những ổ NVMe PCIe Gen 3 nhanh nhất về số lượng thô và chỉ khiến các ổ SATA phải xấu hổ tuyệt đối. Với PCIe Gen 4, cuối cùng chúng ta cũng thấy các ổ đĩa vượt qua con số 5 GB / s về số lần đọc tuần tự trong khi ổ PCIe Gen 3 NVMe có xu hướng đạt mức 3,5 GB / s. Một ổ đĩa đặc biệt nhanh, Gigabyte Aorus M.2 PCIe 4.0 đạt tốc độ đọc khổng lồ 5GB / giây và ghi 4,3GB / giây, hiệu suất tuần tự cao hơn khoảng 35-40% so với SSD M.2 PCIe Gen 3 nhanh nhất. Điều này là do, không giống như card đồ họa, SSD trên nền tảng này thực sự có thể tận dụng băng thông bổ sung.

Tình hình thậm chí còn nghiêm trọng hơn nếu bạn thêm RAID vào hỗn hợp. Như chúng tôi đã giải thích trong bài viết của chúng tôi về các cấp độ RAID, RAID 0 tăng gấp đôi tốc độ của hai ổ đĩa được đưa vào RAID một cách hiệu quả, đồng thời gây nguy cơ dư thừa ổ đĩa. Gigabyte đã sử dụng một thẻ bổ trợ PCIe 4.0 chứa bốn ổ SSD PCIe M.2 2TB trong RAID 0 và đạt được tốc độ đọc 15,4GB / giây và 15,5GB / giây ghi. Đây là mức hiệu suất chưa từng có, mặc dù phải thừa nhận là rất đắt, nhưng nó chỉ có thể thực hiện được thông qua cải tiến băng thông tuyệt đối của PCIe Gen 4.

Làm thế nào để có được PCIe 4.0?

Mặc dù PCIe 4.0 cho âm thanh rất ấn tượng khi nghe thấy những con số như 15GBps, nhưng thực sự có một bộ yêu cầu cụ thể cần được đáp ứng để PCIe 4.0 được thiết lập và chạy. Về cơ bản, có 3 điều cần phải thỏa mãn để có được PCIe Gen 4.

• Bo mạch chủ tương thích PCIe thế hệ 4
• CPU tương thích PCIe thế hệ 4
• Một GPU / SSD tương thích PCIe thế hệ 4

Nếu chúng ta nói về bo mạch chủ, có hai chipset từ AMD hiện hỗ trợ PCIe Gen 4 tại thời điểm viết bài. Chipset X570 và Chipset B550 là hai chipset duy nhất trong nhóm Red cho phép tương thích với PCIe Gen 4 và thậm chí giữa hai loại này, chỉ có Chipset X570 mới cho phép tương thích đầy đủ tính năng PCIe Gen 4. B450, X470, B350, X370, A320 cũ hơn cũng như Chipset A520 không hỗ trợ PCIe Gen 4 và sẽ không bao giờ hỗ trợ vì các thế hệ PCIe không tương thích ngược. Hơn nữa, nền tảng TRX40 Threadripper và nền tảng máy chủ AMD EPYC Rome cũng hỗ trợ PCIe Gen 4.

Về phía Intel, nền tảng Z490 hỗ trợ PCIe Gen 4, mặc dù hiện tại không có CPU Intel nào hỗ trợ tính năng này. Điều đó dự kiến ​​sẽ sớm thay đổi vì đã xác nhận rằng Intel’s 11^{thứ tự} Các CPU máy tính để bàn Gen Rocket Lake sẽ không chỉ hoạt động với bo mạch Z490 mà còn cũng sẽ hỗ trợ PCIe Gen 4 vì vậy đó là những điều tích cực từ Team Blue. Các bo mạch B-series tầm trung và các bo mạch H-series giá rẻ không hỗ trợ PCIe Gen 4.

Về phần CPU, cả AMD Ryzen 3000 series và AMD Ryzen 5000 series mới đều chính thức hỗ trợ PCIe Gen 4. Intel vẫn chưa có bất kỳ hỗ trợ nào cho PCIe Gen 4 trên các CPU máy tính để bàn của mình tính đến thời điểm viết bài trừ Rocket Lake 11 sắp ra mắt^{thứ tự} Các CPU thế hệ được xác nhận là có hỗ trợ tính năng này.

Cuối cùng, các sản phẩm mà bạn thực sự sẽ đặt vào các khe PCIe. Về phần GPU, dòng Nvidia RTX 3000, dòng AMD RX 5000 và dòng card đồ họa AMD RX 6000 chính thức hỗ trợ tính năng này. Đối với SSD, chúng ta có nhiều loại SSD PCIe Gen 4 do nhiều nhà sản xuất khác nhau lựa chọn. Một số đáng chú ý bao gồm Corsair Force MP600, Sabrent Rocket 4.0, Samsung 980 Pro, Seagate FireCuda và SSD Gigabyte Aorus PCIe 4.0.

Thỏa hiệp

Cũng giống như với bất kỳ bản nâng cấp nào khác, có một số thỏa hiệp đi kèm với những ưu điểm. Không có nhiều nhược điểm đối với việc nâng cấp PCIe 4.0, nhưng có một số điểm khó ở đây mà bạn cần lưu ý.

Đầu tiên, PCIe Gen 4 chạy nóng. Không chỉ các ổ đĩa thực tế chạy nóng mà chipset trên bo mạch chủ cũng chạy khá nóng do việc triển khai PCIe Gen 4. Đối với các ổ đĩa, điều này có nghĩa là hầu hết tất cả các ổ đĩa mà chúng tôi thấy cho đến nay đều có bộ làm mát tản nhiệt đi kèm. Bộ tản nhiệt cung cấp khả năng làm mát thụ động trên các chip nhớ và giữ cho NAND Flash ở nhiệt độ tối ưu. Đối với chipset, các nhà sản xuất bo mạch chủ cho rằng tốt nhất nên bao gồm làm mát chủ động, vì vậy hầu như tất cả các bo mạch của X570 đều có một quạt đi kèm quay và cung cấp khả năng làm mát tích cực cho chipset khi tải. Các bo mạch B550 mặc dù đã loại bỏ quạt để làm mát thụ động.

Ngoài các thành phần đang chạy nóng, cũng có một thỏa hiệp liên quan đến giá của các bo mạch chủ có triển khai PCIe 4.0. Không có gì ngạc nhiên khi các bo mạch X570, B550 và Z490 đắt hơn các tùy chọn B-series và H-series trong cả hai dòng sản phẩm. Điều này làm cho việc nâng cấp lên PCIe 4.0 trở nên phức tạp một chút, vì người mua bây giờ phải cân nhắc giữa lợi thế của PCIe 4.0 so với chi phí phụ trội để đưa ra quyết định mua.

Bạn có nên nâng cấp không?

Vì vậy, có lý do gì để bạn ra ngoài mua một bo mạch chủ cao cấp, một CPU mới hơn và một ổ SSD đắt tiền để tận hưởng PCIe 4.0? Chà, có lẽ là không. Lợi thế chính của PCIe 4.0 hiện nằm ở bộ phận lưu trữ. Trừ khi bạn đang xây dựng một chiếc máy hoàn toàn mới từ đầu, dường như không có đủ động lực trong PCIe 4.0 để đảm bảo nâng cấp từ bo mạch B450 hoặc X470 hoặc thậm chí là CPU Ryzen hoặc Intel cũ hơn lên những bo mạch mới hơn nếu chúng tôi duy trì hiệu suất một phía. Như chúng tôi đã đề cập trước đó, PCIe 4.0 cũng không ảnh hưởng nhiều đến hiệu suất chơi game của hệ thống, vì vậy việc nâng cấp cạc đồ họa không bao gồm câu hỏi về hỗ trợ PCIe 4.0 kể từ bây giờ.

Trừ khi bộ nhớ là quan trọng hàng đầu đối với bạn và ổ NVMe Gen 3 không còn cắt giảm nữa, PCIe 4.0 dường như không đáng để nâng cấp từ các bo mạch chủ cũ. Ổ cứng PCIe Gen 4 mang lại lợi thế đáng kể cho người dùng làm việc với các tệp lớn qua mạng hoặc các chuyên gia cần tốc độ cao hơn cho các ứng dụng chuyên nghiệp và chỉnh sửa video, v.v. Như đã nói, nếu bạn đang xây dựng một hệ thống hoàn toàn mới, lựa chọn mặc định sẽ là bo mạch chủ và CPU PCIe để đảm bảo rằng hệ thống sẽ không giữ lại bất kỳ nâng cấp nào trong tương lai nếu bạn cảm thấy muốn thả một ổ đĩa Gen 4 nhanh xuống dòng. Do đó, không có nhiều động lực để nâng cấp từ một bo mạch chủ cũ hơn, nhưng đối với các nhà sản xuất mới, khuyến nghị mặc định của chúng tôi là sử dụng các bo mạch chủ hỗ trợ tính năng PCIe Gen 4.