Lagringsguiden del 10 – Upp till 7GB/s, så funkar PCIe 4.0!

Den som någon gång anslutit ett grafikkort i en stationär dator är redan väl bekant med PCI Express (eller PCIe), den snabba anslutningsstandard som binder samman komponenterna på praktiskt taget alla moderna moderkort. Förutom att vara det gränssnitt som dig lägga till mer beräkningskraft för spel eller stora parallella beräkningar så är PCI Express också den kortaste vägen och kraftfullaste vägen mellan datorns internminne och alla tänkbara insticksmoduler, såsom nya nätverkskort, ljudkort och riktigt snabba SSD-enheter.

Efter att den första PCI Express-standarden lanserades 2003 har nya versioner, 2.0 följt av 3.0 och nu senast 4.0, fört med sig fördubblad bandbredd. I den här artikeln kikar vi närmare på just PCI Express 4.0 för SSD-enheter – vad som skiljer den från tidigare versioner och vad den innebär för nästa generations snabba lagringslösningar.

PCI Express – vad är det?

Innan vi går in på detaljerna om PCIe 4.0 är det värt att sammanfatta vad PCIe i grunden går ut på och hur tekniken är uppbyggd. PCIe är vidareutvecklingen av en äldre teknik, PCI, som står för Peripheral Component Interconnect. Som namnet antyder är PCIe en anslutnignsstandard, eller buss, just för att ansluta tillbehör till en dator på ett standardiserat vis, så att inte varje datorarkitektur skulle behöva uppfinna hjulet på nytt och implementera en helt egen port och ett eget protokoll. I den bemärkelsen fyller PCIe samma funktion som USB, men för komponenter inuti datorn snarare än utanför.

PCIe skiljer sig dock fundamentalt från USB i sin kapacitet och struktur – åtminstone än så länge, eftersom nästa generations USB, version 4.0, kommer att bygga på just PCIe. Den grundläggande byggstenen för PCIe är dess lanes, eller “banor”, där varje bana självständigt kan överföra data mellan datorns processor och minne och det tillbehör du har kopplat in. Tillverkaren kan därför välja hur många banor som behövs till ett tillbehör – ett kraftfullt grafikkort använder i regel 16 banor, vilket motsvarar en fullstor PCIe-port på moderkortet. Ett trådlöst nätverkskort klarar sig däremot oftast med endast en PCIe-bana, och en modern SSD brukar använda fyra eller åtta.

Dessa PCIe-banor kan paketeras på olika sätt, beroende på vad som ska anslutas. De vanligaste är dels “vanliga” PCIe-portar, vilket är vad som används för att koppla in fullstora grafikkort, dels M.2 som används för SSD-enheter och till slut U.2, som också används främst för SSD-enheter i vissa servrar och arbetsstationer.

Den kanske viktigaste poängen är att protokollet och de fysiska portarna är fristående från varandra och utvecklas självständigt. Det är en av anledningarna till att PCIe är helt bakåtkompatibelt – förutsatt att du har fungerande drivrutiner går det utmärkt att använda ett PCIe 1.0-grafikkort från 2003 i en dator med PCIe 4.0.

PCI Express 4.0 fördubblar bandbredden

Version 4.0 är den senaste varianten av PCI Express som implementeras i konsumentelektronik, och trots att standarden färdigställdes officiellt 2017 är det först i år som såväl moderkort som grafikkort och SSD-enheter drar nytta av det nya protokollet.

PCIe 4.0 för med sig ett antal tekniska förbättringar, men den absolut viktigaste för vanliga användare är den fördubblade bandbredden per bana som nu är totalt 1,97 GB/s, jämfört med tidigare 985 MB/s. Om alla 16 banor i en fullstor PCIe-port används är den maximala hastigheten 31.5 GB/s. Därtill har version 4.0 något kortare svarstider, och stöd för så kallad “lane margining”, vilket är tänkt att ge ingenjörer bättre möjligheter att faktiskt utnyttja hela bandbredden på ett effektivt sätt.

Precis som tidigare versioner är PCIe 4.0 fullt bakåtkompatibelt med äldre PCIe-standarder och har implementerats i både fullstora PCIe-portar och M.2. Nästa PCIe-standard, version 5.0, färdigställdes förra året men förväntas dröja ett ytterligare ett antal år innan den når marknaden.

Vad gör det för skillnad?

De stora fördelarna med fördubblad bandbredd kommer just ifrån PCIe-standardens uppbyggnad av enskilda kanaler – det går precis lika bra att få ut samma hastighet med hälften så många banor, och därmed få extra banor över till andra komponenter.

Nästa generations SSD-enheter med PCIe 4.0 kan i teorin föra över stora filer dubbelt så snabbt som SSD-enheter baserade på PCIe 3.0, även om det kommer dröja ett tag till innan tekniken nyttjas till fullo. Men det kommer också gå att ansluta SSD-enheter motsvarande de allra snabbaste PCIe 3.0-modellerna med hälften så många PCIe 4.0-kanaler, och därmed få in upp till dubbelt så många SSD-enheter med bibehållen prestanda per enhet.

Nästa generations grafikkort, såväl Nvidias RTX 3000-serie och AMDs Radeon 6000-serie, använder PCIe 4.0. I båda fallen innebär det att stora texturer och komplex geometri kan laddas snabbare i krävande spel. PCIe 4.0 kan i synnerhet komma att bli relevant för exempelvis Radeon 6000-serien, som kombinerat med en Ryzen 2-processor kommer ge stöd för Microsoft DirectStorage och därmed låta grafikkort och SSD kommunicera direkt med varandra för att ge bättre prestanda i grafiskt krävande spel.

Vilka plattformar har stöd för PCIe 4.0?

Idag finns det endast två plattformar som ger stöd för PCIe 4.0 i konsumentdatorer. Bland stationära datorer är det endast AMD:s Ryzen 2-plattform med styrkretsen X570 som använder den nya standarden. Sistnämnda använder dels PCIe 4.0 för grafikkort och SSD-enheter, men även för att kommunicera mellan moderkortets interna komponenter via ramverket Infinity Fabric.

Intel erbjuder PCIe 4.0 för bärbara datorer i form av plattformen Tiger Lake som lanserades under sommaren. I och med att Tiger Lake är en familj med mobila processorer kan PCIe 4.0 användas för att ansluta grafikkort i första hand från tillverkarens sida direkt i fabriken, men det i flera fall finns även möjlighet att som konsument själv installera en SSD med PCIe 4.0 i M.2-format.

Det här behöver du för att komma igång med PCIe 4.0-lagring (2020)

• Kompatibelt moderkort
  • AMD: Moderkort med styrkrets X570 eller B550
  • Intel: Bärbar dator ur Tiger Lake-serien
• En PCIe 4.0-kompatibel SSD, som tex. Samsung 980 Pro
• Ledig PCIe 4.0-anslutning, något av följande
  • M.2 med 4 st PCIe 4.0-banor
  • Fullstor PCIe X8 eller X16 (om din SSD är i M.2-format behöver du i så fall köpa till en adapter)

Rocket Lake, Intels nästa stationära familj processorer, kommer också få stöd för PCIe 4.0. Plattformen lanseras dock först under första kvartalet 2021.

Kommer du uppgradera till PCIe 4.0, eller har du redan gjort det? Lämna gärna en kommentar med dina tankar och synpunkter! I den här artikeln har vi använt oss av Samsung 980 Pro, en PCIe 4.0-baserad SSD för entusiaster och arbetsstationer.