Den som en eller annen gang har koblet et grafikkort til en stasjonær datamaskin, er allerede godt kjent med PCI Express (eller PCIe), den raske tilkoblingsstandarden som binder sammen komponentene på praktisk talt alle moderne hovedkort.
I tillegg til å være det grensesnittet som lar deg legge til mer beregningskraft for spill eller store, parallelle beregninger, så er PCI Express også den korteste og kraftigste veien mellom datamaskinens internminne og alle tenkelige innstikksmoduler, som nye nettverkskort, lydkort og skikkelig raske SSD-enheter.
Innhold
- PCIe – hva er det?
- PCIe 4.0 – gir fordoblet båndbredde
- Forskjellen mellom PCIe 3.0 og 4.0
- Hva kreves for å kunne bruke PCIe 4.0-lagring i dag?
Etter at den første PCI Express-standarden ble lansert i 2003, har nye versjoner – 2.0, fulgt av 3.0 og nå nylig 4.0 – ført med seg fordoblet båndbredde. I denne artikkelen tar vi en nærmere titt på nettopp PCI Express 4.0 for SSD-enheter – hva skiller den fra tidligere versjoner, og hva innebærer den for neste generasjons raske lagringsløsninger.
PCI Express – hva er det?
Før vi går inn på detaljene om PCIe 4.0, er det verdt å sammenfatte hva PCIe i bunn og grunn går ut på og hvordan teknikken er bygget opp. PCIe er videreutviklingen av en eldre teknikk, PCI, som står for Peripheral Component Interconnect. Som navnet antyder, er PCIe en tilkoblingsstandard, eller buss, nettopp for å koble tilbehør til en datamaskin på en standardisert måte. Det betyr at enhver datamaskinarkitektur skal slippe å finne opp hjulet på nytt og implementere en helt egen port og en egen protokoll. I den forstand fyller PCIe samme funksjon som USB, men for komponenter inne i datamaskinen i stedet for utenfor.
Visste du at … PCIe også finnes i mobiltelefoner?
Selv om det i første rekke er i PC-sammenheng vi hører om PCI Express, så brukes teknikken også i andre enheter, blant annet enkelte mobiltelefoner. Standarden er ikke spesifikk for de X86-prosessorene som brukes i en PC, men kan rent teknisk brukes til hvilken som helst plattform som takler båndbredden. For eksempel benytter mange Android-mobiler PCIe mellom prosessoren og telefonens nettverkskretser, og den nye MicroSD Express-standarden benytter PCIe og NVMe for å gi SSD-lignende lagringshastigheter for minnekort til mobiltelefoner i fremtiden.
PCIe skiller seg fundamentalt fra USB i kapasitet og struktur – i det minste inntil videre, siden neste generasjons USB, versjon 4.0, vil bygge på nettopp PCIe. Den grunnleggende byggesteinen for PCIe er dens lanes, eller «baner», der hver bane selvstendig kan overføre data mellom datamaskinens prosessor og minne, og det tilbehøret du har koblet til. Produsenten kan derfor velge hvor mange baner som er nødvendige til et tilbehør – et kraftig grafikkort bruker som regel 16 baner, som tilsvarer en fullstor PCIe-port på hovedkortet. Et trådløst nettverkskort klarer seg derimot gjerne med én enkel PCIe-bane, og en moderne SSD pleier å bruke fire eller åtte.
Disse PCIe-banene kan pakkes på forskjellige måter, avhengig av hva som skal kobles til. De mest vanlige er «vanlige» PCIe-porter, som er det som brukes for å koble inn grafikkort i full størrelse, dels M.2 som brukes til SSD-enheter og til slutt U.2, som også brukes for SSD-enheter i enkelte servere og arbeidsstasjoner.
Det kanskje viktigste poenget er at protokollen og de fysiske portene er uavhengige av hverandre og utvikles selvstendig. Det er en av grunnene til at PCIe er fullstendig bakoverkompatibelt – forutsatt at du har fungerende driverrutiner, går det helt fint å bruke et PCIe 1.0-grafikkort fra 2003 i en datamaskin med PCIe 4.0.
PCI Express 4.0 fordobler båndbredden
Versjon 4.0 er den nyeste varianten av PCI Express som implementeres i forbrukerelektronikk, og selv om standarden offisielt ble ferdigstilt i 2017, er det først i år både hovedkort, grafikkort og SSD-enheter fullt og helt kan dra nytte av den nye protokollen.
Fire PCIe-baner mer enn noen gang
M.2-kontakten for SSD-enheter bruker som regel fire PCIe-kanaler, og med PCIe 4.0 får disse fire kanalene en total kapasitet på ca. 8 GB/s. Samsung 980 Pro bruker den ekstra båndbredden sammen med en ny kontroller, Elpis, og 3D TLD-NAND for å nå sekvensielle overføringshastigheter på inntil 7 GB/s, noe som ikke har vært mulig med PCIe 3.0.
PCIe 4.0 innebærer en rekke tekniske forbedringer, men den absolutt viktigste for den vanlige brukeren er den fordoblede båndbredden per bane, som nå er totalt 1,97 GB/s, mot tidligere 985 MB/s. Dersom alle 16 baner i en fullstor PCIe-port benyttes, er den maksimale hastigheten 31,5 GB/s. I tillegg har versjon 4.0 noe kortere svartider og støtte for såkalt «lane margining», som skal gi ingeniører bedre muligheter til å faktisk kunne bruke hele båndbredden på en effektiv måte.
| Egenskap | Samsung 980 Pro M.2 SSD | Samsung 970 Evo M.2 SSD | Samsung 860 Evo SATA SSD | 10TB 7200 RPM HDD |
| Datagrensesnitt | PCIe 4.0 | PCIe 3.0 | SATA | SATA |
| Maks lesehastighet | 7 000 MB/s | 3 500 MB/s | 550 MB/s | ~250 MB/s |
| Tilfeldig lesing (4KB, QD32) | Opp til 1 000 000 IOPS | Opp til 500 000 IOPS | Opp til 90 000 IOPS | ~700 IOPS |
| Tilfeldig skriving (4KB, QD1) | Opp til 60 000 IOPS | Opp til 50 000 IOPS | Opp til 42 000 IOPS | ~240 IOPS |
Akkurat som tidligere versjoner er PCIe 4.0 fullt bakoverkompatibel med eldre PCIe-standarder og er implementert i både fullstore PCIe-porter og M.2. Neste PCIe-standard, versjon 5.0, ble ferdig i fjor, men det er forventet at det vil ta noen år før den når markedet.
Hva er forskjellen?
De store fordelene med fordoblet båndbredde kommer nettopp fra PCIe-standardens oppbygging av enkeltkanaler – det går like fint å få ut samme hastighet med halvparten så mange baner, og dermed få ekstra baner tilgjengelig til andre komponenter.
Neste generasjons SSD-enheter med PCIe 4.0 kan i teorien overføre store filer dobbelt så raskt som SSD-enheter basert på PCIe 3.0, selv om det kan ta litt tid før teknikken kan utnyttes fullt og helt. Men det vil også bli mulig å koble til SSD-enheter tilsvarende de aller raskeste PCIe 3.0-modellene med halvparten så mange PCIe 4.0-kanaler, og dermed få inn inntil dobbelt så mange SSD-enheter med samme ytelse per enhet.
Visste du at … Flashminne kan stables
I flere moderne SSD-enheter er flashminnet ikke lenger konstruert i en vanlig, flat krets. I stedet stables flere sånne kretser oppå hverandre i mange lag. Det medfører blant annet at det er plass til mer lagring på samme eller mindre kretsoverflate, og at SSD-enheten klarer flere skrivinger i livstiden sin. Flashminnet i Samsung 980 Pro er for eksempel stablet i hele 128 lag.
Neste generasjon grafikkort, både Nvidias RTX 3000-serie og AMDs Radeon 6000-serie, bruker PCIe 4.0. I begge tilfeller innebærer det at store strukturer og kompleks geometri i krevende spill kan lastes raskere. PCIe 4.0 kan i særdeleshet bli relevant i for eksempel Radeon 6000-serien, som i kombinasjon med en Ryzen 2-prosessor vil gi støtte for Microsoft DirectStorage og dermed la grafikkort og SSD kommunisere direkte med hverandre for å gi bedre ytelse i grafisk krevende spill.
Hvilke plattformer har støtte for PCIe 4.0?
I dag finnes det kun to plattformer som gir støtte for PCIe 4.0 i forbrukerdatamaskiner. Blant stasjonære datamaskiner er det kun AMDs Ryzen 2-plattform med styrekretsen X570 som bruker den nye standarden. Sistnevnte bruker dels PCIe 4.0 for grafikkort og SSD-enheter, men også for å kommunisere mellom hovedkortets interne komponenter via rammeverket Infinity Fabric.
Intel tilbyr PCIe 4.0 for bærbare datamaskiner i form av plattformen Tiger Lake, som ble lansert i sommer. I og med at Tiger Lake er en familie med mobile prosessorer, kan PCIe 4.0 brukes til å koble til grafikkort, primært fra produsentens side direkte i fabrikken, men i flere tilfeller er det også mulig for forbrukeren selv å installere en SSD med PCIe 4.0 i M.2-format.
Dette må du huske med PCIe 4.0-lagring (2021)
- Kompatibelt hovedkort
- AMD: Hovedkort med styrekrets X570 eller B550
- Intel: Bærbar datamaskin fra Tiger Lake-serien
- En PCIe 4.0-kompatibel SSD, som f.eks. Samsung 980 Pro
- Ledig PCIe 4.0-tilkobling, en av følgende
- M.2 med 4 stk. PCIe 4.0-baner
- Fullstor PCIe X8 eller X16 (dersom SSD-en din er i M.2-format, må du kjøpe og legge til adapter)
Effektiv avkjøling for SSD-enheter
Når du skal installere en ny SSD er det viktig å huske at PCIe-baserte SSD-enheter kan benytte kraftige kontrollerkretser, som i sin tur produserer en del varme. Det innebærer at forutsetningene for at SSD-en din skal yte optimalt kan være dårligere i en bærbar datamaskin enn i en stasjonær.
Samsung 980 Pro bruker et lag varmeledende nikkel på kontrollkretsen – og til og med i enhetens etikett – for å forbedre den avkjølende evnen i det trange chassiset i en bærbar datamaskin. I tillegg kan SSD-enheten dynamisk tilpasse hastigheten på komponentene sine for å holde optimal temperatur under belastning.
Rocket Lake, Intels neste stasjonære prosessorfamilie, vil også få støtte for PCIe 4.0. Plattformen blir først presentert i løpet av første kvartal 2021.
Kommer du til å oppgradere til PCIe 4.0, eller har du allerede gjort det? Legg gjerne igjen en kommentar med tanker og synspunkter! I denne artikkelen har vi brukt Samsung 980 Pro, en PCIe 4.0-basert SSD for entusiaster og arbeidsstasjoner.
Lagringsnyheter fra Samsung:
Gå ikke glipp av tidligere artikler i denne lagringsguiden:
