PCIe 4.0 vs PCIe 5.0: diferencias entre ambas versiones de estos puertos

¿Cuáles son las diferencias entre ambas versiones y en que nos afectarán?

Todavía no tenemos una versión física del puerto PCIe 4.0 anunciado por AMD en el CES 2019 y SIG ya ha terminado su especificación 5.0 de este puerto.

De hecho, hay muchos parámetros que no están realmente claros en cuanto a las especificaciones técnicas de ambas versiones, donde por ejemplo los requerimientos de potencia ofrecidos por cada versión parecen guardarse sin motivo aparente.

Sabemos que, por ejemplo, el PCIe 3.0 es capaz de entregar hasta 75 vatios de energía para las tarjetas que estén pinchadas en su versión X16 full duplex.

Se estimó que PCIe 4.0 doblaría la cifra hasta los 150 vatios al mismo tiempo que aumentaba la velocidad, por que al final todas estas versiones de mayor calado van buscando principalmente eso, velocidad. La velocidad la marca, como no puede ser de otra forma, el SIG y la mide en Gigatransfer por segundo o GT/s.

Para hacerlo más común y no tener que lidiar con esta unidad con la que estamos tan poco familiarizados, es necesario convertir dichos Gigatransfer en GB/s, una unidad mucho más común y utilizada.

Para ellos necesitamos conocer el método de codificación que utiliza el estándar para proporcionarnos el valor en bits y bytes. Si nos centramos en la última versión que tenemos disponible en el hardware actual (PCIe 3.0) estamos hablando de una codificación de 128 bits/ 130 bits en el mejor de los casos.

Diferentes velocidades entorno a su codificación y bits

Eso significa que para alcanzar los tan buscados GB/s tendremos que coger la velocidad en GT/s y multiplicarla por (1-(2/130))/8 para saber la velocidad por línea del PCIe 3.0.

Esto nos daría 0.985 GB/s, lo que multiplicado por las 16 líneas existentes nos daría el famoso valor de 15.75 GB/s.

Haciendo los cálculos para todas las versiones con sus codificaciones nos encontraríamos con lo siguiente:

• PCIe 1.0 a 2.5 GT / s con 8b/10b
  2.5 * (1/5) / 2 = 0.250 GB / s por línea (4GB/s x16).
• PCIe 2.0 a 5 GT / s con 8b/10b
  5 * (1/5) / 2 = 0.500 GB / s por línea (8GB/s x16).
• PCIe 3.0 a 8 GT / s con 128b/130b
  8 * (1 – (2/130)) / 8 = 0.985 GB / s por línea (15.75GB/s x16).
• PCIe 4.0 a 16 GT / s con 128b/130b
  16 * (1 – (2/130)) / 8 = 1.969 GB / s por línea (31.51GB/s x16).
• PCIe 5.0 a 32 GT / s con 128b/130b
  32 * (1 – (2/130)) / 8 = 3.938 GB / s por línea (63.04GB/s x16).

Si esto lo extrapolamos a la codificación de cada variante de PCIe existente obtendremos este cuadro que resume todo de forma muy completa:

Como vemos, la velocidad del PCIe X16 se dobla a cada versión existente, por lo que pasaríamos hasta los 31.51 GB/s en el nuevo PCIe 4.0 que está por llegar y hasta los 63.04 GB/s en esta nueva versión 5.0, lo cual es realmente impresionante.

Las velocidades se multiplican a cada versión

Para hacernos una idea del brutal rendimiento, estaríamos hablando que esta nueva versión sería capaz de intercambiar la información de un Blu-ray en 1 segundo.

Los anchos de banda que manejamos hoy en día es cierto que están cerca de llegar al límite cuando de varias GPUs y dispositivos se trata.

Por poner ejemplos simples, un SSD NVMe PCIe 3.0 X4 puede llegar actualmente hasta una velocidad de 3.94 GB/s, cifra que todavía no se ha llegado a alcanzar con discos de alto rendimiento.

No olvidemos que la gran mayoría de controladoras USB, SATA o M.2/U.2 utilizan las líneas PCIe para su comunicación con la CPU o chipset en su defecto, por lo que a mayor ancho de banda menos número de líneas serían necesarias para su funcionamiento.

En cualquier caso, el ancho de banda siempre es bien recibido, sobre todo si aporta mayor energía o compatibilidad con antiguas versiones del mismo bus, dato que veremos sin duda en cuanto Zen 2 y Ice Lake estén en el mercado.