PCIe 4.0: novedades, diferencias con PCIe 3.0 y todo lo que tienes que saber

La salida al mercado en poco más de 15 días de los nuevos procesadores de AMD y de sus nuevas tarjetas gráficas dejan varias novedades en cuanto a arquitectura se refiere, pero también incluyen una nueva versión del bus PCI-Express, donde por fin pasamos del 3.0 X16 al 4.0 X16 como máximo. Pero ¿qué novedades y diferencias hay con PCIe 3.0? ¿qué hardware lo incluirá?

PCI-Express: pasado, presente y también es futuro

PCIe-4.0

Mucho tiempo ha pasado desde que el bus PCI desapareciera de nuestras placas base y con ello de nuestras vidas. Cierto es que algunos modelos en concreto incluso lo siguen usando para aquellos usuarios que lo necesitan por compatibilidad de hardware antiguo y por múltiples razones.

Pero la realidad es que actualmente todo lo relacionado con dicho bus y ranuras acordes está asociado a su versión 3.0. AMD sorprendió en el CES anunciando la inclusión de la cuarta generación de este bus en sus microprocesadores y por ende en sus líneas PCIe, donde por lo tanto las placas base podrían hacer uso de él siempre que cumplieran el estándar fijado por PCI-SIG.

Para ello los fabricantes han tenido que adoptar una serie de nuevas especificaciones para garantizar la total compatibilidad con el nuevo estándar, donde entre ellas se encuentran:

  • Etiquetas extendidas y créditos para dispositivos de servicio.
  • Reducción de la latencia del sistema.
  • Margen de carril.
  • Capacidades superiores de RAS.
  • Escalabilidad para carriles adicionales y ancho de banda.
  • Mejora de la virtualización de E / S y la integración de la plataforma.

Como todos sabemos, las ranuras o Slots PCIe solo pueden configurarse con una sola línea o con múltiplos de 4, donde su velocidad máxima actual es de X16. Por lo que estamos viendo, cada generación que se lanza al mercado por PCI-SIG duplica el ancho de banda por línea, aumenta la frecuencia, los Gigatransfer por segundo y al mismo tiempo mantiene la codificación establecida desde la versión 3.0.

Velocidades y anchos de banda

Los cálculos para llegar a estos datos ya los hemos visto en otros artículos, pero siempre viene bien tenerlo a mano para comprender como va avanzando el bus a través de sus versiones:

  • 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).

Extrapolando esto al número de líneas PCIe que se habilite en cada placa base obtenemos unos datos bastante esclarecedores:

Velocidades-PCIe

Como vemos y salvando las nuevas directrices y requisitos para esta versión PCIe 4.0, la ventaja frente al ya veterano 3.0 radica en doblar la velocidad, simple y llanamente.

¿Qué hardware incorporará PCIe 4.0?

AMD-PCIe-4.0

Actualmente y al momento de redactar este artículo, solo AMD con su plataforma AM4 y solo bajo el chipset X570 dará soporte a dicho bus mediante sus nuevos procesadores basados en la arquitectura Zen 2 con nombre en clave Ryzen 3000 Series. Es decir, la combinación correcta para tener PCIe 4.0 pasa por un procesador Ryzen 3000 (exceptuando las dos APUs presentadas) y una placa base que tenga el chipset X570.

Finalmente, la opción de habilitar PCIe 4.0 en placas X470 e inferiores se ha descartado por parte de AMD, dejando la exclusiva a su último chipset.

Además de los microprocesadores y placas base, AMD anunció en el CES que su nueva arquitectura Navi para tarjetas gráficas también incluirá dicha versión del puerto, por lo que es de esperar que a partir de ahora todas las GPUs de AMD lo incluyan.

Por último, más dispositivos usarán de inicio PCIe 4.0, como por ejemplo SSD M.2, los cuales ya han sido presentados en el Computex 2019 con unas velocidades de hasta 4.800 MB/s, todavía muy lejos de los 7,88 GB/s como máximo teórico para el slot X4.

Además, la vinculación y líneas del chipset X570 bajo PCIe 4.0 habilita una serie de puertos y conectores bajo este bus, donde cada fabricante podrá incluir los modelos que desee. Hablamos, por ejemplo, de tarjetas de red, USBs, sistemas de sonido integrados etc etc …

Es de esperar que cada vez más dispositivos terminen pasando a esta nueva versión del bus, el problema es que precisamente PCI-SIG ya ha lanzado a fecha de hoy la nueva especificación oficial para PCIe 5.0, por lo que es más que posible que la vida de PCIe 4.0 sea más corta de lo que pensamos.

¿Es necesario PCIe 4.0 para gaming?

pcie-gen4-gaming-impat

Según los datos mostrados la respuesta es no, un rotundo no, ni siquiera en entornos multi GPU. Como vemos, un juego a 4K, 144 Hz y 10 Bits no es capaz de rellenar el ancho de banda de un PCIe Gen 3 X8 y supera por poco al ancho de banda del X4.

Es cierto que en multi GPU el ancho de banda no es escalable, sino algo por encima de la suma de los anchos de bandas de las tarjetas, sobre todo en AMD. En NVIDIA el uso disminuye a partir de las tarjetas Turing gracias a NVLink, por lo que tampoco está justificado el cambio hasta un máximo de 4 tarjetas.

Esto tampoco se va a cumplir a partir de ahora, ya que NVIDIA ha retirado el soporte para sus nuevas arquitecturas para más de 2 GPUs en SLI.

Veamos cómo influye en el rendimiento tener una GPU en X16 y X8:

pcie-scaling

Como vemos las distancias son irrisorias por lo anteriormente explicado, donde las diferencias totales son de solo un 0,0099%.

pcie-gen4-game-load

¿Qué hay de dos SSD más rápidos del mercado actualmente? ¿Qué ancho de banda total requieren ciertos juegos? Como vemos, los SSD llegan lógicamente casi al límite del bus PCIe 3.0 X4, pero esto dista mucho del X8 o X16, donde para mayor esclarecimiento, la mayoría de los juegos no pasa de los 2 GB/s en el mejor de los casos.

Es decir, tenemos actualmente suficiente ancho de banda con el PCIe 3.0 para gaming, otros escenarios profesionales o de data center seguro que utilizan mucho mejor y en mayor cantidad dichas líneas, pero para el usuario común PCIe 4.0 no va a suponer ninguna mejora, al contrario, puede suponer un encarecimiento de los precios de ciertos componentes por incluir simplemente la novedad, ya que, por ejemplo, una GPU no va a hacer buen uso de él.