什么是 PCIe 4.0 和 5.0?

越新的 PCIe 标准意味着连接到 GPU、固态硬盘和其他外设的带宽越高。第 12 代系统增加了对 PCIe 5.0 的支持,而第 11 代系统则增加了对 PCIe 4.0 的支持。所有的 PCIe 代次都是向后兼容的,所以没有理由不升级。

亮点:

  • 较新的 PCIe 标准使电脑能够最大限度地发挥最新的 GPU 和固态硬盘的潜能。

  • PCIe 4.0 的带宽是当前的 3.0 标准的两倍;而 5.0 的带宽又是 4.0 的两倍。

  • 额外的 CPU PCIe 通道可供 GPU 和固态硬盘访问 CPU 通道。

  • 升级到 PCIe 4.0 固态硬盘可帮助系统做好迎接 DirectStorage 等全新游戏创新的准备。

  • 每一代 PCIe 都可向后兼容。

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PCIe 4.0 设备的应用正变得越来越普遍。第 11 代智能英特尔® 酷睿™ CPU 和主板增加了对 PCIe 4.0 的支持,而现在,第 12 代平台提供 PCIe 5.0 并对 4.0 和 3.0 设备完全向后兼容。

但是 PCIe 5.0、4.0 和 3.0 之间有何区别?PCIe 是如何向后兼容的?与芯片组 PCIe 通道相比,第 12 代和第 11 代 CPU 中的 CPU PCIe 通道有哪些优势?

我们来深入探讨一下 PCIe 4.0 的工作原理,以及为什么说它是第 11 代平台不可或缺的一部分。

什么是 PCIe 4.0?

如果您曾有过装机经历,就能够在主板上认出水平放置的 PCIe 插槽。PCIe(外围组件快速互连)是一种高带宽扩展总线,通常用于连接显卡、固态硬盘以及采集卡和无线网卡等外设。

主板上的 PCIe 通道分为 x1、x2、x4、x8 和 x16 几种配置。通道数量越多意味着带宽越高,插槽也就更长。GPU 通常安装在顶部的 x16 插槽中,因为它拥有最大的带宽,并且与 CPU 的连接历来都是最直接的。现代 PCIe M.2 固态硬盘使用 x4 通道。

每一代 PCIe 的速度都是上代的两倍。PCIe 3.0 的数据传输速率为每秒 8 GB,而 PCIe 4.0 为 16 GT/秒,PCIe 5.0 为 32 GT/秒。(比特率的度量单位为千兆传输速率,表示的是编码前的理论最大速度——现实中的速度可能会更慢。)

从外观来看,较新代次的 PCIe 插槽与 3.0 相同。它们还能够向后兼容和向前兼容:不仅可以将 PCIe 3.0 固态硬盘连接到 PCIe 4.0 插槽,还可以将 PCIe 4.0 固态硬盘连接到 3.0 插槽。

什么是 PCIe 通道?

第 12 代和第 11 代智能英特尔® 酷睿™ CPU 的一个关键优势是增加了遵循新标准的 CPU PCIe 通道。第 12 代智能英特尔® 酷睿™ CPU 提供多达 16 条 CPU PCIe 5.0 通道和多达 4 条 CPU PCIe 4.0 通道,而第 11 代智能英特尔® 酷睿™ CPU(如英特尔® 酷睿™ i9-11900K)提供多达 20 条 CPU PCIe 4.0 通道。

并非所有 PCIe 通道都以相同的方式工作——CPU PCIe 通道直接与 CPU 连接,而芯片组通道(也就是“PCH 通道”)通过主板的芯片组,经由 DMI (Direct Media Interface) 链路连接到 CPU。

PCH 通常管理着主板上的功能,例如 USB 器件、Wi-Fi 和以太网网卡,以及板载声卡。由于 CPU 和芯片组之间的链路总带宽被限制在 x8 3.0 以下,如果您插入多个存储器件并使用其他资源,就有可能使链路达到饱和状态。直接连接到 CPU 则可绕过这一瓶颈。

借助第 11 代智能英特尔® 酷睿™ CPU 提供的 20 条 CPU PCIe 通道,电脑厂商可以灵活地同时为 GPU 和 NVMe 固态硬盘提供通向 CPU 的最佳路径。第 12 代智能英特尔® 酷睿™ CPU 提供相同的选项,而带宽甚至更高,因为它们的 16 条 CPU PCIe 5.0 通道速度是 4.0 通道的两倍。

在过去,拥有 16 条 PCIe 3.0 通道的用户只能通过将 GPU 带宽减半来利用这条通往 CPU 的最佳路径,从而造成了另一个潜在的瓶颈。

与通过 SATA 数据线连接的驱动器相比,使用 Riser 卡的 PCIe M.2 固态硬盘和 NVMe 固态硬盘在速度方面已经具备了优势。PCIe 更高的吞吐量让 NVMe 存储能够快速处理由更多数据组成的队列,而直接连接到主板的方式还可减少延迟。通过连接到 CPU 的 PCIe 通道,数据无需再绕远经由芯片组传输,从而有助于进一步降低延迟。

为什么要升级至 PCIe 4.0?

如上所述,每一代 PCIe 的吞吐量都翻了一番。但是 PCIe 5.0 的真正优点在于能够完全向后兼容,并且无惧未来挑战:您无须担心新硬件会在系统上遇到瓶颈。

目前,PCIe 4.0 固态硬盘设计的最大读/写速度高于 PCIe 3.0 固态硬盘,但它们目前在加载时间和大文件传输等方面的实际优势并不大。然而,随着时间推移,相关厂商会发布新的内存控制器,游戏和应用程序都会更多地利用现代固态硬盘。

实现这一点的一种方式是通过 DirectStorage 等即将推出的技术,这些技术旨在提高固态硬盘在繁重 I/O 工作负载中的性能。随着固态硬盘成为下一代游戏开发的标准,这可能会在加载时间、资产流式传输和关卡设计等方面带来进步。

PCIe 4.0 和 5.0 更高的带宽还可能有利于显卡,因为吞吐量越高,将数据传输到 VRAM 的速度就越快。但是,尽管 PCIe 4.0 设置在综合基准测试中表现优于 3.0,其目前在游戏中的实际优势却微乎其微。

一些测试表明,即使用当前的显卡运行 4K 游戏,也不会让 PCIe 3.0 x16 插槽的带宽达到饱和。以 PCIe 4.0 配置运行的 GPU 相较于以 3.0 配置运行的同款 GPU,在帧速率方面或许存在微弱优势,但是这种差异小到让人无法察觉。

简而言之,第 12 代第 11 代台式机处理器可赋予您升级的自由。它们有助于确保您能够充分发挥未来设备的潜力,从而进一步释放电脑的潜能。

我需要什么才能使用 PCIe 4.0 或 5.0?

CPU。对于 PCIe 5.0,您需要第 12 代智能英特尔® 酷睿™ CPU,它生来就十分有助于提升游戏体验,具备多达 16 条 CPU PCIe 5.0 通道和多达 4 条 CPU PCIe 4.0 通道。对于 4.0,您需要第 11 代智能英特尔® 酷睿™ 台式机 CPU,它生来就十分有助于提升游戏体验,具备 PCIe 4.0 和多达 20 条 CPU PCIe 通道等功能。

主板。对于第 12 代 CPU,您需要带有 LGA 1700 插槽的 600 系列芯片组。对于第 11 代,您需要来自 Z590 或 B560 产品线的 500 系列主板。 

PCIe 4.0 和 5.0 设备。虽然您一开始装机或选购电脑时可能不会购买 PCIe 4.0 固态硬盘或 GPU,但是我们很容易看出为什么从长远来看,相关支持迟早会有用武之地。也许新主机游戏端口会开始更多地依赖于资产流式传输,而 PCIe 4.0 固态硬盘可提供明显更为流畅的体验。或者,下一代 GPU 将受益于 PCIe 4.0 和 5.0 插槽的双倍吞吐量。(请注意,得益于向后兼容性,正常情况下,PCIe 3.0 设备也可在 PCIe 4.0 或 5.0 平台上正常工作。)

为什么 PCIe 4.0 和 5.0 很重要?

PCIe 5.0 和 4.0 平台更多灵活性。当您购买新的外设时,将会拥有更多选择,当您对它们进行配置时,也将拥有更多选择。有了 PCIe 5.0,在未来的产品令可用带宽达到饱和之前,您将享受更长的设备使用寿命。

许多用户会在系统生命周期中的某个时刻更换存储驱动器或显卡。如果您也打算这样做,PCIe 5.0 支持可确保您在采用未来几年中推出的先进固态硬盘和 GPU 后,能够充分发挥出它们的实力。

此外,20 条 CPU PCIe 通道使系统最重要的两种外设——GPU 和固态硬盘能够更直接地连接到 CPU,从而有望减少延迟。

我们很难预测任何人在未来一两年中可能想要什么样的新外设,但是第 12 代系统旨在让这些外设的性能淋漓尽致地发挥出来。