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PCIe 3.0 vs. 4.0 – Lohnt sich ein Upgrade auf PCIe 4.0?

Updated on Aug 31, 2022
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FS Rack Server

PCIe, die Abkürzung für Peripheral Component Interconnect Express, ist ein Hochgeschwindigkeits-Schnittstellenstandard für die Verbindung verschiedener Komponenten von Rechengeräten wie GPUs und SSDs. PCIe-Standards haben verschiedene Generationen wie PCIe 3.0 und PCIe 4.0. Derzeit sind PCIe 4.0-Geräte am weitesten verbreitet. Erfahren Sie mehr über den Unterschied zwischen PCIe 3.0 und PCIe 4.0 und darüber, ob PCIe 4.0 ein Upgrade wert ist.

Was sind PCIe 3.0 und PCIe 4.0?

Die aktuellen PCIe-Standards gibt es in fünf Generationen: PCIe 1.0, PCIe 2.0, PCIe 3.0, PCIe 4.0 und PCIe 5.0. Der neueste Standard PCIe 5.0 kommt im Mai 2019 heraus. Zum Zeitpunkt der Erstellung dieses Artikels sind jedoch noch keine PCIe 5.0-Geräte verfügbar. Das erste PCIe 5.0-Gerät wird voraussichtlich Ende 2022 auf den Markt kommen. Somit dominieren PCIe-3.0- und PCIe-4.0-Geräte den Markt.

PCIe 3.0

Im November 2010 kündigte die PCI-SIG (PCI Special Interest Group) an, dass PCIe 3.0 mit einer Datenübertragungsrate von 8 Gigatransfers pro Sekunde (GT/s) kommen wird. Im Vergleich zu den Vorgängergenerationen PCIe 1.0 und 2.0 hat PCIe 3.0 eine höhere Signalgeschwindigkeit und eine geringere Verzögerung bei der Datenübertragung. Zu den neuen Funktionen des PCIe 3.0-Standards gehören außerdem eine Reihe von Optimierungen für eine verbesserte Signalübertragung und Datenintegrität, wie z. B. die Anpassung von Sendern und Empfängern, die Verbesserung des Phase-Lock-Loops, die Wiederherstellung von Taktsignalen und Kanalverbesserungen der unterstützten Topologien.

Gleichzeitig ist PCIe 3.0 sowohl abwärts- als auch aufwärtskompatibel mit bestehenden PCIe-Geräten. Die Leistung hängt jedoch von der niedrigsten PCIe-Standardgeneration in Ihrer Implementierung ab. Zum Beispiel kann ein PCIe 3.0 SSD in einen PCIe 2.0 Steckplatz eines Motherboards eingesetzt werden, aber Sie erhalten nur PCIe 2.0 Leistung. Ebenso kann ein PCIe-3.0-SSD in ein Motherboard mit PCIe-4.0-Steckplatz eingesetzt werden, und Sie erhalten nur PCIe-3.0-Leistung.

PCIe 4.0

Der PCIe 4.0-Standard wurde im Juni 2017 eingeführt. Er bietet eine Datenübertragungsrate von 16 GT/s, die die Bandbreite von PCIe 3.0 verdoppelt. Da PCIe-Steckplätze mit einer Lane oder einem Vielfachen von vier Lanes konfiguriert werden können, wie z. B. x1, x4, x8, x16, bedeutet dies, dass eine PCIe 4.0 x4-Schnittstelle wie eine PCIe 3.0 x8-Schnittstelle funktionieren kann und die gleiche Bandbreite bietet.

Darüber hinaus ist PCIe 4.0 nach wie vor abwärts- und aufwärtskompatibel mit anderen PCIe-Generationen. Heutzutage haben viele Hersteller verschiedene Geräte mit PCIe 4.0-Spezifikationen eingeführt. So brachte Mellanox Technologies im Juni 2016 den ersten 100-Gbit/s-Netzwerkadapter mit PCIe 4.0 auf den Markt, und im Januar 2019 führte AMD den X570-Chipsatz und Zen-2-basierte Prozessoren ein, die PCIe 4.0 unterstützen.

PCIe 3.0 vs. 4.0: Die wesentlichen Aspekte

Die Unterschiede zwischen PCIe 4.0 und PCIe 3.0 sind offensichtlich. Betrachten wir sie im Detail unter den folgenden Aspekten.

Steckplatz

Jedes Motherboard verfügt über eine Reihe von PCIe-Steckplätzen, die zum Hinzufügen von GPUs, SSDs und RAID-Karten usw. verwendet werden. Wie bereits erwähnt, kann ein einzelner PCIe-Steckplatz x1, x2, x4, x8 oder x16 Lanes haben. PCIe 4.0 x8 bezieht sich beispielsweise auf eine Gen 4-Erweiterungskarte/ -Steckplatz mit 8-Lane-Konfigurationen. Die Anzahl der Lanes trägt zur Bandbreitenskala bei. Eine Konfiguration mit 8 Lanes hat eine doppelt so hohe Bandbreite wie eine Konfiguration mit 4 Lanes.

Sowohl PCIe 3.0- als auch 4.0-Steckplätze können mit x1-, x2-, x4-, x8- und x16-Lanes konfiguriert werden, aber PCIe 4.0-Steckplätze haben eine höhere Übertragungsrate pro Lane und einen höheren Bandbreitendurchsatz. Genauer gesagt hat ein PCIe 4.0-Steckplatz eine Übertragungsrate von 16 GT/s pro Lane und damit eine doppelt so hohe Übertragungsrate wie ein PCIe 3.0-Steckplatz.

Geschwindigkeit

Auch die Geschwindigkeit ist ein entscheidender Faktor, der einen großen Einfluss auf die Leistung hat. Vereinfacht gesagt, ist PCIe 4.0 doppelt so schnell wie PCIe 3.0. PCIe 4.0 hat eine Datenübertragungsrate von 16 GT/s, während PCIe 3.0 nur eine Datenrate von 8 GT/s hat. Ebenso unterstützt jede PCIe 4.0-Lane-Konfiguration die doppelte Bandbreite von PCIe 3.0 und erreicht 32 GB/s in einem 16-Lane-Steckplatz bei unidirektionalem Betrieb. Die folgende Tabelle zeigt die Geschwindigkeitsunterschiede in verschiedenen Lane-Konfigurationen zwischen PCIe 4.0 und PCIe 3.0.

Unidirectional Bandwidth: PCIe 3.0 vs. PCIe 4.0
PCIe Generation x1 x4 x8 x16
PCIe 3.0 1 GB/s 4 GB/s 8 GB/s 16 GB/s
PCIe 4.0 2 GB/s 8 GB/s 16 GB/s 32 GB/s

Kompatibilität

Was die Kompatibilität betrifft, so sind sowohl PCIe 4.0 als auch PCIe 3.0 abwärts- und aufwärtskompatibel mit den bestehenden PCIe-Konfigurationen. Wir wissen jetzt, dass PCIe-Steckplätze verwendet werden, um Komponenten wie GPUs und SSDs mit dem Motherboard zu verbinden, damit sie auf normale Weise funktionieren.

Bei der Abwärts- und Vorwärtskompatibilität kann die neue PCIe-Generation mit der alten verwendet werden (Abwärtskompatibilität) und umgekehrt (Vorwärtskompatibilität). So kann beispielsweise eine PCIe-4.0-GPU in einen PCIe-3.0-Steckplatz auf einem Motherboard eingesetzt werden, aber die Bandbreite der PCIe-4.0-GPU würde durch die Bandbreitenbeschränkungen des PCIe-3.0-Steckplatzes beeinträchtigt werden.

Sie müssen darauf achten, dass der Steckplatz Ihres Motherboards die gleiche oder eine größere Anzahl von Lanes hat als die PCIe-Karte, die Sie einsetzen. Andernfalls können Sie Ihre PCIe-Karte nicht in den Steckplatz einsetzen. Beispielsweise kann eine PCIe 3.0 x4 SSD-Karte in einen PCIe 4.0 x4- oder x8-Steckplatz passen, aber eine PCIe 3.0 x8-Karte ist nicht mit einem x2- oder x4-Steckplatz kompatibel. Daher sollten Sie vorher prüfen, ob Ihre PCIe 4.0- oder 3.0-GPUs und -SSDs mit der Lane-Konfiguration der Steckplätze Ihres Motherboards kompatibel sind.

Preis

Wie bei allen anderen Produktgenerationen ist auch der Preis ein großer Unterschied zwischen PCIe 3.0 und PCIe 4.0. Im Allgemeinen sind PCIe 4.0-GPUs und -SSDs immer teurer als PCIe 3.0-Geräte mit demselben Speicher und Lane-Konfigurationen. Schließlich verfügen PCIe 4.0-Geräte über eine höhere Bandbreite und eine bessere Leistung. Darüber hinaus variieren die Preise auch je nach Hersteller. Sie sollten eine gründliche Produktanalyse durchführen, bevor Sie eine Kaufentscheidung treffen.

Wie wirken sich PCIe 3.0 und 4.0 auf Ihre SSD und GPU aus?

Wie bereits erwähnt, sind sowohl PCIe 4.0 als auch PCIe 3.0 abwärts- und aufwärtskompatibel mit den bestehenden PCIe-Konfigurationen. Aufgrund ihrer Bandbreitenbeschränkungen können Sie jedoch nicht immer die volle Leistung Ihrer PCIe-GPUs oder -SSDs nutzen.

Wenn Sie eine PCIe 3.0-GPU an einen PCIe 4.0-Steckplatz anschließen, erhalten Sie nur die PCIe 3.0-Standardleistung. Wenn Sie einen PCIe 4.0-GPU an einen PCIe 3.0-Steckplatz anschließen, können Sie nicht von der erhöhten Bandbreite und Datenübertragungsgeschwindigkeit Ihres PCIe 4.0-Grafikprozessors profitieren. Das Gleiche gilt für PCIe-SSDs.

Dennoch ist es nicht schwer zu erkennen, dass ein Motherboard mit PCIe 4.0-Anschlüssen einen offensichtlichen Vorteil gegenüber einem Motherboard mit PCIe 3.0-Anschlüssen hat. Wenn Sie ein Motherboard mit PCIe 4.0-Anschlüssen verwenden, haben Sie mehr Platz, um die Anzahl der SSDs und GPUs zu erhöhen, um eine höhere Bandbreite zu unterstützen. Um beispielsweise eine Bandbreite von 16 GB/s zu erreichen, benötigen Sie nur 8 PCIe 4.0-Lanes anstelle von 16 Lanes bei PCIe 3.0.

Ist PCIe 4.0 das Upgrade wert?

Sollten Sie also auf PCIe 4.0 aufrüsten, wenn Sie bereits PCIe 3.0 nutzen? Wir glauben nicht, dass PCIe 4.0 ihr älteres PCIe 3.0 überflüssig machen wird. Wenn Sie mit Ihrer aktuellen Bandbreite zufrieden sind und nicht vorhaben, in naher Zukunft mehr Geld auszugeben, um Ihre Bandbreitenleistung zu erhöhen, brauchen Sie möglicherweise kein Upgrade auf ein PCIe 4.0-Motherboard vorzunehmen, da es sich für Sie wahrscheinlich nicht lohnt.

Wenn Sie außerdem mit PCIe 3.0-Steckplätzen und -Komponenten wie PCIe 3.0-Grafikkarten und -Speicher arbeiten und diese die für Ihre Anwendungen erforderliche Datenübertragungsgeschwindigkeit bieten, brauchen Sie sich nicht um ein Upgrade auf PCIe 4.0 zu kümmern.

Wenn Ihre Anwendungen jedoch bald einen Ausbau der Bandbreite benötigen, um mit einer steigenden Arbeitslast Schritt zu halten, sollten Sie ein Upgrade in Betracht ziehen. In diesem Fall können Sie jederzeit die Vorteile der höheren Bandbreitenleistung nutzen, die PCIe 4.0 bieten kann. Bei der Entscheidung für ein Upgrade sollten Sie immer Ihre eigenen Bedürfnisse im Auge behalten und nicht übereilt auf das neuere PCIe 4.0 umsteigen.

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