PCIe 3.0 vs 4.0 : Devriez-vous mettre à niveau ?

PCIe (Peripheral Component Interconnect Express) est une norme d'interface à haut débit permettant de connecter divers composants de dispositifs informatiques tels que les GPU et les SSD. Les normes PCIe ont différentes générations comme PCIe 3.0 et PCIe 4.0. Actuellement, les dispositifs PCIe 4.0 sont les plus répandus. Nous allons explorer les différences entre PCIe 3.0 et PCIe 4.0, et déterminer si PCIe 4.0 vaut la peine d'être utilisé.

Que sont PCIe 3.0 et PCIe 4.0 ?

Les normes PCIe actuelles présentent cinq générations : PCIe 1.0, PCIe 2.0, PCIe 3.0, PCIe 4.0 et PCIe 5.0. La norme la plus récente, PCIe 5.0, est sortie en mai 2019. Cependant, à l'heure où nous rédigeons cet article, aucun dispositif PCIe 5.0 n'est actuellement disponible. Le premier appareil PCIe 5.0 devrait faire ses débuts à la fin de 2022. Les dispositifs PCIe 3.0 et PCIe 4.0 dominent encore le marché.

PCIe 3.0

En novembre 2010, le PCI-SIG (PCI Special Interest Group) a annoncé que PCIe 3.0 serait doté d'un taux de transfert de données de 8 gigatransferts par seconde (GT/s). Par rapport aux générations précédentes PCIe 1.0 et 2.0, PCIe 3.0 présente une vitesse de signal plus rapide et un délai de transmission des données plus faible. Les nouvelles fonctionnalités de la norme PCIe 3.0 comprennent également un certain nombre d'optimisations pour améliorer la signalisation et l'intégrité des données, comme l'égalisation de l'émetteur et du récepteur, l'amélioration de la boucle à verrouillage de phase, la récupération des données d'horloge et l'amélioration des canaux des topologies prises en charge.

En même temps, PCIe 3.0 est à la fois rétrocompatible et compatible avec les dispositifs PCIe existants. Mais les performances dépendent de la génération de norme PCIe la plus basse dans votre implémentation. Par exemple, un SSD PCIe 3.0 peut être inséré dans un emplacement PCIe 2.0 d'une carte mère, mais les performances seront limitées à celles du PCIe 2.0. De même, un SSD PCIe 3.0 peut également être inséré dans un emplacement PCIe 4.0 d'une carte mère, mais les performances seront limitées à PCIe 3.0.

PCIe 4.0

La norme PCIe 4.0 a fait ses débuts en juin 2017. Elle s'accompagne d'un taux de transfert de données de 16 GT/s qui double la bande passante de PCIe 3.0. Comme les emplacements PCIe peuvent être configurés avec un seul canal ou des multiples de quatre canaux, tels que x1, x4, x8, x16, cela signifie qu'une interface PCIe 4.0 x4 peut fonctionner comme une interface PCIe 3.0 x8 et offrir la même quantité de bande passante.

En outre, PCIe 4.0 offre toujours une compatibilité ascendante et descendante avec les autres générations PCIe. Aujourd'hui, de nombreux fabricants proposent de nombreux appareils avec des spécifications PCIe 4.0. Par exemple, Mellanox Technologies a lancé le premier adaptateur réseau à 100 Gbit/s avec PCIe 4.0 en juin 2016, et en janvier 2019, AMD a présenté le jeu de puces X570 et les processeurs basés sur Zen 2 qui prennent en charge PCIe 4.0.

Aspects Essentiels des Normes PCIe 3.0 et 4.0

Les différences entre PCIe 4.0 et PCIe 3.0 sont évidentes. Examinons-les en détail sous les aspects suivants.

Emplacement

Chaque carte mère possède un certain nombre d'emplacements PCIe utilisés pour ajouter des GPU, des SSD, des cartes RAID, etc. Comme mentionné ci-dessus, un seul emplacement PCIe peut avoir x1, x2, x4, x8 ou x16 canal/canaux. Par exemple, PCIe 4.0 x8 fait référence à une carte d'extension/slot Gen 4 avec des configurations à 8 canaux. Le nombre de canaux contribue à l'échelle de la bande passante. Une configuration à 8 voies a une bande passante deux fois plus large qu'une configuration à 4 voies.

Les emplacements PCIe 3.0 et 4.0 peuvent être configurés avec des voies x1, x2, x4, x8 et x16, mais les emplacements PCIe 4.0 ont un taux de transfert par canal et un débit de bande passante plus élevés. Plus précisément, un emplacement PCIe 4.0 a un taux de transfert de 16 GT/s par canal, soit le double du taux de transfert que supporte un emplacement PCIe 3.0.

Vitesse

La vitesse est également un facteur crucial qui a un grand impact sur les performances. Pour simplifier, PCIe 4.0 est deux fois plus rapide que PCIe 3.0. PCIe 4.0 a un taux de transfert de données de 16 GT/s, alors que PCIe 3.0 n'a qu'un taux de 8 GT/s. De même, chaque configuration de couloir PCIe 4.0 prend en charge deux fois la bande passante de PCIe 3.0, atteignant 32 Go/s dans un emplacement à 16 canaux en déplacement unidirectionnel. Le tableau suivant montre les différences de vitesse dans les différentes configurations de canaux entre PCIe 4.0 et PCIe 3.0.

Compatibilité

En ce qui concerne la compatibilité, PCIe 4.0 et PCIe 3.0 sont tous deux rétrocompatibles avec les configurations PCIe existantes. Nous savons maintenant que les emplacements PCIe sont utilisés pour connecter des composants tels que les GPU et les SSD à la carte mère afin que ceux-ci puissent fonctionner normalement.

Avec une compatibilité ascendante et descendante, la nouvelle génération PCIe peut être utilisée avec les anciennes (compatibilité ascendante), et vice versa (compatibilité descendante). Par exemple, un GPU PCIe 4.0 peut être inséré dans un emplacement PCIe 3.0 sur une carte mère, mais la bande passante du GPU PCIe 4.0 sera entravée par les limitations de bande passante de l'emplacement PCIe 3.0.

Une chose à noter est que vous devez vous assurer que l'emplacement de votre carte mère possède un nombre de canaux égal ou supérieur à celui de la carte PCIe que vous y insérez. Sinon, vous ne serez pas en mesure d'insérer physiquement votre carte PCIe dans l’emplacement. Par exemple, une carte SSD PCIe 3.0 x4 peut être insérée dans un emplacement PCIe 4.0 x4 ou x8, mais une carte PCIe 3.0 x8 ne sera pas compatible avec un emplacement x2 ou x4. Par conséquent, il est préférable de vérifier au préalable si vos GPU et SSD PCIe 4.0 ou 3.0 sont compatibles avec la configuration des canaux des emplacements de votre carte mère.

Prix

Comme pour toutes les autres générations de produits, il y a une grande différence de prix entre PCIe 3.0 et PCIe 4.0. D'une manière générale, les GPU et SSD PCIe 4.0 sont toujours plus chers que ceux PCIe 3.0 avec les mêmes configurations de stockage et de canaux. Après tout, les dispositifs PCIe 4.0 offrent une bande passante plus large et de meilleures performances. En outre, les prix varient également en fonction du fabricant. Vous devriez procéder à une analyse approfondie du produit avant de prendre votre décision d'achat.

Comment PCIe 3.0 et 4.0 affectent-ils votre SSD et votre GPU ?

Comme mentionné ci-dessus, PCIe 4.0 et PCIe 3.0 sont tous deux rétrocompatibles avec les configurations PCIe existantes. Toutefois, en raison de leurs limitations en termes de bande passante, vous ne pourrez pas toujours bénéficier de toutes les performances de vos GPU ou SSD PCIe.

Si vous connectez un GPU PCIe 3.0 à un emplacement PCIe 4.0, vous bénéficierez uniquement des performances standard PCIe 3.0. Si vous connectez un GPU PCIe 4.0 à un emplacement PCIe 3.0, vous ne pourrez pas profiter de l'augmentation de la bande passante et de la vitesse de transfert des données de votre GPU PCIe 4.0. Il en va de même pour les disques SSD PCIe.

Cela dit, il n'est pas difficile de voir qu'une carte mère dotée de ports PCIe 4.0 présente un avantage évident par rapport à celles dotées de ports PCIe 3.0. En utilisant une carte mère avec des ports PCIe 4.0, vous avez plus de place pour augmenter le nombre de SSD et de GPU afin de supporter une bande passante plus élevée. Par exemple, pour atteindre une bande passante de 16 Go/s, vous n'avez besoin que de 8 canaux PCIe 4.0 au lieu de 16 avec PCIe 3.0.

Est-ce qu’une mise à niveau à PCIe 4.0 en vaut la peine ?

Devez-vous donc passer à PCIe 4.0 si vous êtes déjà sur PCIe 3.0 ? Nous estimons que PCIe 4.0 ne risque pas de compromettre l'utilité de votre carte PCIe 3.0. Si vous êtes à l'aise avec votre bande passante actuelle et que vous n'avez pas l'intention de dépenser plus d'argent pour augmenter les performances de votre largeur de bande dans un avenir proche, vous n'avez peut-être pas besoin de passer à une carte mère PCIe 4.0 qui n'en vaut probablement pas la peine pour vous.

Si vous utilisez des emplacements et des composants PCIe 3.0, tels que des cartes graphiques et des systèmes de stockage PCIe 3.0, et qu'ils offrent la vitesse de transfert de données dont vos applications ont besoin, inutile d'envisager une mise à niveau vers PCIe 4.0.

Mais si vos applications ont bientôt besoin d'une augmentation de la bande passante pour faire face à une charge de travail croissante, vous pouvez envisager une mise à niveau. Dans ce cas, vous pourrez toujours profiter des performances accrues de la bande passante que PCIe 4.0 peut offrir. Lorsque vous décidez d'une mise à niveau, gardez toujours vos besoins à l'esprit au lieu de vous précipiter sur la nouvelle norme PCIe 4.0.