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PCIe 3.0 vs. 4.0: PCIe 4.0 vale l'aggiornamento?

Updated on ago 3, 2022
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FS Rack Servers

PCIe, acronimo di Peripheral Component Interconnect Express, è uno standard di interfaccia ad alta velocità per il collegamento di vari componenti di dispositivi informatici come GPU e SSD. Gli standard PCIe hanno diverse generazioni come PCIe 3.0 e PCIe 4.0. Attualmente i dispositivi PCIe 4.0 sono i più diffusi. Vediamo le differenze tra PCIe 3.0 e PCIe 4.0 e se PCIe 4.0 vale l'aggiornamento.

Cosa sono PCIe 3.0 e PCIe 4.0?

Gli attuali standard PCIe sono disponibili in cinque generazioni: PCIe 1.0, PCIe 2.0, PCIe 3.0, PCIe 4.0 e PCIe 5.0. L'ultimo standard PCIe 5.0 è uscito a maggio 2019. Tuttavia, al momento della stesura di questo articolo, non sono ancora disponibili dispositivi PCIe 5.0. Il debutto del primo dispositivo PCIe 5.0 è previsto per la fine del 2022. Pertanto, i dispositivi PCIe 3.0 e PCIe 4.0 dominano il mercato.

PCIe 3.0

Nel novembre 2010, PCI-SIG (PCI Special Interest Group) ha annunciato che PCIe 3.0 sarebbe stato dotato di una velocità di trasferimento dati di 8 gigatransfer al secondo (GT/s). Rispetto alle precedenti generazioni PCIe 1.0 e 2.0, PCIe 3.0 presenta una velocità di segnale più elevata e un ritardo di trasmissione dei dati inferiore. Inoltre, le nuove caratteristiche dello standard PCIe 3.0 includono una serie di ottimizzazioni per migliorare la segnalazione e l'integrità dei dati, come l'equalizzazione del trasmettitore e del ricevitore, il miglioramento del phase lock loop, il recupero dei dati di clock e i miglioramenti del canale delle topologie supportate.

Allo stesso tempo, PCIe 3.0 è compatibile sia con i dispositivi PCIe esistenti che con quelli futuri. Tuttavia, le prestazioni dipendono dalla generazione di standard PCIe più bassa nella vostra implementazione. Ad esempio, un'unità SSD PCIe 3.0 può essere inserita in uno slot PCIe 2.0 di una scheda madre, ma le prestazioni saranno solo quelle di PCIe 2.0. Allo stesso modo, un'unità SSD PCIe 3.0 può essere inserita in una scheda madre con slot PCIe 4.0, ma le prestazioni saranno solo quelle di PCIe 3.0.

PCIe 4.0

Lo standard PCIe 4.0 ha debuttato a giugno 2017. È dotato di una velocità di trasferimento dati di 16 GT/s che raddoppia la larghezza di banda di PCIe 3.0. Poiché gli slot PCIe possono essere configurati con una corsia o multipli di quattro corsie, come x1, x4, x8, x16, ciò significa che un'interfaccia PCIe 4.0 x4 può funzionare come un'interfaccia PCIe 3.0 x8 e offre la stessa quantità di larghezza di banda.

Inoltre, PCIe 4.0 è ancora compatibile con le altre generazioni PCIe. Al giorno d'oggi, molti produttori hanno introdotto vari dispositivi con specifiche PCIe 4.0. Ad esempio, Mellanox Technologies ha rilasciato la prima scheda di rete da 100 Gbit/s con PCIe 4.0 nel giugno 2016 e, nel gennaio 2019, AMD ha introdotto il chipset X570 e i processori basati su Zen 2 che supportano PCIe 4.0.

PCIe 3.0 vs. 4.0 negli aspetti chiave

The differences between PCIe 4.0 & PCIe 3.0 are apparent. Let's look at them in detail from the following aspects.

Slot

Every motherboard has a number of PCIe slots used to add GPUs, SSDs, and RAID card etc. As mentioned above, a single PCIe slot can have x1, x2, x4, x8, or x16 lanes. For example, PCIe 4.0 x8 refers to a Gen 4 expansion card/slot with 8-lane configurations. The number of lanes contributes to the bandwidth scales. An 8-lane configuration has twice the bandwidth of a 4-lane configuration.

Both PCIe 3.0 and 4.0 slots can be configured with x1, x2, x4, x8, and x16 lanes, but PCIe 4.0 slots have a higher transfer rate per lane and bandwidth throughput. More specifically, a PCIe 4.0 slot has a 16 GT/s transfer rate per lane, twice the transfer rate that a PCIe 3.0 slot supports.

Speed

Speed is also a crucial factor that has a great impact on performance. To put it simply, PCIe 4.0 is twice as fast as PCIe 3.0. PCIe 4.0 has a data transfer rate of 16 GT/s data rate, while PCIe 3.0 only has an 8 GT/s data rate. Likewise, each PCIe 4.0 lane configuration supports twice the bandwidth of PCIe 3.0, topping at 32 GB/s in a 16-lane slot in unidirectional travel. The following table shows the speed differences in different lane configurations between PCIe 4.0 and PCIe 3.0.

 

Larghezza di banda unidirezionale: PCIe 3.0 vs. PCIe 4.0
Generazione PCIe 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

Compatibilità

Per quanto riguarda la compatibilità, sia il PCIe 4.0 che il PCIe 3.0 sono compatibili con le configurazioni PCIe esistenti. Sappiamo che gli slot PCIe vengono utilizzati per collegare componenti come GPU e SSD alla scheda madre in modo che possano funzionare normalmente.

Con la compatibilità in avanti e all'indietro, la nuova generazione di PCIe può essere utilizzata con la vecchia (compatibilità all'indietro) e viceversa (compatibilità in avanti). Per esempio, una GPU PCIe 4.0 può essere inserita in uno slot PCIe 3.0 di una scheda madre, ma la larghezza di banda della GPU PCIe 4.0 sarebbe ostacolata dalle limitazioni di banda dello slot PCIe 3.0.

Una cosa da notare è che bisogna assicurarsi che lo slot della scheda madre abbia un numero di corsie uguale o superiore a quello della scheda PCIe che si inserisce. In caso contrario, non sarà possibile inserire fisicamente la scheda PCIe nello slot. Ad esempio, una scheda SSD PCIe 3.0 x4 può essere inserita in uno slot PCIe 4.0 x4 o x8, ma una scheda PCIe 3.0 x8 non sarà compatibile con uno slot x2 o x4. Pertanto, è meglio verificare in anticipo se le GPU e le unità SSD PCIe 4.0 o 3.0 sono compatibili con la configurazione delle corsie degli slot della scheda madre.

Prezzo

Come per tutte le altre generazioni di prodotti, il prezzo rappresenta una grande differenza tra PCIe 3.0 e PCIe 4.0. In generale, le GPU e le unità SSD PCIe 4.0 sono sempre più costose di quelle PCIe 3.0 con le stesse configurazioni di storage e di corsie. Dopo tutto, i dispositivi PCIe 4.0 sono dotati di una maggiore larghezza di banda e di migliori prestazioni. Inoltre, i prezzi variano anche a seconda del produttore. Prima di prendere una decisione d'acquisto, è necessario effettuare un'analisi approfondita del prodotto.

In che modo PCIe 3.0 e 4.0 influenzano l'SSD e la GPU?

Come già detto, sia il PCIe 4.0 che il PCIe 3.0 sono compatibili con le configurazioni PCIe esistenti. Tuttavia, a causa delle limitazioni della larghezza di banda, non sempre è possibile sfruttare appieno le prestazioni delle GPU o delle unità SSD PCIe.

Se si collega una GPU PCIe 3.0 a uno slot PCIe 4.0, si otterranno solo le prestazioni standard PCIe 3.0. Se collegate una GPU PCIe 4.0 a uno slot PCIe 3.0, non potrete sfruttare la maggiore larghezza di banda e la velocità di trasferimento dei dati della vostra GPU PCIe 4.0. Lo stesso vale per le unità SSD PCIe.

Detto questo, non è difficile capire che una scheda madre con porte PCIe 4.0 ha un vantaggio evidente rispetto a quelle con porte PCIe 3.0. Utilizzando una scheda madre con porte PCIe 4.0, si ha più spazio per aumentare il numero di SSD e GPU per supportare una maggiore larghezza di banda. Ad esempio, per ottenere una larghezza di banda di 16 GB/s, sono necessarie solo 8 corsie PCIe 4.0 anziché 16 corsie con PCIe 3.0.

PCIe 4.0 vale l'aggiornamento?

È quindi opportuno passare a PCIe 4.0 se si utilizza già PCIe 3.0? Non pensiamo che il PCIe 4.0 renda inutile il vostro vecchio PCIe 3.0. Se vi sentite a vostro agio con la larghezza di banda attuale e non avete intenzione di spendere altri soldi per aumentare le prestazioni della larghezza di banda nel prossimo futuro, potreste non aver bisogno di passare a una scheda madre PCIe 4.0 che probabilmente non ne vale la pena.

Inoltre, se lavorate con slot e componenti PCIe 3.0, come schede grafiche e di archiviazione PCIe 3.0, e questi offrono la velocità di trasferimento dei dati necessaria alle vostre applicazioni, non preoccupatevi di passare a PCIe 4.0.

Ma se le vostre applicazioni necessitano di un aumento della larghezza di banda per far fronte a un carico di lavoro crescente, potreste prendere in considerazione un aggiornamento. In questo caso, è sempre possibile sfruttare le maggiori prestazioni in termini di larghezza di banda offerte da PCIe 4.0. Quando decidete se effettuare l'aggiornamento, tenete sempre a mente le vostre esigenze, invece di passare in fretta al più recente PCIe 4.0.

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