什么是 PCIe 5.0?它与前几代有何不同?

中心论点

  • PCIe 5.0 是 PCIe 标准的最新版本,与 PCIe 4.0 相比,数据吞吐量提高了一倍。
  • 目前可供购买的 PCIe 5.0 认证设备非常少。
  • 升级到 PCIe 5.0 设置的决定取决于您的特定需求是否需要更快的存储,因为成本可能会让大多数人望而却步。

PCIe 5.0 是消费者可用的 PCIe 串行扩展总线的最新标准版本。 PCIe 代表外围组件互连 Express,其第一次迭代于 2003 年推出,作为旧 PCI、PCI-X 和 AGP 标准的升级。 该名称也可以写为 PCI Express 或 PCI-e。 在过去十年中,PCIe 已成为各种设备最常见的主板接口,从显卡到 SSD 再到 Wi-Fi 卡。 每个 PCIe 版本都将上一代的数据吞吐量提高了一倍,这也适用于 PCIe 5.0 规范。

该标准由 PCI-SIG(外围组件互连特别兴趣小组)指定,该工作组由 800 多家公司组成,定义了该标准的认证和兼容性规范。 话虽如此,让我们深入了解您应该了解的有关 PCIe 5.0 的所有信息,从它与之前标准的差异到支持它的确切设备,以及您是否应该升级系统以利用优势。

PCIe 5.0 与 PCIe 4.0

PCIe 5.0 是 PCIe 4.0 标准的重大升级,将最大数据吞吐量从每秒 31 GB (GB/s) 翻倍至约 63 GB/s。 虽然 PCIe 5.0 规范在技术上允许最多 32 个通道,但没有 CPU、主板或消费类设备为每个插槽提供多个通道。

截至撰写本文时,除了主板和 CPU 等平台之外,您可以购买的经过 PCIe 5.0 认证的设备非常少 – 只有少数 M.2 NVMe SSD。 也没有显卡。

目前,最快的 PCIe 5.0 M.2 NVMe SSD 的顺序读取速度约为 12,400 MB/s,写入速度接近 11,800 MB/s。 与最快的 PCIe 4.0 M2 NVMe SSD 的额定 7,450 MB/s 读取速度和 6,900 MB/s 写入速度相比,我们看到了很大的差异。

不过随机写入和读取速度相比上一代并没有很大的提升,最快的 PCIe 5.0 M.2 NVMe SSD 是 额定 每秒 150 万次输入/输出操作 (IOPS)。 将此与一些最快的 PCIe 4.0 M.2 SSD 进行比较,后者在随机读/写速度下的额定 IOPS 约为 140 万 IOPS,您会发现差异并没有那么大。

您应该升级到 PCIe 5.0 设置吗?

从上面的数字可以看出,最大的差异主要体现在顺序读/写上,而随机读/写上差异不大。 作为消费者,这对您意味着什么? 假设您不是内容创建者或对大文件进行解码和编码的专业人士。 顺序速度并不像随机速度那么重要 – 这些对于游戏等其他使用场景更为重要。

PCIe 5.0 M.2 SSD 和 PCIe 4.0 M.2 SSD 之间的价格差异通常是两倍。 如果您从仅支持 PCIe 4.0 的较旧 CPU 和主板组合升级到支持 PCIe 5.0 的组合,PC 配置的总体价格差异也会很大。

新蛋/至关重要

由于 PCIe 5.0 SSD 还需要散热器,在某些情况下还需要主动冷却解决方案,因为最高速度实际上会带来速度增加和功耗。 这也大大增加了成本。

因此,这个问题的答案(是否应该升级)取决于更快的存储在您的日常使用案例中是否有益,以及这种好处是否值得付出成本差异。 对于大多数人来说,答案是否定的,因为成本过高。

您可以购买的 PCIe 5.0 SSD

目前,您可以购买的 SSD 中只有少数是针对 PCIe 5.0 设计的。 经过 新蛋,可供选择的品牌并不多。 流行的一款 推荐 是海盗船T700。 这是 1TB 版本 价格为 159.99 美元。 与流行的 PCIe 4.0 进行比较 Samsung 980 Pro 及其 1TB 版本 价格方面 59 美元。 有一些选择,但目前它们很少而且太昂贵。

新蛋/至关重要

您可以购买的 PCIe 5.0 兼容 CPU

正如预期的那样,即使您的 CPU 支持 PCIe 5.0 设备,但只有您的主板也支持这些设备,您才能使用此类设备。 在某些情况下,虽然单个 x16 插槽支持 PCIe 5.0,但 M.2 插槽可能不支持。 在其他情况下,可能有两个 PCIe 5.0 x16 插槽。 但是,如果将 PCIe 5.0 M.2 SSD 插入其中一个插槽,则另一个插槽将仅在 x8 模式下工作。

英特尔第 12 代和第 13 代酷睿处理器兼容 PCIe 5.0 设备,最多支持 20 个通道。

采用 AM5 插槽的 AMD 7000 系列处理器兼容 PCIe 5.0 设备,最多支持 28 通道。

PCIe 的下一步是什么? (PCIe 6.0)

如前所述,PCIe 规范的每次修订都会使数据吞吐量翻倍。 最终的 PCIe 6.0 规范于 2022 年发布,距离 PCIe 5.0 规范仅三年。 修订的速度几乎快于硬件跟上的速度。 从长远来看,最终的 PCIe 5.0 规范于 2019 年发布,最终的 PCIe 4.0 规范于 2017 年发布,最终的 PCIe 3.0 规范于 2010 年发布。

借助 PCIe 6.0,每通道传输速率最高可达 64 GT/s,16 个通道的数据吞吐量最高可达 121 GB/s。 首批 PCIe 6.0 CPU、主板和设备将于 2024 年上市。 PCIe 7.0 临时规范已发布,最终规范预计将于 2025 年发布。 它将数据吞吐量翻倍至 242 GB/s。

执行

最终规范的发布年份

每轨传输率

吞吐量

x1

x2

x4

x8

x16

1.0

2003年

2.5GT/秒

0.250GB/秒

0.500GB/秒

1,000GB/秒

2,000GB/秒

4,000GB/秒

2.0

2007年

5GT/秒

0.500GB/秒

1,000GB/秒

2,000GB/秒

4,000GB/秒

8,000 GB/秒

3.0

2010年

8GT/秒

0.985GB/秒

1.969GB/秒

3.938GB/秒

7.877GB/秒

15,754 GB/秒

4.0

2017年

16 GT/秒

1.969GB/秒

3.938GB/秒

7.877GB/秒

15,754 GB/秒

31,508 GB/秒

5.0

2019年

32 GT/秒

3.938GB/秒

7.877GB/秒

15,754 GB/秒

31,508 GB/秒

63,015 GB/秒

6.0

2022年

64 GT/秒

7.563GB/秒

15.125GB/秒

15.125GB/秒

60,500 GB/秒

121,000 GB/秒

7.0

2025年(计划)

128 GT/秒

15.125GB/秒

30,250 GB/秒

60,500 GB/秒

121,000 GB/秒

242,000 GB/秒

PCIe 是如何工作的?

您的台式机或笔记本电脑主板有多个 PCIe 插槽。 这些扩展插槽允许您通过 PCIe 接口将离散硬件连接到 PC。 通常,PCIe 插槽有多种类型,具体取决于它们对给定设备尺寸的适用性以及插槽支持的数据线数量。

连接到主板的 PCIe 设备通常称为卡(例如采集卡、显卡、声卡或 Wi-Fi 卡),但对于 SSD,它也可能称为驱动器。 这里需要注意的是,广泛使用的 M.2 存储插槽支持 PCIe 3.0(及更新版本)、USB 3.0 和 SATA 3.0 存储接口标准,而大多数现代 SSD 使用 PCIe SSD 的 NVMe 规范。

PCIe 卡和插槽根据其尺寸(也称为机械尺寸)和支持的通道数量(也称为电气或逻辑接口)来命名。 标准机械尺寸列为 x1、x4、x8 和 x16。 尺寸较小的卡适合较大的插槽(x4 卡适合 x16 插槽),但较大的卡无法适合较小的插槽(x16 卡无法适合 x4 插槽)。

令人困惑的是,通道也被定义为“x”,常见通道为 x1(1 通道)、x4(4 通道)、x8(8 通道)和 x16(16 通道)。 在主板或 PC 的规格页面上,您会找到 PCIe 5.0 x16 插槽等术语 – 这实质上意味着它是支持 PCIe 5.0 标准和 x16 尺寸卡的 PCIe 插槽。 除非旁边另有说明,否则这意味着插槽可以使用设备或标准支持的最大通道数 – 通常为 x16 或 16 通道。 在许多情况下,主板具有通道较少的较旧传统插槽,例如: B. PCIe 4.0 x16(x4 模式),尽管支持最多 16 通道的 PCIe 4.0 标准,但插槽上只能使用 4 通道。

吞吐量的计算方法是将每个磁道的传输速率与编码工作量乘以磁道数量。 遗憾的是,传输速率通常以每秒千兆传输数 (GT/s) 为单位,吞吐量以千兆字节为单位。 对于每秒传输数,不考虑数据的编码。 因此,您需要将其乘以编码工作量才能得到每秒千兆位 (Gbit/s)。 PCIe 4.0 和 PCIe 5.0 的编码工作量为 128b/130b。

要计算每秒千兆字节 (GB/s),您需要将每秒千兆字节除以 8(因为 8 位构成一个字节)。 也就是说,如果 PCIe 4.0 每通道最大传输速率为 16 GT/s,则乘以 128 位/130 位的编码开销,再除以每字节 8 位,再乘以 16(通道数),得到以获得 31,508 GB/s 的最大吞吐量。