PCIe 4.0 – finalmente ci siamo

Quando parliamo di “PCIe“, acronimo di “Peripheral Component Interconnet Express“, stiamo parlando di uno standard di interfaccia d’espansione a bus seriale applicato all’architettura hardware dei moderni computer, ideato per sostituire i vecchi standard AGP, PCI-X e PCI. Lo standard è basato su un trasferimento di dati seriale, con una maggiore tolleranza alle interferenze.

L’hardware PCI Express 4.0 è finalmente arrivato. Le unità a stato solido (ssd) e le schede grafiche con supporto PCIe 4.0 hanno debuttato a giugno durante il Computex 2019,  tutto grazie a AMD. Stando a quello che è appena accaduto, stiamo parlando principalmente di aumenti di velocità notevoli per SSD M.2 NVMe chiamati in gergo “gum stick“; le schede grafiche con supporto PCIe 4.0 arriveranno nell’estate 2019, anche se al momento l’ampiezza di banda extra che offrono non sembra essere necessaria.

Seriale VS Parallelo

Molto spesso troviamo i termini “comunicazione seriale” e “comunicazione in parallelo“, tuttavia è più appropriato parlare di “trasmissione dati seriale” e “trasmissione dati in parallelo“. Analizziamole quindi separatamente:

La trasmissione dati in parallelo si basa su interfacce che sono in grado di trasferire più bit nello stesso istante (in parallelo, per l’appunto), utilizzando quello che viene chiamato “bus di dati”. Questi bus di dati vengono generalmente trasferiti attraverso fasci di 8, 16, 32, fili in cui i segnali assumono valori binari 0 e 1. Si parla quindi di bus a 8, 16, 32 bit. Oltre ai bus dati abbiamo un ulteriore canale chiamato CLK (clock) il cui scopo è quello di determinare il periodo in cui i bit devono essere letti.

La trasmissione dati seriale invece si basa su un flusso di bit trasferito attraverso un unico filo, in cui i bit vengono trasmessi uno alla volta (in serie, per l’appunto). Anche in questo caso esiste un secondo canale di comunicazione chiamato CLK (clock) che scandisce il tempo di lettura di ogni singolo bit. La comunicazione seriale si basa solo e sempre su 2 soli cavi.

Solo leggendo le tipologie di trasmissione dovrebbe saltare subito all’occhio la differenza tra le due e, insieme ad essa, la netta differenza di performance tra il trasferimento dati in parallelo e il trasferimento dati seriale. Se dovessimo scegliere solo e unicamente sulla base della performance, la trasmissione in parallelo vincerebbe a mani basse. Tuttavia, spesso per scelte progettuali si è costretti a un compromesso e questo compromesso è costituito dalla trasmissione seriale: un solo filo per i dati e uno per la temporizzazione sono la scelta vincente rispetto ai numerosi fasci di fili richiesti da una configurazione in parallelo. Il tutto si traduce in minor spazio occupato sul circuito stampato (PCB) e, quindi, a una maggiore possibilità di integrazione. Ovviamente il discorso sarebbe da approfondire, ma per una comprensione immediata dovrebbe essere più che sufficiente.

Cos’è il PCIe?

Lo standard PCIe (Peripheral Component Interconnect Express) è il mezzo con cui le schede di espansione comunicano con il PC. Stiamo parlando di componenti come schede grafiche, schede audio, schede Wi-Fi e SSD NVMe M.2. Maggiore è la versione PCIe, maggiore è la larghezza di banda disponibile per le schede di espansione di un sistema.

Gli slot di espansione PCIe sul PC in genere sono disponibili in quattro tipologie, ovvero x1, x4, x8, x16. Questi numeri indicano quanti canali ha ciascuno slot di espansione. Più canali ci sono, più rapidamente le informazioni possono circolare in maniera bi-direzionale dal dispositivo (periferica) collegato alla scheda madre e dalla scheda madre al dispositivo collegato. Le schede grafiche moderne utilizzano slot x16, ad esempio, mentre gli ssd NVMe M.2 “gum stick” utilizzano slot speciali con due o quattro canali. PCIe è uno standard retro compatibile: se si dispone di una scheda grafica PCIe 4.0, è possibile utilizzarla con una scheda madre progettata per PCIe 3.0; tuttavia, la larghezza di banda disponibile della scheda sarebbe limitata alle funzionalità di PCIe 3.0, causando quindi una sorta di “collo di bottiglia“. Al contrario, una scheda PCIe 3.0 può essere inserita in uno slot PCIe 4.0, ma di nuovo sarebbe limitata da PCIe 3.0.

La caratteristica fondamentale di ogni nuova versione dello standard PCIe è quella di raddoppiare la larghezza di banda rispetto alla generazione precedente. In altre parole, uno slot PCIe 4.0 x16 può teoricamente fornire un trasferimento dati di circa 32 gigabyte al secondo (GB/s), dati che fluiscono in ciascuna direzione, mentre PCIe 3.0 ha raggiunto il limite massimo di 16 GB/s.

All’interno di alcuni articoli capita di leggere valori inerenti alla larghezza di banda del PCIe 4.0 x16 pari a circa 64 GB /s, dato puramente indicativo e poco utile, visto che rappresenta banalmente la somma dei dati che scorrono in entrambe le direzioni, ovvero 32 GB/s in uscita e 32 GB/s in ingresso.

Oltre alla maggiore velocità dei componenti, PCIe 4.0 offre una migliore affidabilità e integrità del segnale per prestazioni migliorate. AMD ha annunciato il suo chipset X570 al Computex con supporto PCIe 4.0, con la conseguenza che i produttori hanno introdotto dozzine di schede madri X570 tra cui Asrock, Asus,GIGABYTE ed MSI. Oltre a una scheda madre PCIe 4.0, avrete bisogno anche di un processore in grado di supportarlo, il che significa un processore Ryzen di terza generazione. Al Computex, AMD ha annunciato cinque diversi processori Ryzen 3000 con un prezzo compreso tra i 200 dollari per un processore da sei core e 500 dollari per un processore da dodici core. Ricordiamo che il 3950X arriverà a Settembre con i suoi 16 core e dovrebbe avere un prezzo di circa 700 dollari.

A coloro i quali interessa l’ambito grafico “gaming oriented”, AMD ha presentato all’E3 2019 due nuove VGA che supportano PCIe 4.0, tra cui la Radeon RX 5700 XT e la Radeon RX 5700. Le nuove schede grafiche hanno visto la luce nei primi giorni di Luglio 2019. Come abbiamo già detto, se guardassimo solo l’ambito gaming non ci sarebbe alcun bisogno di PCIe 4 al momento: PCIe 3 è perfettamente  in grado di fornire larghezza di banda più che sufficiente, senza contare che sia AMD che nvidia hanno da tempo abbandonato le tecnologie multi-VGA (XFire e SLI). C’è da aspettarsi che a parte un largo impiego nel campo del mining, a trarre i maggiori vantaggi saranno gli overclockers.

E le vecchie schede madri?

I nuovi processori AMD utilizzano ancora il socket AM4, caratteristica in comune con le generazioni precedenti di Ryzen. Ciò significa che i nuovi chip Ryzen 3000 possono essere inseriti in schede madri realizzate per CPU Ryzen 2000, come le schede madri X470 e B450; tuttavia, per ottenere tutte le funzionalità PCIe 4.0 è necessaria una scheda madre più recente creata per il nuovo standard.

Sembrerebbe che i produttori di schede madri avessero in un primo momento rilasciato aggiornamenti del firmware per ottimizzare schede madri non PCIe 4, ma la stessa AMD si è affrettata a definire questo tipo di operazione “non raccomandata”. Sembra proprio che per utilizzare al meglio i nuovi processori, dobbiate metter mano al portafogli e procurarvi una nuova scheda madre.

Fate in fretta però… Sembra che sia già stato annunciato il PCIe 5.