PCI Express (PCIe) speeds and types explained
PCI Express (PCIe) is de razendsnelle interface die hardware direct verbindt met je CPU — denk aan videokaarten, NVMe-SSD's, netwerkkaarten en geluidskaarten.
De basisfilosofie van PCIe is eenvoudig: elke nieuwe generatie verdubbelt de snelheid (bandbreedte) van de vorige, terwijl de compatibiliteit 100% behouden blijft.
1. PCIe-snelheden per generatie
De bandbreedte van PCIe hangt af van de generatie en het aantal lanes (geschreven als x1, x4, x8 of x16). Hieronder zie je de theoretische maximale snelheden (in één richting) voor elke grote PCIe-generatie.
| Generatie | Lancering | Bruto datasnelheid | Codering | x1 (1 Lane) | x4 (M.2 NVMe-SSD's) | x16 (Videokaarten) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| PCIe 1.0 | 2003 | 2,5 GT/s | 8b/10b | 250 MB/s | 1 GB/s | 4 GB/s |
| PCIe 2.0 | 2007 | 5,0 GT/s | 8b/10b | 500 MB/s | 2 GB/s | 8 GB/s |
| PCIe 3.0 | 2010 | 8,0 GT/s | 128b/130b | ~1 GB/s | ~4 GB/s | ~16 GB/s |
| PCIe 4.0 | 2017 | 16,0 GT/s | 128b/130b | ~2 GB/s | ~8 GB/s | ~32 GB/s |
| PCIe 5.0 | 2019 | 32,0 GT/s | 128b/130b | ~4 GB/s | ~16 GB/s | ~64 GB/s |
| PCIe 6.0 | 2022 | 64,0 GT/s | PAM4 + FLIT | ~8 GB/s | ~32 GB/s | ~128 GB/s |
| PCIe 7.0 | 2025 | 128,0 GT/s | PAM4 + FLIT | ~16 GB/s | ~64 GB/s | ~256 GB/s |
(Opmerking: In de praktijk liggen de snelheden vaak ~10–15% lager door de overhead van de protocollen. Daarnaast is PCIe 'full-duplex', wat betekent dat het deze hoeveelheid data tegelijkertijd kan verzenden én ontvangen. Dit verdubbelt de totale bandbreedte in twee richtingen.)
2. Belangrijke begrippen uitgelegd
Lanes (x1, x4, x8, x16)
Zie PCIe als een snelweg. Een lane (rijstrook) is een paar directe dataverbindingen (één voor verzenden, één voor ontvangen).
- x1: Kleine uitbreidingskaarten zoals wifi- of geluidskaarten.
- x4: M.2 NVMe-SSD's.
- x8: Snelle netwerkkaarten, RAID-controllers of tweede videokaartsleuven.
- x16: Videokaarten (GPU's) gebruiken het volledige slot met 16 lanes voor maximale bandbreedte.
GT/s vs. GB/s
- GT/s (Gigatransfers per seconde): Meet de ruwe signaalsnelheid — hoeveel miljard bewerkingen of signaalwisselingen er per seconde plaatsvinden.
- GB/s (Gigabytes per seconde): Meet de daadwerkelijk bruikbare datasnelheid, nadat de overhead van de regelcodering ervan is afgetrokken.
Regelcodering & Architectuursprongen
Hoe PCIe bits overdraagt verandert per generatie om meer snelheid uit de koperen sporen te persen:
- 8b/10b (Gen 1 & 2): Voor elke 8 bits aan echte data werden 2 extra bits toegevoegd voor kloksynchronisatie en foutcorrectie. Dit zorgde voor 20% verlies aan bandbreedte.
- 128b/130b (Gen 3, 4 & 5): Een veel efficiënter systeem waarbij slechts 2 bits overhead worden toegevoegd voor elke 128 bits aan data (~1,5% verlies). Dit is waarom Gen 3 de doorvoersnelheid van Gen 2 verdubbelde zonder de kloksnelheid (GT/s) te hoeven verdubbelen!
- PAM4 & FLIT (Gen 6 & 7): Gen 6 en 7 stappen af van basis-NRZ (enkel 1-en en 0-en) en gebruiken Pulse Amplitude Modulation 4. Hiermee worden 2 bits aan data per kloktik verstuurd via 4 spanningsniveaus. Gekoppeld aan Forward Error Correction (FEC) en vaste FLIT-blokken (Flow Control Units) blijft de bandbreedte verdubbelen zonder extreem veel elektrische ruis te veroorzaken.
Compatibiliteit (Achterwaarts & Voorwaarts)
Alle PCIe-sleuven en -kaarten zijn onderling uitwisselbaar.
- Een PCIe 3.0 videokaart in een PCIe 5.0 slot werkt prima — hij draait simpelweg op PCIe 3.0-snelheid.
- Een PCIe 5.0 SSD in een PCIe 4.0 slot werkt prima — de snelheid wordt simpelweg beperkt tot het maximum van PCIe 4.0.
- Een kleinere kaart (bijv. een x4-kaart) past fysiek in een groter slot (bijv. een x16-slot) en zal zonder problemen werken.
Comments
Post a Comment