استاندارد PCIe 4.0 چهارمین نسل از استاندارد ارتباطی مادربرد PCIe است که پهنای باند دردسترس کارت‌های گرافیک، درایوهای سخت، SSDها، وای‌فای و نیز کارت‌های شبکه‌ی اترنت را تا دوبرابر افزایش می‌دهد. با تلاش‌های مداوم شرکت AMD، پردازنده‌ها و مادربردهایی که از این سرعت‌های بیشتر پشتیبانی می‌کند، امسال وارد بازار خواهد شد و راه را برای موج جدید دستگاه‌های بسیار پرشتاب مبتنی بر PCIe 4.0 بازخواهد کرد.

عملکرد PCIe 4.0

هر اسلات PCIe را با مسیری ارتباطی (Lane) یا مضربی از چهار مسیر ارتباطی مانند x16 ،x8 ،x4 و x32 می‌توان پیکربندی کرد. هر نسل جدید از این استاندارد پهنای باند نسل قبلی را دوبرابر افزایش می‌دهد. برای مثال، رابط PCIe 3.0 x8 را می‌توان بدون تغییر پهنای باند با رابط جدیدتر PCIe 4.0 x4 جایگزین کرد.

در جدول زیر، مشخصات هر نسل از استاندارد PCIe را ذکر کرده‌ایم.

استاندارد PCIe 4.0 سرعت انتقال داده‌ای برابر با 16GT/s (حدودا 2GB/s به‌ازای هر مسیر ارتباطی واحد یا 64GB/s درمجموع) ‌دارد که دوبرابر سرعت انتقال داده‌ی PCIe 3.0 معادل 8GT/s (یا 1GB/s) است.

هر نسل از استاندارد PCI سازگاری رو‌به‌جلو و رو‌به‌عقب خود را با مشخصه‌های استاندارد قدیمی‌تر و جدیدتر هم ازنظر نرم‌افزاری و هم ازنظر رابط فیزیکی حفظ می‌کند. به‌عبارتِ‌دیگر،  مادربردی که از استاندارد PCIe 4.0.0 پشتیبانی می‌کند، از کارت‌های PCIe 3.0 نیز پشتیبانی می‌کند و کارت‌های PCIe 4.0 هم با مادربردهای قدیمی‌تر PCIe 3.0 سازگار است و تنها در سطح عملکرد و پهنای باند رابط فیزیکی PCIe 3.0 با محدودیت مواجه‌اند.

مشخصه‌ی استاندارد PCIe 4.0 کانکتور OCuLink-2 را به‌همراه خواهد آورد که جایگزینی برای Thunderbolt 3 است. این کانکتور ازطریق چهار مسیر ارتباطی PCIe 4.0 پهنای باندی افزون‌بر ۸GB/s را فراهم می‌کند.

رابط PCIe 4.0 همین امسال به بازار می‌آید

استاندارد جدید PCIe 4.0 جایگزین استاندارد قبلی PCIe 3.0 خواهد شد که در سال ۲۰۱۰ ارائه شده بود. گروه PCI-SIG، مسئول توسعه‌‌ی استانداردهای PCIe، کار روی استاندارد جدید PCIe 4.0 را در سال ۲۰۱۷، یعنی هفت سال پس از عرضه‌ی نسل قبلی این استاندارد، به‌پایان رساند.

در ژانویه‌ی۲۰۱۹، AMD اعلام کرد تراشه‌ی مادربرد جدید X570 این شرکت از رابط PCIe 4.0 پشتیبانی خواهد کرد. سازندگان مادربرد نیز خواهند توانست با به‌روزرسانی سفت‌افزار (فیرم‌ور) مادربردهای سری ۳۰۰ و ۴۰۰، تاحدی از استاندارد PCIe 4.0 در این محصولات پشتیبانی کنند. این مادربردها احتمالا فقط روی اولین اسلات خود از استاندارد جدید PCIe 4.0 x16 پشتیبانی خواهد کرد و سایر اسلات‌ها‌ به سرعت انتقال داده‌ی PCIe 3 محدود خواهد ماند.

همچنین در همان ماه، Phison اولین درایو SSD با رابط PCIe 4.0 را به‌معرض نمایش گذاشت که از سرعت خواندن و نوشتن متوالی به‌ترتیب 4GB/s و 4.2GB/s برخوردار بود. این شرکت در ساخت محصول مذکور از حافظه‌های فلش TLC با ۹۶ لایه‌ی ساخت Micron استفاده کرده؛ اما قصد دارد به فناوری حافظه‌ی فلش BICS 4توشیبا مهاجرت کند. این فناوری سرعت خواندن و نوشتن متوالی را به 4.8GB/s و 4.4GB/s ارتقا خواهد داد. بدین‌ترتیب، سطح عملکرد IOPS برای بارهای کاری خواندن و نوشتن به بیش از ۹۰۰,۰۰۰ خواهد رسید.

درحال‌حاضر، تنها پردازنده‌ی گرافیکی با پشتیبانی از استاندارد PCIe 4.0.0 کارت گرافیک ۷ نانومتری Radeon Instinct MI60 شرکت AMD برای مراکز داده است. ‏AMD کارت گرافیک Radeon VII را برای اهداف گیمینگ مبتنی بر همان لیتوگرافی عرضه کرد؛ اما با این استدلال که پردازنده‌های گرافیکی دسکتاپ در‌حال‌حاضر به توان عملیاتی فراوان این استاندارد نیازی ندارند، پشتیبانی از PCIe 4.0 را در آن غیرفعال کرد. بدین‌ترتیب، درایوهای SSD اولین تجهیزاتی خواهند بود که با پشتیبانی از PCIe 4.0 به بازار قطعات کامپیوترهای دسکتاپ پا می‌گذارند.

استاندارد PCIe 4.0.0 ممکن است چندان ماندگار نباشد

باتوجه‌به اینکه استاندارد PCIe 4.0 با چند سال تأخیر تکمیل شد، در وضعیتی هستیم که استاندارد جدیدتر PCIe 5.0، تا یکی دو سال دیگر تکمیل و عرضه خواهد شد. گروه PCI-SIG اعلام کرده نسخه‌ی 0.9 استاندارد PCIe 5.0 را به‌تازگی منتشر کرده و به‌زودی، پشتیبانی از این استاندارد را در تجهیزات محاسباتی در سال آینده شاهد خواهیم بود. معمولا نسل پنجم PCIe نیز با نرخ انتقال داده‌ای معادل 32GT/s یا 8GB/s به‌ازای هر مسیر ارتباطی، پهنای باند دوبرابری درمقایسه‌با نسل چهارم آن دارد و درمجموع، ۱۶ مسیر ارتباطی (x16) سرعتی برابر با 128GB/s به‌دست می‌آید.