Vergleich der PCIe Generationen

PCIe (Peripheral Component Interconnect Express) ist seit vielen Jahren der Standard zur Verbindung von Peripheriegeräten, wie Festplatten (zum Beispiel SSD) Grafikkarten, Soundkarten oder Erweiterungskarten mit dem Motherboard. Die im Jahr 2003 von der Peripheral Component Interconnect Special Interest Group (PCI-SIG) eingeführte Schnittstelle, verdrängte schnell ihre Vorgänger PCI und AGP.

Unterschiede PCIe und PCI

PCIe ist der Nachfolger von PCI. Der größte Unterschied zwischen den beiden Verbindungen ist die Architektur. Während bei PCI die Komponenten in einer Busstruktur angeschlossen sind und sich die verfügbare Bandbreite teilen, werden die Komponenten bei PCIe mithilfe serieller Verbindungen zu einem Switch geschaltet, welcher sich im Chipsatz befindet. Dadurch bleibt bei PCIe die Übertragungsrate konstant, unabhängig von der Anzahl der angeschlossenen Komponenten. Auf diese Weise ist die Übertragungsrate insgesamt viel höher, was dazu führt, dass PCI kaum noch Anwendung findet.

(Bild-Quelle: https://www.elektronik-kompendium.de/sites/com/0904051.htm)

PCIe Lanes

PCIe gibt es in verschiedenen Längen. Standardmäßig unterscheidet man zwischen PCIe x1, PCIe x4, PCIe x8 und PCIe x16, wobei die Bezeichnung aussagt, wie viele Lanes ein Steckplatz besitzt.

Dabei ist jede Lane vollduplexfähig, d.h. eine Lane besteht aus einem Transmitt- (Schreib-) und einem Receive- (Lese-) Kanal. Einen weiteren Vorteil bietet die differenzielle Übertragung in jedem Kanal. Es gibt immer 2 Leitungen für jeden Kanal, eine +Leitung und eine -Leitung, welche die Übertagung mit höheren Datenraten erlauben und damit die Limitierungen des PCI behoben.

Eine Komponente kann in dem gleichen oder im nächstgrößeren Steckplatz verwendet werden. Eine x4-Karte kann zum Beispiel in einen x4 und in einen x8 oder x16 -Steckplatz gesteckt werden.

PCIe Generationen

Seit dem Jahr 2003 wird PCIe kontinuierlich weiterentwickelt und verbessert. Momentan gibt es 5 PCIe Generationen. Dabei wird mit jeder Generation die Datenübertragungsrate pro Lane verdoppelt. Die Bandbreite steigt linear zur Anzahl der Lanes.

Übersicht Bandbreiten

(Quelle: https://en.wikipedia.org/wiki/PCI_Express); GT/s = Gigatransfer pro Sekunde; GB/s = Gigabyte pro Sekunde

Die angegebene Bandbreite ist die jeweils höchste mögliche Bandbreite. Die tatsächliche Datenübertragung kann geringer ausfallen.

Die Spezifikationen der 5. Generation wurden bereits 2019 von PCI-SIG veröffentlicht, doch es dauerte lange Zeit, bis Hardware mit entsprechenden Voraussetzungen auf dem Markt verfügbar ist. Nun ist es mit der 12. Generation Intel Core i CPUs endlich so weit, dass diese neuen Steckplätze genutzt werden können.

Kompatibilität

Alle Generationen des PCIe sind vollständig auf- und abwärtskompatibel. Somit kann man beispielweise eine Erweiterungskarte der 3. Generation in einem Steckplatz der 2. oder 4. Generation verwenden. Dabei wird jeweils die Bandbreite des schwächsten Teilnehmers verwendet.

Ebenso kann man Peripheriegeräte in längeren Steckplätzen verwenden. So kann eine x4 Karte in einem x8 Slot genutzt werden. Umgekehrt ist dies nur mit sogenannten offenen Steckplätzen möglich, in welche beliebig lange Erweiterungskarten gesteckt werden können. In diesem Fall müssen alle Teilnehmer zumindest eine Kommunikation x1 unterstützen.

Kompatibilität mit Steckplätzen

(Quelle: https://de.wikipedia.org/wiki/PCI_Express)

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