PCIe 4.0 デバイスは、より普及するようになっています。PCIe 4.0 のサポートは第 11 世代インテル® Core™ CPU とマザーボードに追加されており、現在第 12 世代 プラットフォームは、4.0 および 3.0 デバイス向けに PCIe 5.0 と完全な後方互換性を提供しています。
しかし、PCIe 5.0、4.0、3.0 の違いは何ですか？PCIe 後方互換性はどのように機能しますか？そして、チップセット PCIe レーンと比較したとき、第 12 世代 と第 11 世代 CPU での CPU PCIe レーンの利点は何ですか？
PCIe 4.0 がどのように機能し、なぜそれが第 11 世代プラットフォームに絶対に欠かせない部分であるのかを見ていきましょう。
PCIe 4.0 とは何ですか？
以前、PC を構築したことがある場合は、マザーボード全体に水平方向に延びている PCIe スロットを確認できます。PCIe (Peripheral Component Interconnect Express) は、グラフィックス・カードと SSD、およびキャプチャー・カードやワイヤレス・カードなどの周辺機器を接続するために一般的に使用される高帯域幅の拡張バスです。
マザーボードでは、PCIe レーンは x1、x2、x4、x8、およびx16 のバリエーションで表示されます。レーンが多いほど、帯域幅が広くなり、スロットも長くなります。GPU は通常、一番上の x16 スロットにインストールされますが、これは、GPU が帯域幅が最も広く、従来的に CPU への直接的な接続性が最も高いためです。最新の PCIe m.2 SSD は、x4 レーンを使用します。
各世代の PCIe は、前世代の 2 倍の速度です。PCIe 3.0 のデータ転送速度は毎秒 8 ギガで転送されていましたが、PCIe 4.0 は 16GT/s で、PCIe 5.0 は 32GT/s でデータを転送します。（ビットレートはギガ転送で測定され、エンコード前の理論上の最大速度を示しますが、実際の速度は遅くなる場合があります。）
表面的には、新しい PCIe スロットは、3.0 と同じように見えます。また、下位互換性と上位互換性の両方を備えており、PCIe 3.0 SSD をPCIe 4.0 スロットに接続できるだけでなく、PCIe 4.0 SSDを 3.0 スロットに接続することもできます。
PCIe レーンとは何ですか？
第 12 世代および第 11 世代インテル® Core™ CPU の主な利点は、新しい規格に従った CPU PCIe レーンの追加です。第 12 世代インテル® Core™ CPU は最大 16 個の CPU PCIe 5.0 レーンと最大 4 個の CPU PCIe 4.0 レーンを提供し、インテル® Core™ i9-11900K などの第 11 世代インテル® Core™ CPU は最大 20 個の CPU PCIe 4.0 レーンを提供します。
すべての PCIe レーンが同じように機能するわけではなく、CPU PCIe レーンは CPU に直接接続しますが、チップセット・レーン（または「PCH レーン」）はマザーボードのチップセットを経由し、DMI（ダイレクト・メディア・インターフェイス）リンクを介して CPU に接続します。
PCH は通常、USB デバイス、Wi-Fi およびイーサネットのネットワーキング、オンボード・サウンドなどのマザーボード上の機能を管理します。CPU とチップセット間のリンクは合計帯域幅 x83.0 に制限されているため、複数のストレージ・デバイスを接続して他のリソースを使用すると、リンクが飽和状態になる可能性があります。CPU に直接的に接続すると、このボトルネックを回避できます。
第 11 世代インテル® Core™ CPU で提供された 20 個の CPU PCIe レーンにより、PC ビルダーは GPU と NVMe SSD に CPU への最適なパスを同時に提供できる柔軟性を備えます。第 12 世代インテル® Core™ CPU は、16 個の CPU PCIe 5.0 の速度が 4.0 の 2 倍であることを考えると、さらに高い帯域幅で同じオプションを提供します。
これまでは、16 個の PCIe 3.0 レーンを利用可能なユーザーは、GPU への帯域幅を半減させ、別の潜在的なボトルネックを作成することでしか、CPU へのこの最適なパスを利用できませんでした。
ライザーカードを使用した PCIe m.2 SSD および NVMe SSD は、SATA データケーブルを介して接続するドライブよりも速度が優れています。PCIe のスループットが高いため、NVMe ストレージがより多くのデータを迅速にキューに追加することができ、マザーボードに直接的に接続することでレイテンシーが短縮します。CPU PCIe レーンに接続すると、データがチップセットを経由するために必要な距離がなくなるため、レイテンシーがさらに短縮されます。
PCIe 4.0 にアップグレードする理由は何ですか？
上記のように、各世代の PCIe はスループットを 2 倍に向上させます。しかし、PCIe 5.0 の本当の利点は、完全な後方互換性と将来性です。新しいハードウェアでは、システム上のボトルネックがありません。
現在、PCIe 4.0 SSD は、PCIe 3.0 SSD よりも最大読み取り / 書き込み速度が速くなるように設計されていますが、ロード時間や大容量ファイル転送などの領域における実質的な優位性は、現在のところわずかなものです。しかしながら、時間の経過とともに、新しいメモリー・コントローラーがリリースされ、ゲームとアプリケーションの両方で最新の SSD をより活用できることが期待されています。
これを可能にさせる方法の 1 つとして、DirectStorage などの将来的なテクノロジーを使用することであり、DirectStorage は、重い I/O ワークロード環境で SSD のパフォーマンスを向上させるように設計されています。SSD が次世代ゲーム開発のノルムになるにつれて、ロード時間、アセット・ストリーミング、およびレベル設計の進歩につながる可能性があります。
PCIe 4.0 および 5.0 の高帯域幅によって、より高いスループットが VRAM へのさらに迅速なデータ転送を可能にし、グラフィックス・カードにも良い影響を与える可能性があります。しかし、PCIe 4.0 のセットアップは、合成ベンチマークで 3.0 を上回っていますが、ゲームの実質的な利点は現在のところわずかなものです。
一部のテストでは、現在のグラフィックス・カードを使用して 4K でゲームを実行しても、PCIe 3.0 x16 スロットの帯域幅が飽和状態にならないことが示されています。PCIe 4.0 のコンフィグレーションで実行されている同じ GPU を 3.0 と比較すると、FPS はわずかながら優位性を持つ可能性がありますが、その違いは目立たないほど小さいものです。
つまり、第 12 世代および 第 11 世代デスクトップ は、自由にアップグレードできるプラットフォームを提供します。これらは、PC の可能性をさらに広げる将来的なデバイスを最大限に活用できることを保証します。
PCIe 4.0 または 5.0 で必要なものは何ですか？
CPU。PCIe 5.0 向けには第 12 世代インテル® Core™ CPU が必要であり、最大 16 個の CPU PCIe 5.0 レーンと 最大 4 個の CPU PCIe 4.0 レーンにより、ゲームをゼロからサポートするように構築されています。4.0 向けには第 11 世代インテル® Core™ デスクトップ CPU が必要であり、PCIe 4.0 および 20 個の CPU PCIe レーンなどの機能により、ゲームをゼロからサポートするように構築されています。
マザーボード 第 12 世代 CPU 向けには、LGA 1700 ソケットを備えた 600 シリーズ・チップセットが必要です。第 11 世代では、Z590 または B560 ラインからの 500 シリーズ・マザーボードが必要です。
PCIe 4.0 および 5.0 デバイス 初めての構築または購入時に、PCIe 4.0 SSD または GPU を購入することはないかもしれませんが、サポートが将来的に役立つ理由は簡単に理解できるでしょう。おそらく、新しいコンソール・ゲームの移植版は、アセットのストリーミングに大きく依存し始め、PCIe 4.0 SSD は、明確にスムーズなエクスペリエンスを提供します。または、次世代の GPU は、PCIe 4.0 および 5.0 スロットの 2 倍のスループットによる恩恵を受けます。(PCIe 3.0 デバイスは、後方互換性により、PCIe 4.0 または 5.0 プラットフォームでも正常に動作することを留意してください。)
PCIe 4.0 および 5.0 が重要なのはなぜですか？
PCIe 5.0 および 4.0 プラットフォームにより、柔軟性が向上します。新しい周辺機器を購入する際により多くの選択肢があるだけでなく、それらを構成する際にもより多くの選択肢があります。そして、PCIe 5.0 を使用すると、将来の製品が利用可能な帯域幅を飽和状態にするまでに、さらに時間がかかります。
多くのユーザーは、システム寿命が到達する前に、ストレージ・ドライブまたはグラフィックス・カードのいずれかを交換します。お客様がそうする場合、PCIe 5.0 のサポートにより、今後数年間にリリースされる最先端の SSD と GPU を最大限に活用できるようになります。
さらに、20 の CPU PCIe レーンにより、システムの最も重要な 2 つの周辺機器 (GPU と SSD) が CPU に直接的に接続され、レイテンシーが短縮される可能性があります。
1、2 年後にどのような新しい周辺機器が必要になるかを予測することは困難ですが、第 12 世代システムはそのような周辺機器から最適なパフォーマンスを引き出すように設計されています。