PCI-Express 4.0 könnte 2017 debütieren – 5.0 bereits in Arbeit

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PCI SIGSeit nunmehr sechs Jahren unterstützten Mainboards und PCI-Express-Karten den 3.0-Standard und bisher war auch noch nicht abzusehen, wann der Nachfolgestandard erscheinen würde. Auf dem IDF zeigte Intel in Zusammenarbeit mit Synopsys ein Testsystem auf Basis von PCI-Express 4.0. Hier kam allerdings noch kein fertiges Mainboard oder eine bestimmte Intel-CPU zum Einsatz, sondern es handelte sich um einen Testaufbau.

Die Testplattform stammt von Teledyne LeCroy und der dazugehörige FPGA simulierte den PCI-Express-Chip von Synopsys. Hinzu kommt ein Host-Adapter von Mellanox, so dass Systeme von unterschiedlichen Herstellern auf einem gemeinsamen Standard, eben PCI-Express 4.0, sprachen. Erste Kompatibiliätstests würden bereits laufen, so Synopsys, und hinsichtlich der Geschwindigkeit sei man dem theoretischen Maximum bereits sehr nahe.

Das nicht Intel, IBM, NVIDIA oder AMD die treibende Kraft hinter PCI-Express 4.0 sind, zeigt nicht nur der Testaufbau, sondern auch die Tatsache, dass viele Netzwerk- und Storage-Hersteller die finale Standardisierung vorantreiben. PCI-Express 3.0 ist aktuell kein limitierender Faktor für Grafikkarten und für schnelle Interconnects verwenden Hersteller wie Intel, IBM oder NVIDIA eben eigene Standards wie Omni Path oder NVLink. Immer schnellere SSDs und Netzwerkverbindungen verlangen aber auch in diesem Bereich nach immer schnelleren Verbindungen. Einen eigenen Standard zu entwickeln macht für die vielen kleineren Hersteller keinen Sinn, also versuchen sie PCI-Express 4.0 schneller voran zu bringen.

Testsystem zu PCI-Express 4.0 mit erster Netzwerkkarte von MellanoxTestsystem zu PCI-Express 4.0 mit erster Netzwerkkarte von Mellanox

Testsystem zu PCI-Express 4.0 mit erster Netzwerkkarte von Mellanox (Bilder: Heise.de)

Die Anzahl der PCI-Express-Lanes ist vielerorts ein limitierender Faktor, egal ob auf dem Desktop oder im Server-Bereich. High-End-CPUs stellen zwar bis zu 48 Lanes zur Verfügung, doch die steigende Anzahl von Zusatz-Chips sowie wie Verwendung von mehr und mehr PCI-Express-Lanes für schnelle USB-Verbindungen oder aber M.2- und U.2-SSDs verlangt nach immer mehr Leistung. Die Anzahl der PCI-Express-Lanes lässt sich kaum noch erhöhen, wohl aber die Geschwindigkeit der einzelnen Lanes.

PCI-Express 4.0 ermöglicht bis zu 4 GT/s (Gigatransaktionen pro Sekunde), was gleichbedeutend mit 1.969 MB/s für eine einzige Lane ist. Damit ist PCI-Express 4.0 genau doppelt so schnell wie PCI-Express 3.0. Wird eine Zusatzkarte über die vollen 16 Lanes angebunden, steigt die Bandbreite von 15,75 GB/s auf 31,51 GB/s. Für besonders schnell angebundene M.2-SSDs mit vier Lanes wird somit eine Steigerung von 3,94 auf 7,87 GB/s erreicht.

Zu einem genauen Startzeitpunkt von PCI-Express 4.0 wollte sich kein Hersteller äußern. Synopsys will seine IP Ende des Jahres an erste Partner lizensieren. Einige Chips hat man offenbar bereits validieren können, wie das Beispiel Mellanox zeigt. Hier hat man eine Netzwerkkarte entwickelt, die mit 100 GBit/s arbeiten soll und dabei auch PCI-Express 4.0 spricht.

PCI-Express 5.0 bereits in Arbeit

Roadmap zu den Standards von PCI-Express
Roadmap zu den Standards von PCI-Express

Obwohl wir noch nicht einmal finale Hardware gesehen haben, die PCI-Express 4.0 spricht, arbeitet das Standardisierungsgremium PCI-SIG natürlich schon am Nachfolger 5.0. Hier gibt es allerdings noch recht wenige Informationen. Immerhin scheint man sich einig zu sein, dass auch PCI-Express 5.0 noch auf Kupferleitern sprechen wird und nicht schon per Lichtwellenleiter. Mit zunehmender Frequenz und damit Bandbreite werden die Herausforderungen hinsichtlich der Signalübertragung immer größer. Dies könnte dazu führen, dass wir bei PCI-Express 5.0 unterschiedlich schnelle Verbindungen sehen werden – je nachdem wie weit die Host-Karte vom Controller entfernt ist. Die PCI-SIG will und kann sich zum jetzigen Zeitpunkt aber auch noch nicht zur Geschwindigkeit äußern und somit ist unklar, ob wir mit PCI-Express 5.0 eine Verdopplung auf 32 GT/s sehen oder dies auf 25 GT/s reduziert wird.