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Plus rapide, plus puissant, le point sur le PCI Express 4.0

Six ans après son arrivée, il semblerait que le PCIe 3.0 soit en marge d’être remplacé par le PCIe 4.0, en préparation pour 2017 selon la dernière conférence du PCI-SIG (groupement d’industriels pour le développement du PCIe) à l’IDF 2016 d’Intel. Quels changements apportent cette norme et que préfigure-t-elle ?

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Le PCI-Express 4.0, on en parle depuis déjà plusieurs années. Le PCI-SIG s’attelle en effet à faire progresser le PCI-Express vers sa version 4.0 depuis 2011. Alors quoi de neuf dans cette nouvelle version ?

Le PCIe 4.0 sera d’abord et avant tout un doublement de la bande passante, allant de 8 gigatransferts par seconde (GTps) à 16GTps. En pratique, cela donne 31,5 Go/s en x16. L’encodage ne change pas et reste en 128b/130b.
En outre, il introduit de nouvelles technologies pour améliorer l’efficacité énergétique: l’utilisation d’un sous-état L1 qui réduit considérablement l’utilisation de l’alimentation en mode veille ; les modes ‘demi-swing’ et ‘quart-swing’, qui réduisent la consommation d’énergie de 400mV et 200mV, respectivement.

Si le PCI-Express indique donc une date de disponibilité à 2017, nous attendons encore de savoir quand s’enclenchera réellement sa démocratisation dans les PCs grand public. Pour l’heure, le seul dispositif compatible avec cette nouvelle norme est un adaptateur réseau ConnectX-5 à 100 Gb/s, capable de fonctionner en PCIe 3.0 ou 4.0 x16 : car oui, c’est important à souligner, le PCIe 4.0 sera parfaitement rétro-compatible avec les versions précédentes.

Le problème est que les discussions sont toujours en cours, car il faut ménager l’objectif avec l’historique, et la rétrocompatibilité avec le PCI-Express version 3.0.

Quel changement pour les cartes graphiques ?

Cette évolution ne devrait pas, dans l’immédiat, profiter aux cartes graphiques. Elle vise surtout à satisfaire les nouvelles interfaces de stockage M.2, de plus en plus exigeantes en bande passante et qui risquent de saturer plus rapidement leurs lignes PCI Express que les cartes graphiques. Notez que le PCI Express 5.0 est déjà prévu, mais que cette fois, le doublement habituel de bande passante n’est pas certain : on parle plutôt de 25 GT/s pour l’instant (soit 49,2 Go/s en 16x).

Cette évolution du port PCIe ne permettra donc pas dans un premier temps de profiter d’un gain en performances, les cartes les plus rapides actuelles n’étant pas limitées par le PCIe 3.0. Et nous ne savons pas encore quand sortiront les premières cartes mères compatibles.

connexionCôté puissance, on aurait pu penser que les 75 watts maximum fournis par la carte mère que la norme PCI-Express impose depuis la version 1.0 allaient être dépassés, mais en réalité, le port PCI-Express d’une carte mère fournirait toujours une puissance maximale de 75W. Des connecteurs secondaires seront donc toujours nécessaires pour alimenter les cartes graphiques. Notons que la puissance maximale globale, de 300W en ce qui concerne le PCI-Express 3.0, n’est pas encore définie pour la future norme. Mais cela ne veut pas dire pour autant que l’on pourra se passer de connecteurs d’alimentation. Car il y a une petite subtilité : le support de ces 300 Watts se fera à travers un câble capable de fournir 225 Watts, qui pourra éventuellement venir se brancher directement sur la carte mère. Carte mère qui, en conséquence, devra être reliée à une nouvelle source électrique +12V de l’alimentation.

En revanche, là où pour communiquer entre elles dans des configurations multi-GPU (SLI ou CrossFire) les cartes actuelles nécessitent l’utilisation de ponts spécifiques, on peut imaginer qu’avec une telle bande passante disponible sur le PCI-Express, il devienne possible de s’en passer.

Un avenir encore incertain

Al Yanes, président du PCI-SIG, qui maintient la spécification du PCIe, a déclaré que ces changements rendraient le PCI-Express 4.0 beaucoup plus évolutif et donc mieux adapté aux mobiles et aux ordinateurs de bureau. Cela pourrait aider à améliorer la pénétration mobile du PCIe, qui à ce jour reste lente.
« Il y a au moins une ou deux solutions », a déclaré Yanes, « mais j’aimerais en avoir plus. Nous essayons d’améliorer encore plus notre déjà faible consommation. Nous n’avons pas encore trouvé de solutions, mais cela pourrait très vite changer. Ce n’est qu’une question de bon positionnement. »
Quoi qu’il en soit, Yanes prévoit une période de transition assez courte une fois que la spécification deviendra disponible. « Nous pensons qu’il y aura plus de produits, et plus tôt, quand la spécification PCIe 4.0 sera publiée », a déclaré Yanes, interrogé sur le taux d’adoption des nouvelles spécifications, mais a averti de l’importance de faire les choses dans le bon ordre.

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Bien que le PCIe 4.0 ne soit pas encore sorti, la version 5,0 est donc déjà dans les cerveaux de PCI-SIG. Aucune date n’a été encore avancée par le consortium concernant une disponibilité pour le grand public. Mais faudra-t-il s’attendre à ce que le lapse de temps soit de sept ans, le même qu’entre la sortie de PCIe 3.0 et 4.0? « J’espère que ce ne sera pas si long. », dixit Yanes.

Il va donc falloir s’armer d’un peu de patience pour profiter de ces performances, puisqu’en étant optimistes, les premières plateformes utilisant le PCI-Express 4.0 n’arriveront qu’en 2017, sans doute avec la génération Cannonlake d’Intel, qui devrait être celle des premiers CPU à être gravés en 10 nm.