PCIe Gen4 x4

PCIe Gen4 x4 to popularna konfiguracja tej magistrali wykorzystywana przez wydajniejsze dyski NVMe czwartej generacji.

Jak działa połączenie PCIe Gen4 x4

PCIe Gen4 x4 oznacza połączenie urządzenia z magistralą PCI Express czwartej generacji za pomocą czterech niezależnych linii transmisyjnych. Skrót „Gen4” odnosi się do generacji standardu, natomiast „x4” określa szerokość łącza. Każda linia w standardzie PCIe 4.0 pracuje z szybkością 16 GT/s, czyli 16 miliardów transferów na sekundę. Magistrala wykorzystuje kodowanie 128b/130b, dlatego po uwzględnieniu samego narzutu kodowania jedna linia zapewnia około 1,97 GB/s przepustowości w jednym kierunku. Dla czterech linii daje to około 7,88 GB/s w jednym kierunku.

Podana wartość jest przepustowością teoretyczną warstwy łącza, a nie gwarantowaną szybkością odczytu lub zapisu plików. Rzeczywisty wynik zależy między innymi od narzutów protokołu, kontrolera dysku, rodzaju pamięci NAND, temperatury, obciążenia oraz konstrukcji płyty głównej. PCIe jest magistralą dwukierunkową, więc transmisja w kierunku do urządzenia i z urządzenia może odbywać się równocześnie. W praktyce konfiguracja PCIe Gen4 x4 jest typowym sposobem podłączania wydajnych dysków NVMe korzystających z interfejsu PCI Express.

PCIe 4.0, NVMe i format M.2 to różne pojęcia

W opisie dysku często występują jednocześnie określenia „M.2”, „NVMe” i „PCIe Gen4 x4”, ale każde z nich oznacza inną cechę. M.2 jest formatem mechanicznym modułu i opisuje jego kształt, wymiary oraz sposób montażu. NVMe jest protokołem komunikacyjnym zaprojektowanym dla pamięci nieulotnych podłączonych przez szybką magistralę, taką jak PCIe. PCIe Gen4 x4 opisuje natomiast generację oraz szerokość elektrycznego połączenia z urządzeniem. Dysk M.2 nie musi więc automatycznie obsługiwać PCIe Gen4 x4, ponieważ w tym samym formacie mogą występować także moduły SATA albo dyski PCIe o innej generacji i szerokości łącza.

Aby dysk NVMe wykorzystał możliwości PCIe Gen4 x4, zarówno dysk, jak i gniazdo M.2 oraz odpowiednia część platformy komputera muszą obsługiwać PCIe 4.0 z czterema liniami. Jeżeli jeden z elementów obsługuje tylko PCIe 3.0, połączenie może działać w trybie starszej generacji. Standard PCIe przewiduje zgodność wsteczną, dlatego urządzenie PCIe 4.0 może pracować w starszym gnieździe, lecz z ograniczoną przepustowością. Sam napis „Gen4 x4” na etykiecie dysku nie oznacza, że każdy laptop osiągnie maksymalny wynik pomiaru.

Dlaczego dysk może pracować wolniej niż zakłada specyfikacja

Podczas uruchamiania komputera urządzenia PCIe negocjują parametry połączenia. Jeżeli platforma udostępnia tylko dwie linie, dysk może zostać wykryty jako PCIe x2 zamiast x4. Podobnie ograniczenie do starszej generacji skutkuje pracą w trybie Gen3, nawet gdy sam nośnik jest przeznaczony dla Gen4. Przyczyną może być konstrukcja płyty głównej, współdzielenie linii z innym gniazdem, ustawienia firmware UEFI, nieprawidłowe osadzenie modułu albo problem ze stykami gniazda.

Weryfikacja nie powinna opierać się wyłącznie na pojedynczym teście szybkości. W systemie Linux szczegółowe informacje o urządzeniach i negocjowanym łączu można sprawdzić poleceniem lspci -vv, zwracając uwagę na pola „LnkCap” oraz „LnkSta”. „LnkCap” pokazuje możliwości urządzenia lub portu, a „LnkSta” bieżącą prędkość i szerokość połączenia. W systemie Windows podobne dane są dostępne w narzędziach diagnostycznych odczytujących parametry magistrali PCIe. Należy również sprawdzić temperaturę dysku, ponieważ kontroler NVMe może ograniczać wydajność po osiągnięciu zbyt wysokiej temperatury. Krótkotrwały wynik testu nie zawsze odzwierciedla zachowanie podczas długiego kopiowania dużych plików.

Diagnostyka gniazda, dysku i toru transmisji

Problemy związane z PCIe Gen4 x4 mogą objawiać się nie tylko niższą szybkością, lecz także niestabilnym wykrywaniem dysku, zanikaniem nośnika podczas pracy, błędami systemu plików albo nieoczekiwanym restartem komputera. Diagnostyka powinna rozdzielić problem samego dysku od problemu gniazda M.2, ustawień UEFI i pozostałych elementów platformy. Istotne jest sprawdzenie, czy moduł jest prawidłowo przykręcony, czy nie ma uszkodzeń mechanicznych oraz czy radiator nie wywiera nacisku powodującego przekoszenie płytki.

Warszawskie Pogotowie Komputerowe zajmuje się profesjonalną naprawą laptopów, komputerów PC oraz ich podzespołów, dlatego w przypadku nieprawidłowej pracy dysku NVMe można przeprowadzić diagnostykę toru PCIe, ustawień firmware i samego nośnika. W razie potwierdzenia usterki zakres naprawy zależy od jej przyczyny: może dotyczyć dysku, gniazda, płyty głównej, chłodzenia albo konfiguracji systemu. Przy wymianie podzespołu stosowane są nowe części, a dobór nośnika powinien uwzględniać rzeczywistą obsługę PCIe Gen4 x4 przez konkretny laptop lub komputer stacjonarny.