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9d41c9ae7809c8fa841ee9727bc99821 AMD 於 CES 展期宣布桌上型 Ryzen 3000 系列處理器將具備PCIe 4.0支援性,搭配使用的晶片組X570也會支援此一技術,甚至前代 300 系列與 400 系列晶片組主機板也有望支援,但從現今主機板佈滿 USB 3.1 redriver/repeater 來看,事情並沒有想像中單純。

AMD 處理器微架構進入 Zen2 微架構和 7nm 製程之後,已知的設計微調和效能預覽,多數均可和 Intel 已推出產品相互匹敵,耗電量也會更好,今年 CES 所發表的桌上型 Ryzen 3000 系列處理器雖然並沒有公布太多的資訊,卻也利用實機展示與 Core i9-9900K 效能相當,並同時宣布為 PC 市場首款支援 PCIe 4.0 的產品。

按照 PCIe 規範演進的常態,新世代傳輸速度通常為前一世代的 2 倍,PCIe 4.0 編碼格式 128b/130b 與 PCIe 3.0 相同,傳輸速率翻倍為 16GT/s,提供 2 倍於 PCIe 3.0 的傳輸頻寬。只是頻寬翻倍的同時,對於傳輸通道的要求也隨之提升,轉換過程可能不如 PCIe 2.0 至 PCIe 3.0 順利 (PCIe 規範公佈年分:PCIe 1.0 2003 年、PCIe 2.0 2007 年、PCIe 3.0 2010 年、PCIe 4.0 2017 年、PCIe 5.0 預計 2019 年) 。

AMD 桌上型 Ryzen 3000 系列處理器與 Radeon VII 顯示卡升級 PCIe 4.0,主機板廠商尚有多個問題需克服
▲PCIe 各版本差異比較。

PCIe 4.0 實體層界面針腳定義可以回朔支援先前版本,因此 PCIe 4.0 更高的傳輸頻寬主要藉由提升頻率達成,而非另闢通道,但較高的頻率更容易在傳輸通道當中衰減。以目前消費型主機板常用的 FR4 玻璃纖維環氧樹脂銅箔基板而言,因介電常數較高,PCIe 4.0 訊號僅能傳輸數英寸的距離,遑論還要經過 PCIe 插槽的訊號衰減。因此可能只有部分已發售主機板,擁有較短的線路路徑與良好的電路設計,可以透過 UEFI 更新的方式,開放距離 AM4 插槽最近的 PCIe 插槽支援 PCIe 4.0。

AMD 桌上型 Ryzen 3000 系列處理器與 Radeon VII 顯示卡升級 PCIe 4.0,主機板廠商尚有多個問題需克服
▲主機板廠商大多會替 USB 3.1 Gen2 連接埠加裝 redriver/repeater,足以說明高頻傳輸在主機板的衰減情形。

若以未來設計而言,主機板設計製造商可能會另外採用介電常數更低的材質製作電路板,如 Panasonic 研發推出的 Megtron 系列,但隨之而來的負面效應就是更高的成本。此外為了將處理器 PCIe x16 通道分拆引導至不同的 PCIe 插槽,所使用的 quick switch 也要支援 PCIe 4.0,距離較遠的 PCIe 插槽更有可能需要另外安裝 retimer 晶片,均為增加成本的步驟。

AMD 桌上型 Ryzen 3000 系列處理器與 Radeon VII 顯示卡升級 PCIe 4.0,主機板廠商尚有多個問題需克服
▲連接電路板不同層電路的 via 貫孔,形狀、大小都會影響高頻訊號完整性,通孔甚至需要額外的 back-drilling 步驟,把多餘過長的 stub 鑽除,或是直接改用盲孔或埋孔。

AMD Ryzen 系列處理器為 SoC 架構,我們所說的 X370、X470 晶片組等,其實並非晶片組角色,卻是扮演 SATA 控制器、USB 控制器、PCIe 通道交換器等功能,藉由 1 組 PCIe 3.0 x4 通道和 Ryzen 處理器相互連接。這次 AMD 未說明清楚的部分。也包含 X570 的 PCIe 4.0 通道配置與數量,不過就算只有與處理器的連接通道用上 PCIe 4.0,筆者也認為值得玩家注意,因為無論是 AMD 所使用的 PCIe 3.0 x4 或是 Intel 的 DMI/OPI 3.0,均無法滿足 2 個 PCIe 3.0 x4 NVMe SSD 同時存取。

升級 PCIe 4.0 之後,最大受惠者可能不是顯示卡,而是如 NBASE-T、10Gbps 有線網路卡、802.11ax/Wi-Fi 6 無線網路卡,以及 NVMe SSD 等,不需要佔去更多 PCIe 通道,即可應付高頻寬介面的需求。譬如 Phison 已在 CES 展期期間推出 PS5016-E16 SSD 控制器,藉由 PCIe 4.0 x4 通道,已於樣品測出超過 4000MB/s 讀寫能力,這成績以往只能透過 PCIe 3.0 x8 介面達成。

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