20.01.2012, 13:35

Michael Schmelzle

Daten-Turbo für Grafikkarte, SSD und Co.

PCI Express 3.0 startet durch

PCI Express 3.0 ist da

Die nächste Generation der Highend-Grafikkarten und Solid State Drives giert nach mehr Bandbreite. Da kommt PCI Express 3.0 mit einer maximalen Datentransferrate von fast 32 Gigabyte pro Sekunde gerade recht.
Die ersten Hardware-Komponenten mit PCI Express 3.0 sind da: Prozessoren der Sandy-Bridge-E-Baureihe wie der Intel Core i7-3960X Extrem Edition sowie DirectX-11.1-Grafikkarten wie die AMD Radeon HD 7970. Zumindest angekündigt sind Flashspeicher-Festplatten wie die OCZ Z-Drive R5. Zudem soll Intels nächste (bezahlbare) Prozessor-Generation Ivy Bridge ebenfalls den Schnittstellen-Turbo PCI Express 3.0 unterstützen, der auf einen Schlag die Datenübertragungsraten verdoppelt. In der höchsten Ausbaustufe von PCI Express 3.0 sind theoretisch fast 32 Gigabyte pro Sekunde drin! 
 
PCI Express  (Peripheral Component Interconnect Express) ist im Gegensatz zum Vorgänger PCI kein geteiltes (shared) Bus-System, sondern eine separate Punkt-zu-Punkt-Verbindung. Dabei überträgt PCI Express Daten seriell über eine bis maximal 32 parallele Kanäle, so genannte Lanes. Jeder Kanal besitzt zwei elektrisch abgeschirmte Leitungen und kann daher gleichzeitig in beide Richtungen Daten transportieren.
Die erste Version von PCI Express arbeitet mit einer Taktfrequenz von 2,5 GHz und überträgt bis zu 250 MB/s pro Kanal. Die zweite Generation erreicht dank doppelt so hoher Taktfrequenzen eine Transferleistung von 500 MB/s pro Kanal. PCI Express 3.0 wiederum arbeitet zwar nur mit 8 GHz, kann aber dank einer effizienteren Codierung mehr Daten pro Takt übertragen als die Vorgängerversionen. Unterm Strich sind es bei PCI Express 3.0 knapp 985 MB/s pro Kanal. Modernen Grafikkarten wie der AMD Radeon HD 7970 können über den 16x-PCI-Express-Steckplatz also theoretisch fast 15,4 GB/s gleichzeitig empfangen und versenden (siehe folgende Tabelle).
Schnittstellen-Spezifikation PCI-Express 1 PCI-Express 2 PCI-Express 3 PCI-Express 4 (geplant für 2015)
Anzahl der Datenkanäle max. Datenrate [MB/s] max. Datenrate [MB/s] max. Datenrate [MB/s] max. Datenrate [MB/s]
1
250  
500   985 2000  
2 500   1000   1969 4000  
4 1000   2000   3938 8000  
8 2000   4000   7877 16000  
16 4000   8000   15754 32000
32 8000   16000   31508 64000
Und die Flashspeicher-Festplatte OCZ Z-Drive R5 soll laut Aussage des Herstellers über ihre 4x-PCI-Express-3.0-Schnittstelle rund 7 Gigabyte pro Sekunde übertragen - was einem Befehlsdurchsatz von sagenhaften 2,5 Millionen IOPS entsprechen soll. Im Vergleich zur derzeit schnellsten PCI-Express-SSD OCZ RevoDrive 3 X2 wäre das ein Geschwindigkeitssprung um den Faktor 4 bis 10.
Auch PCI Express 3.0 gewährleistet die Rückwärtskomatibiliät für ältere PCI-Express-Steckkarten. Dies gilt nicht nur elektrisch, sondern auch mechanisch. Das heißt, Sie können weiterhin x1-Karten in x1-, x4-, x8 und x16-PCI-Express-Steckplätzen und x4-, x8 und x16-Karten in den passenden Slots betreiben  - unabhängig von der PCI-Express-Version der Steckkarten und Slots.
PCI Express dient nicht nur der Datenleitung, sondern auch der Stromversorgung der Steckkarten. x1-, x4- und x8-PCI-Express-Slots sind für bis zu 25 Watt spezifiziert. Eine Ausnahme bilden Steckkarten mit stark reduzierter Bauhöhe (Low Profile), die für maximal 10 Watt ausgelegt sind. x16-Steckplätze für Grafikkarten liefern bis zu 75 Watt.
Da dies bei vielen Grafikkarten nicht ausreicht, besitzen diese zusätzliche 6- und/oder 8polige PCI-Express-Strombuchsen, die das PC-Netzteil direkt mit Strom beliefert. Die 6poligen PCI-Express-Stecker sind dabei für weitere 75 Watt ausgelegt, sind zwei gemeinsam im Einsatz, schaffen sie sogar bis zu 225 Watt. Der 8poliger PCI-Express-Stecker eines Netzteils kommt auf maximal 150 Watt, eine Kombination von zwei 8er-Buchsen steigert hier allerdings nicht die maximale Aufnahmeleistung über 300 Watt hinaus.
Blick in die Zukunft: PCI Express 4.0
An PCI Express 4.0 arbeitet die PCI Special Interest Group bereits. Die finale Spezifikationist für 2015 geplant, mit ersten Hardware-Komponenten ist 2016 zu rechnen. Im Vergleich zu PCI Express 3.0 soll die vierte Generation abermals die Übertragungsgeschwindigkeit verdoppeln.
Um die hohen Datenraten zu erreichen, sind allerdings einschneidene Änderungen geplant. Zum Beispiel dürfte die Spezifikation besser leitende Materialen für die Datenkanäle vorschreiben. Zudem halbiert sich die maximal zulässige Wegstrecke für den Datentransport via PCI Express von 50 auf 25 Zentimeter.
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